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纤维增强金属基复合材料宏-细观统一本构模型及应用研究

雷友锋  
【摘要】: 为满足在工程应用中从宏观尺度与细观尺度上研究复合材料及结构力学行为的需要,开展了纤维增强金属基复合材料宏—细观统一本构模型及应用研究。 分析了复合材料宏、细观场量之间的联系,将宏观结构体中的一点赋予了细观结构特征。基于复合材料细观结构周期性假设,选取适当的代表性体积元,在保证宏、细观之间能量等效前提下,采取弱化的连续性与周期性边界条件,通过对细观力学方程的建立与求解,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏—细观统一本构模型。该模型建立起宏、细观场量之间的联系,获得了宏观应力—应变关系。 用复合材料细观力学有限元法及纤维增强金属基复合材料性能试验,验证了宏—细观统一本构模型的有效性与适用性。开展了宏—细观统一本构模型的应用研究。基于宏—细观统一本构模型,计算了纤维增强金属基复合材料的宏观弹性性能、弹塑性应力—应变响应及多轴载荷作用下的初始屈服面,分析了纤维截面形状及排列方式等细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。提出了将宏—细观统一本构模型融入有限元程序中实现复合材料结构的宏—细观一体化分析方法,既能够考虑细观结构特征对宏观性能的影响,又能够在结构分析中获得宏观应力、应变场的同时,获得细观应力、应变场,为复合材料构件损伤、破坏分析提供定量分析的基础。


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