顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料有限變形下本構(gòu)建模.pdf

1、由于幾何非線性和材料非線性耦合所造成的困難，對(duì)于有限變形下復(fù)合材料力學(xué)性質(zhì)的研究還未有突破性的進(jìn)展。
　　本文通過(guò)數(shù)值模擬，并結(jié)合理論建模，建立了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料和孔隙材料在有限變形下的本構(gòu)模型，研究了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料在不同有限變形下的力學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，基于建立的本構(gòu)模型，本文解決了有限變形顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)中的一個(gè)最基本的問(wèn)題，即如何在已知基體材料和增強(qiáng)顆粒力學(xué)性質(zhì)以及復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的情況下預(yù)測(cè)有限變形顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的等效力

2、學(xué)性質(zhì)。本文首先建立了能夠代表真實(shí)材料性質(zhì)的代表性體積單元，利用數(shù)值方法模擬得到顆粒隨機(jī)分布增強(qiáng)復(fù)合材料在不同邊界條件、不同外部載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)。
　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合宏觀力學(xué)方法與微觀力學(xué)方法，本文發(fā)現(xiàn)：當(dāng)顆粒和基體均為不可壓縮neo-Hookean材料時(shí)，其宏觀上仍具有類不可壓縮neo-Hookean模型性質(zhì)，并且其等效剪切模量可以由三相模型[1]精確預(yù)測(cè)得到，從而建立了顆粒隨機(jī)分布增強(qiáng)復(fù)合材料在有限變形下的本構(gòu)模型。本

3、文還通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段，研究了隨機(jī)分布顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的等效力學(xué)性質(zhì)。結(jié)合建立的本構(gòu)模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，本文發(fā)現(xiàn)：顆粒不僅在連續(xù)介質(zhì)尺度上對(duì)高分子基體材料有增強(qiáng)效應(yīng)，還通過(guò)改變基體材料分子鏈的力學(xué)性質(zhì)在分子尺度上對(duì)基體產(chǎn)生增強(qiáng)效果。同時(shí)，本文還研究了顆粒成鏈狀分布時(shí)復(fù)合材料在有限變形下的等效力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)將顆粒鏈和其周圍部分基體等效為“虛擬纖維”，本文將顆粒鏈狀分布增強(qiáng)復(fù)合材料模型轉(zhuǎn)化為“虛擬纖維”增強(qiáng)復(fù)合材料模型。利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的本構(gòu)

4、模型，本文建立了顆粒鏈狀分布增強(qiáng)復(fù)合料在有限變形下的本構(gòu)模型，并通過(guò)數(shù)值方法驗(yàn)證了本構(gòu)模型的精確性。利用建立的本構(gòu)模型，本文研究了顆粒密集度和“虛擬纖維”選擇方式對(duì)材料等效力學(xué)性質(zhì)的影響。本文還通過(guò)乘法分解將一般有限變形解耦為等體積變形和體積變形，并分別建立兩種變形條件下的應(yīng)變能函數(shù)，通過(guò)疊加得到了孔隙材料的應(yīng)變能函數(shù)，從而推導(dǎo)出孔隙材料在有限變形下的本構(gòu)模型。通過(guò)與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比較，本文證明了建立的本構(gòu)模型能很好的預(yù)測(cè)孔隙材料在各種有