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《郑州大学》 2010年
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基于VCFEM的颗粒增强高聚物宏细观双尺度模拟

董泽民  
【摘要】: 复合材料由于具有许多优于传统结构材料的性能,因而在航天、汽车和国防等工程领域的应用越来越广泛。为了更好地分析、设计和优化复合材料,需要引入多尺度计算模型来考察细观结构对宏观力学性能的影响。均匀化方法是材料性能多尺度分析的重要手段,它可以把细观尺度和宏观尺度有机结合起来,从而得到宏观尺度上的有效性能参数以及细观尺度上的应力和应变场。 但传统的均匀化方法大都采用基于周期性假设的简单单胞模型,而实际复合材料宏观结构上不同的点可能具有不同的微结构形态,为此需要寻求更为精确的细观力学模型。VCFEM模型能够准确地描述复合材料微结构的大小、形状以及空间分布的随机性,可以构造出一个任意形状的基元来作为宏观结构不同点处微结构特征的代表性材料单元。 论文将Voronoi元胞有限元法和渐近均匀化方法结合起来,从宏观和细观两个尺度分析研究颗粒增强高聚物的有效力学性能。在细观尺度,利用Voronoi基元来表征细观结构,同时基于余能泛函和渐近均匀化方法,采用杂交应力单元形成了有限元计算列式,建立了等效弹性常数和细观应力场的计算模型。在宏观尺度,基于细观计算所得的等效弹性常数,利用商业有限元软件ANSYS模拟了宏观应力场的分布情况。 在Visual C++平台上编写了基于VCFEM的细观均匀化程序分析模块,该模块采用7系数应力函数来表征细观应力场。我们利用该程序计算了体积分数为10%的二氧化硅颗粒增强环氧树脂复合材料的等效弹性常数,其计算结果与参考文献基本吻合。结果表明:与传统的均匀化方法相比,基于VCFEM的均匀化方法具有很强的实用性。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O631.3

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨坤;基于VCFEM的聚合物基复合材料弹塑性数值模拟[D];郑州大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 杨晓东;申长雨;李倩;陈静波;;结构自适应有限元分析中的高质量网格生成方案[J];机械工程学报;2009年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢桂兰;聚合物基复合材料多尺度方法的研究[D];湘潭大学;2006年
【共引文献】
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1 赵志平;常建立;杨晓光;;利用ANSYS对碳纤维布加固RC梁的非线性有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年01期
2 傅光耀;王浩;;薄钢铺板对平台主梁变形影响的试验研究和分析[J];四川建筑科学研究;2006年02期
3 常玉珍;吴敏哲;;组合肋壳几何非线性分析[J];四川建筑科学研究;2006年05期
4 程选生;杜永峰;;正交各向异性钢筋混凝土板结构弹性常数的确定[J];四川建筑科学研究;2006年05期
5 王青;徐港;;剪力墙结构弹塑性分析的QR法Ⅱ——计算格式、程序及算例[J];四川建筑科学研究;2006年06期
6 王开强;孙飞飞;胡大柱;;多弹簧梁柱单元在空间钢框架非线性分析中的应用[J];四川建筑科学研究;2007年06期
7 王江;周晖;宋雪峰;;变截面工形柱平面内弹塑性极限承载力研究[J];四川建筑科学研究;2008年01期
8 高轩能;李琨;;变截面门式刚架地震反应研究进展[J];四川建筑科学研究;2008年03期
9 周静南;廖绍凯;;纳米橡胶增韧环氧树脂性能研究[J];四川建筑科学研究;2010年03期
10 肖烨;陈剑毅;易萍华;;自由度匹配技术在框架结构损伤识别中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宫建国;陶钧;曾胜;金涛;;地基平面沉降下的大型石油储罐模态分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 张应迁;石艳;唐克伦;刘明;;外压容器临界载荷特性研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
3 尚伟;蒋持平;;复合材料有效热导率的单胞有限元分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
4 艾浩;董春迎;;非对称复合材料层合板多稳态构型分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
5 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
6 马毓;赵启林;江克斌;;树脂基复合材料连接技术研究现状及在桥梁工程中的应用和发展[A];2011复合材料桥梁技术研讨会论文集[C];2011年
7 朱坤宁;万水;;复合材料桥面板截面参数分析与设计研究[A];2011复合材料桥梁技术研讨会论文集[C];2011年
8 王铮;杨俊萍;王秋锋;;一种基于有限元仿真分析的U型托架优化设计[A];经济策论(下)[C];2011年
9 王铮;杨俊萍;王秋锋;;一种基于有限元仿真分析的U型托架优化设计[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
10 王青华;;大型水泵水轮机组转子动力学模型研究[A];抽水蓄能电站工程建设文集2011[C];2011年
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4 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
5 许兰贵;变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年
6 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
7 卢兆刚;基于混合FE-SEA方法的汽车薄壁件中频声学特性预测及优化研究[D];浙江大学;2011年
8 庞世红;夹层玻璃等效厚度研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2009年
9 王晓鹏;先进三维集成电路(3D-IC)中硅通孔(TSV)和氮化镓(GaN)场效应管中的电—热—力特性研究[D];浙江大学;2011年
10 王旭;基于声发射技术的聚乙烯自增强复合材料损伤模式识别研究[D];东华大学;2010年
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4 吴锦龙;有限元软件框架研究及其在线性静力学程序中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
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7 符俊杰;敷设粘弹阻尼的矿用溜槽振动特性研究[D];山东科技大学;2010年
8 赵章;复合材料薄壁梁的耦合静变形及其振动特性研究[D];山东科技大学;2010年
9 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
10 邹宗勇;建筑膜材料力学性能研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 张洪武;王辉;;基于参数变分原理的含夹杂Voronoi单元法及非均质材料弹塑性计算[J];复合材料学报;2007年04期
2 王辉;张洪武;;基于参变量变分原理的非均质多边形微结构材料弹塑性分析[J];应用力学学报;2007年01期
3 张洪武;王辉;;基于参数变分原理的非均质材料弹塑性有限元分析的Voronoi单元法[J];应用数学和力学;2006年08期
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1 谢桂兰;聚合物基复合材料多尺度方法的研究[D];湘潭大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 崔周平,盖雨聆,李国禄,王昆林;玻璃纤维增强MC尼龙复合材料的力学性能[J];北京机械工业学院学报;1999年01期
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4 郑亚萍,宁荣昌;纳米SiO_2环氧树脂复合材料性能研究[J];玻璃钢/复合材料;2001年02期
5 董建华;高分子材料科学的发展动向与若干热点[J];材料导报;1999年05期
6 吴春蕾,章明秋,容敏智;低填充SiO_2/聚丙烯纳米复合材料的拉伸特性[J];材料工程;2001年05期
7 张彦中,沈超;液体端羧基丁腈(CTBN)增韧环氧树脂的研究[J];材料工程;1995年05期
8 朱晓光,漆宗能;聚合物增韧研究进展[J];材料研究学报;1997年06期
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10 刘书田,程耿东;基于均匀化理论的复合材料热膨胀系数预测方法[J];大连理工大学学报;1995年04期
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1 张玲;弹性体及无机刚性粒子增韧增强聚丙烯复合材料的研究[D];四川大学;2002年
【相似文献】
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3 杨坤;基于VCFEM的聚合物基复合材料弹塑性数值模拟[D];郑州大学;2011年
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5 徐佳丽;VCFEM法与有限元法混合计算的数值模拟[D];昆明理工大学;2013年
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