復(fù)合材料宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型及多尺度分析

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 復(fù)合材料力學(xué)的研究方法 1
1.2 宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型及多尺度分析方法 3
1.3 通用單胞模型的發(fā)展歷程 5
1.3.1 通用單胞模型的理論發(fā)展 5
1.3.2 通用單胞模型的應(yīng)用進(jìn)展 10
1.4 基于通用單胞模型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多尺度分析軟件 14
第2章 通用單胞模型及其改進(jìn)算法 16
2.1 通用單胞模型的基本理論 16
2.2 改進(jìn)算法的二維通用單胞模型 19
2.2.1 子胞正應(yīng)力與宏觀應(yīng)變間的關(guān)系 20
2.2.2 子胞剪應(yīng)力與宏觀剪應(yīng)變間的關(guān)系 22
2.2.3 由細(xì)觀力學(xué)方程推導(dǎo)宏觀本構(gòu)方程 23
2.2.4 算例與結(jié)果分析 26
2.3 改進(jìn)算法的三維通用單胞模型 32
2.3.1 模型表達(dá)式的推導(dǎo) 32
2.3.2 算例與結(jié)果分析 38
第3章 高精度通用單胞模型41
3.1 二維高精度通用單胞模型 41
3.1.1 二維子胞的定義 41
3.1.2 二維子胞問(wèn)題的求解方法 42
3.1.3 二維本構(gòu)關(guān)系表達(dá)式.49
3.2 改進(jìn)的二維高精度通用單胞模型 50
3.3 算例與結(jié)果分析 65
3.3.1 復(fù)合材料宏觀彈性性能的計(jì)算 65
3.3.2 平均應(yīng)力的計(jì)算 66
3.3.3 彈塑性應(yīng)力–應(yīng)變*線(xiàn)的計(jì)算 67
3.3.4 偏軸彈性性能的計(jì)算 70
3.3.5 復(fù)合材料細(xì)觀應(yīng)力場(chǎng)的預(yù)測(cè) 73
3.4 三維高精度通用單胞模型 88
3.4.1 三維子胞問(wèn)題的求解方法 89
3.4.2 三維本構(gòu)關(guān)系表達(dá)式 97
3.4.3 平衡方程及連續(xù)條件的推導(dǎo) 98
3.5 改進(jìn)的三維高精度通用單胞模型 102
3.6 算例與結(jié)果分析 131
3.6.1 球形顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料彈性性能的計(jì)算 131
3.6.2 球形顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料細(xì)觀應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算 131
第4章 高精度四邊形子胞模型 133
4.1 高精度四邊形子胞模型的建立.133
4.2 HFQCM模型的計(jì)算精度與效率分析 140
4.2.1 連續(xù)性評(píng)價(jià) 140
4.2.2 收斂性評(píng)價(jià) 142
4.2.3 效率評(píng)價(jià) 147
4.3 HFQCM模型在復(fù)合材料力學(xué)分析中的應(yīng)用 149
4.3.1 預(yù)測(cè)復(fù)合材料彈性常數(shù) 149
4.3.2 復(fù)合材料細(xì)觀應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算 151
4.3.3 纖維形狀對(duì)宏觀性能和細(xì)觀應(yīng)力場(chǎng)的影響 152
4.4 HFQCM模型軟件設(shè)計(jì) 153
4.4.1 HFQCM模型軟件概述 153
4.4.2 計(jì)算流程 153
4.4.3 I/O數(shù)據(jù)文件說(shuō)明 154
4.4.4 使用ANSYS作為前處理 155
第5章 節(jié)點(diǎn)插值子胞模型 158
5.1 節(jié)點(diǎn)插值子胞模型的建立 158
5.1.1 宏細(xì)觀統(tǒng)一的虛位移原理.158
5.1.2 NICM模型的基本方程 159
5.1.3 復(fù)合材料宏觀本構(gòu)關(guān)系 160
5.1.4 平面四節(jié)點(diǎn)子胞 NICM 模型計(jì)算格式 161
5.1.5 三維八節(jié)點(diǎn)子胞 NICM 模型計(jì)算格式 163
5.2 NICM模型的計(jì)算精度分析166
5.2.1 連續(xù)性評(píng)價(jià) 167
5.2.2 收斂性評(píng)價(jià) 168
5.2.3 周期性評(píng)價(jià) 175
5.3 NICM模型在復(fù)合材料力學(xué)分析中的應(yīng)用 177
5.3.1 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料彈性性能的計(jì)算 177
5.3.2 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料細(xì)觀應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算 177
5.3.3 偏軸彈性性能的計(jì)算 178
5.4 NICM模型軟件設(shè)計(jì) 181
5.4.1 NICM模型軟件概述 181
5.4.2 計(jì)算流程 182
第6章 基于宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型的多尺度分析 185
6.1 宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型的建立 185
6.1.1 細(xì)觀力學(xué)基本方程 185
6.1.2 RVE 的幾何模型及邊界條件 185
6.1.3 宏細(xì)觀之間的能量等效 186
6.1.4 細(xì)觀位移模式 187
6.2 基于四邊形子胞模型的陶瓷基復(fù)合材料損傷耦合宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型 192
6.3 基于節(jié)點(diǎn)插值子胞模型的陶瓷基復(fù)合材料損傷耦合宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型 193
6.4 模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證 195
6.4.1 SiC/CAS陶瓷基復(fù)合材料 195
6.4.2 SiC/1723陶瓷基復(fù)合材料 197
6.4.3 C/SiC 陶瓷基復(fù)合材料 199
6.5 細(xì)觀參數(shù)對(duì)材料性能的影響 201
6.5.1 纖維體積比對(duì)初始裂紋間距的影響 201
6.5.2 界面強(qiáng)度對(duì)應(yīng)力–應(yīng)變*線(xiàn)的影響 202
6.6 宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型的算例分析 203
6.6.1 復(fù)合材料宏觀彈性模量的計(jì)算.203
6.6.2 復(fù)合材料宏觀彈塑性應(yīng)力–應(yīng)變響應(yīng)計(jì)算 204
6.6.3 復(fù)合材料宏觀初始屈服面計(jì)算.206
6.6.4 細(xì)觀應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的計(jì)算.206
6.7 宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型的推廣 208
6.7.1 多子胞的宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型.208
6.7.2 高階位移模式的宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型 213
第7章 含周期細(xì)觀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件多尺度分析 220
7.1 多尺度有限元分析技術(shù)基本思路與方法 220
7.1.1 基本思路 220
7.1.2 子增量求解法 221
7.2 通用單胞模型與有限元結(jié)構(gòu)分析軟件 ANSYS 的連接 223
7.3 葉環(huán)結(jié)構(gòu)的多尺度有限元分析 224
7.3.1 葉環(huán)結(jié)構(gòu) 224
7.3.2 僅考慮彈性狀態(tài)時(shí)復(fù)合材料葉環(huán)的應(yīng)力場(chǎng)分析 225
7.3.3 彈塑性狀態(tài)下復(fù)合材料圓環(huán)的應(yīng)力場(chǎng)分析 230
參考文獻(xiàn) 233