復(fù)合材料層合板殼細(xì)-宏觀變分漸近精細(xì)模型及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著高速軌道交通技術(shù)以及航空航天技術(shù)的迅猛發(fā)展,對(duì)復(fù)合材料各種性能的研究及其由復(fù)合材料組成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種受力條件下的性能表征和損毀機(jī)理的研究需求日趨迫切,并且采用適當(dāng)?shù)难芯糠椒ㄔ诠こ虒?shí)踐中愈發(fā)重要。
　　在細(xì)觀層面上研究復(fù)合材料層合板整體應(yīng)力以及應(yīng)變的時(shí)候,需要將每層板的虛擬的物質(zhì)材料屬性用比較簡(jiǎn)單的方法求解出來(lái),即用細(xì)觀力學(xué)模型從原非均質(zhì)材料中建立虛擬的以及等效的均質(zhì)材料屬性,然后進(jìn)一步研究整個(gè)構(gòu)件在機(jī)械荷載作用下的響應(yīng)值。對(duì)

2、復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行多尺度建模與計(jì)算可以更加準(zhǔn)確地表征復(fù)合材料的性能及預(yù)報(bào)材料在一定工況下的響應(yīng)規(guī)律,為依賴(lài)于微結(jié)構(gòu)的材料性能的優(yōu)化提供了有力的支持。
　　在宏觀上基于變分漸近法構(gòu)建機(jī)械荷載作用下的復(fù)合材料層合板彈性模型。原三維非線(xiàn)性彈性問(wèn)題由一組定義在參考面的固有變量和法線(xiàn)方向的任意變形進(jìn)行表述;然后利用變分漸近法將三維問(wèn)題嚴(yán)格拆分為兩個(gè)問(wèn)題:沿參考面的二維板非線(xiàn)性分析(全局響應(yīng))和沿厚度方向的一維分析(提供二維廣義本構(gòu)關(guān)系和重構(gòu)

3、關(guān)系)。為便于工程實(shí)際應(yīng)用,采用降維能量泛函將拆分后的模型漸近修正到二階的自由能轉(zhuǎn)換為Reissner-Mindlin模型,并考慮橫向剪切變形影響。通過(guò)算例表明:重構(gòu)的三維場(chǎng)分布精度較經(jīng)典層合板理論(CLT)和一階剪切變形理論(FOSDT)更高,可與精確解相媲美,驗(yàn)證了理論和方法的有效性和準(zhǔn)確性。構(gòu)建后的模型在計(jì)算精度上符合工程實(shí)踐的應(yīng)用要求,完美地在計(jì)算成本上以及計(jì)算時(shí)間上尋找到了平衡點(diǎn),在計(jì)算精度上和計(jì)算效率上取得了較好地折中?？稍?/p>

4、初步設(shè)計(jì)時(shí)可以很快找到三維場(chǎng)分布的最不利位置。
　　同樣基于多尺度計(jì)算,在材料制備前進(jìn)行加工工藝與微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為符合工程實(shí)用目的的材料制備鋪墊堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在許多以多尺度計(jì)算的方法中,多尺度變分漸近分析方法是一種適用于以周期性條件構(gòu)造而成的復(fù)合材料的性能表征與有效結(jié)構(gòu)分析的高效、通用、精確的方法。多尺度變分漸近分析的基本思想是:復(fù)合材料材料性能的計(jì)算和預(yù)測(cè)從細(xì)觀到宏觀這一過(guò)程,采用雙尺度均勻化方法,由細(xì)觀尺度下的單胞模型計(jì)算出宏

5、觀材料的均勻化性能參數(shù);而結(jié)構(gòu)物理、力學(xué)行為的計(jì)算與預(yù)測(cè)則是從宏觀平均場(chǎng)方程出發(fā),利用雙尺度變分漸進(jìn)分析方法對(duì)復(fù)合材料層合板的有效性能以及響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了雙尺度的表征與計(jì)算。該方法既能夠考慮細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀性能的影響,又能夠在結(jié)構(gòu)分析中獲得宏觀應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的同時(shí),獲得細(xì)觀應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng),為復(fù)合材料層狀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和損傷分析打下了良好的基礎(chǔ),研究結(jié)果具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)復(fù)合材料多尺度結(jié)構(gòu)的細(xì)觀尺度,開(kāi)展了單項(xiàng)復(fù)合材料力學(xué)性能的