五種五零能模式材料單胞構(gòu)型及其性能分析.pdf

1、隨著航天事業(yè)與電子工業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)生活的方方面面均有應(yīng)用，超常材料作為材料科學(xué)的新興領(lǐng)域吸引了大量學(xué)者的關(guān)注，這類材料擁有自然材料不具備的性質(zhì)，如負(fù)折射率、超吸收、負(fù)泊松比等超凡特性。五零能模式材料就是一種新型的人工超材料，雖屬于彈性材料，但組成其單胞的特殊構(gòu)型使其宏觀靜態(tài)表現(xiàn)為僅能承載一種受力狀態(tài)，動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為僅能傳播一種彈性波，等效彈性模量矩陣六個(gè)特征值中僅一個(gè)不為零。
　　針對上述新興材料，對材料本身力學(xué)

2、性能的準(zhǔn)確預(yù)測更是該材料能成功應(yīng)用的關(guān)鍵。典型預(yù)測周期性材料等效性能的方法有漸近均勻化方法和代表體元法。代表體元法力學(xué)模型清晰，操作容易，但因缺乏嚴(yán)格數(shù)學(xué)理論，對材料的性質(zhì)不能精確預(yù)測，僅可作為近似估計(jì)使用。與之相反的是漸近均勻化方法，它基于數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄z動(dòng)理論，在復(fù)合材料等效性質(zhì)方面算法成熟。但復(fù)雜的計(jì)算過程阻礙了該方法的應(yīng)用。本文基于ANSYS平臺實(shí)現(xiàn)代表體元法與漸近均勻化方法的有限元求解，編制兩種方法的APDL程序，實(shí)現(xiàn)復(fù)合

3、材料等效性能的預(yù)測。
　　本文給出多種單胞構(gòu)型，針對這些單胞桁架構(gòu)型計(jì)算得到等效彈性模量矩陣特征值，從而得到五種五零能模式材料的單胞構(gòu)型。計(jì)算材料單胞等效彈性性能，得到等效彈性矩陣及特征值，通過比較可知，這五種單胞構(gòu)型可分成兩類不同的彈性特性，其中一類材料可傳遞彈性膨脹波，另一類可傳遞彈性剪切波。計(jì)算單胞的等效彈性性能時(shí)，分別采用代表體元法和漸近均勻化法兩種計(jì)算方式。研究表明對于這種低密度彈性材料的分析，從計(jì)算時(shí)間及計(jì)算精度方面考