復合材料宏細觀統(tǒng)一本構模型及多尺度分析

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 復合材料力學的研究方法 1
1.2 宏細觀統(tǒng)一本構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 通用單胞模型的應用進展 10
1.4 基于通用單胞模型的復合材料結構多尺度分析軟件 14
第2章 通用單胞模型及其改進算法 16
2.1 通用單胞模型的基本理論 16
2.2 改進算法的二維通用單胞模型 19
2.2.1 子胞正應力與宏觀應變間的關系 20
2.2.2 子胞剪應力與宏觀剪應變間的關系 22
2.2.3 由細觀力學方程推導宏觀本構方程 23
2.2.4 算例與結果分析 26
2.3 改進算法的三維通用單胞模型 32
2.3.1 模型表達式的推導 32
2.3.2 算例與結果分析 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 二維子胞問題的求解方法 42
3.1.3 二維本構關系表達式.49
3.2 改進的二維高精度通用單胞模型 50
3.3 算例與結果分析 65
3.3.1 復合材料宏觀彈性性能的計算 65
3.3.2 平均應力的計算 66
3.3.3 彈塑性應力–應變*線的計算 67
3.3.4 偏軸彈性性能的計算 70
3.3.5 復合材料細觀應力場的預測 73
3.4 三維高精度通用單胞模型 88
3.4.1 三維子胞問題的求解方法 89
3.4.2 三維本構關系表達式 97
3.4.3 平衡方程及連續(xù)條件的推導 98
3.5 改進的三維高精度通用單胞模型 102
3.6 算例與結果分析 131
3.6.1 球形顆粒增強復合材料彈性性能的計算 131
3.6.2 球形顆粒增強復合材料細觀應力場的計算 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模型的計算精度與效率分析 140
4.2.1 連續(xù)性評價 140
4.2.2 收斂性評價 142
4.2.3 效率評價 147
4.3 HFQCM模型在復合材料力學分析中的應用 149
4.3.1 預測復合材料彈性常數(shù) 149
4.3.2 復合材料細觀應力場的計算 151
4.3.3 纖維形狀對宏觀性能和細觀應力場的影響 152
4.4 HFQCM模型軟件設計 153
4.4.1 HFQCM模型軟件概述 153
4.4.2 計算流程 153
4.4.3 I/O數(shù)據(jù)文件說明 154
4.4.4 使用ANSYS作為前處理 155
第5章 節(jié)點插值子胞模型 158
5.1 節(jié)點插值子胞模型的建立 158
5.1.1 宏細觀統(tǒng)一的虛位移原理.158
5.1.2 NICM模型的基本方程 159
5.1.3 復合材料宏觀本構關系 160
5.1.4 平面四節(jié)點子胞 NICM 模型計算格式 161
5.1.5 三維八節(jié)點子胞 NICM 模型計算格式 163
5.2 NICM模型的計算精度分析166
5.2.1 連續(xù)性評價 167
5.2.2 收斂性評價 168
5.2.3 周期性評價 175
5.3 NICM模型在復合材料力學分析中的應用 177
5.3.1 顆粒增強復合材料彈性性能的計算 177
5.3.2 顆粒增強復合材料細觀應力場的計算 177
5.3.3 偏軸彈性性能的計算 178
5.4 NICM模型軟件設計 181
5.4.1 NICM模型軟件概述 181
5.4.2 計算流程 182
第6章 基于宏細觀統(tǒng)一本構模型的多尺度分析 185
6.1 宏細觀統(tǒng)一本構模型的建立 185
6.1.1 細觀力學基本方程 185
6.1.2 RVE 的幾何模型及邊界條件 185
6.1.3 宏細觀之間的能量等效 186
6.1.4 細觀位移模式 187
6.2 基于四邊形子胞模型的陶瓷基復合材料損傷耦合宏細觀統(tǒng)一本構模型 192
6.3 基于節(jié)點插值子胞模型的陶瓷基復合材料損傷耦合宏細觀統(tǒng)一本構模型 193
6.4 模型的計算結果與試驗驗證 195
6.4.1 SiC/CAS陶瓷基復合材料 195
6.4.2 SiC/1723陶瓷基復合材料 197
6.4.3 C/SiC 陶瓷基復合材料 199
6.5 細觀參數(shù)對材料性能的影響 201
6.5.1 纖維體積比對初始裂紋間距的影響 201
6.5.2 界面強度對應力–應變*線的影響 202
6.6 宏細觀統(tǒng)一本構模型的算例分析 203
6.6.1 復合材料宏觀彈性模量的計算.203
6.6.2 復合材料宏觀彈塑性應力–應變響應計算 204
6.6.3 復合材料宏觀初始屈服面計算.206
6.6.4 細觀應力、應變場的計算.206
6.7 宏細觀統(tǒng)一本構模型的推廣 208
6.7.1 多子胞的宏細觀統(tǒng)一本構模型.208
6.7.2 高階位移模式的宏細觀統(tǒng)一本構模型 213
第7章 含周期細觀結構復合材料的航空發(fā)動機構件多尺度分析 220
7.1 多尺度有限元分析技術基本思路與方法 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構分析軟件 ANSYS 的連接 223
7.3 葉環(huán)結構的多尺度有限元分析 224
7.3.1 葉環(huán)結構 224
7.3.2 僅考慮彈性狀態(tài)時復合材料葉環(huán)的應力場分析 225
7.3.3 彈塑性狀態(tài)下復合材料圓環(huán)的應力場分析 230
參考文獻 233