三维多向编织复合材料有效弹性模量的细观计算力学分析

编织复合材料性能预报与材料优化设计研究是编织复合材料研制开发的重要环节。本文在已建立的三维多向编织复合材料单胞几何模型的基础上 ,研究建立了含多相介质单元的有限元分析方法。结合实例预报了碳 /环氧四向编织复合材料的有效性能并和实验结果进行了对比。

陶粒有效弹性模量及其预估

陶粒弹性模量值对陶粒混凝土的变形性能、强度和耐久性等有重要影响。已有的国内外测定陶粒弹性模量的方法都存在不足之处。陶粒有效弹性模量系通过测定陶粒混凝土和砂浆基体相应的动弹性模量,然后建立两者的关系式,再采用图解法求得。有效弹性模量能比较真实地反映混凝土中陶粒对混凝土弹性模量的贡献,并且包括了各种因素对陶粒弹性模量的综合影响。本试验共测定了七种国产陶粒的有效弹性模量,并且建立了用陶粒颗粒表观密度预估陶粒有效弹性模量的计算公式。

有效弹性模量法在大跨斜拉桥稳定计算中应用

为了确立大跨度斜拉桥结构的稳定设计法,提出了按有效弹性模量法计算弹塑性分支失稳方法.通过对跨度1 400 m的斜拉桥模型计算分析,验证了有效弹性模量法在大跨度斜拉桥稳定验算中的适用性及其计算精度.在此基础上进一步讨论了活载布置位置对结构弹塑性稳定强度和失稳特性的影响.结果表明,应用有效弹性模量法能够精确地推算出结构的弹塑性失稳强度;大跨度斜拉桥的轴力由恒载起支配作用,活载分布位置的改变对稳定强度影响十分有限,考虑与不考虑活载分布影响的计算结果相差不到10%,按满布活载的工况可以推算大跨度斜拉桥结构的最小稳定强度.

孔隙对TATB基高聚物粘结炸药有效弹性模量的影响

采用代表体积单元(RVE)建模方法,建立了与实际TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构近似的有限元计算模型,该模型可以生成炸药颗粒和孔隙随机分布、填充率和孔隙率任意调整的二维RVE。并采用该模型研究了孔隙大小、空间分布和孔隙率对TATB基PBX有效弹性模量的影响。结果表明:粘结剂内孔隙使得TATB基PBX在外载荷作用下易于变形,TATB基PBX的有效弹性模量显著减小,随着孔隙率增加,有效弹性模量呈指数减小;孔隙的空间分布对TATB基PBX有效弹性模量影响较大,当孔隙分布在粘结剂与炸药晶体之间界面时,容易造成粘结界面破裂而导致有效弹性模量显著下降,下降幅度超过50%;但孔隙的大小对TATB基PBX有效弹性模量影响不大。

颗粒增强复合材料有效弹性模量的预报

用细观力学的方法对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行研究,把材料简化为三相模型,陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Mori-Tanaka法建立二相胞元的刚度预报模型。结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有5个独立的弹性常数。据二相胞元方位的随机性,由应力应变换轴公式和物理方程确定复合材料的平均应变,进而得到复合材料的等效弹性模量和等效泊松比以及等效刚度模量的理论计算公式,并通过对所建模型的分析,确定各参量与陶瓷颗粒含量之间的关系。

裂隙岩体有效弹性模量估计的一种方法

在裂隙随机分布和不考虑裂隙闭合效应的前提下,提出将单个裂隙置于Taylor介质中,以此为基础分析单个裂隙的力学行为,进而分析裂隙相互作用效应对岩体有效弹性模量的影响.根据Betti能量互等定理和断裂力学理论推导出裂隙岩体有效弹性模量、剪切模量、体积模量和泊松比的理论表达式,探讨了3种有效模量随裂隙密度参数变化而变化的规律,并与Taylor方法和自洽方法的计算结果进行对比,分析表明本文方法的计算结果更合理.

全海深载人潜水器用浮力材料的有效弹性模量特性研究（英文）

为了研制性能更加优越的全海深浮力材料,文章针对由玻璃微珠和环氧树脂基体组成的复合泡沫材料建立体心立方单胞的微观力学模型,通过ANSYS有限元软件,对不同玻璃微珠体积分数和不同玻璃微珠壁厚组合的浮力材料进行了力学分析,结果表明:(1)最大应力主要集中在玻璃微珠内表面,并有明显的应力梯度;(2)当玻璃微珠体积分数相同时,随着r/R的减小,最大应力从玻璃微珠赤道位置的边界点逐渐向赤道位置扩展,随着r/R的进一步减小,应力开始向基体转移;(3)有效弹性模量曲线相交于r/R=0.962,玻璃微珠体积分数越大,随着r/R的增大,有效弹性模量减小越快;(4)t/R>0.04时,随着玻璃微珠体积分数的增大,相对弹性模量呈增大的趋势;(5)获得了玻璃微珠厚度、体积分数与有效弹性模量及浮力材料比重之间的关系图,为高性能全海深浮力材料的研制提供了理论依据。

复合材料有效弹性模量的上、下限的求解

计算复合材料有效弹性模量上、下限的方法中 ,Voigt和Reuss的上、下限近似解及Hashin和Shtrikman的上、下限计算公式较为精确 ,但Voigt-Reuss近似解通常忽略了各向异性非均匀体的研究 ,是一个不全面的结果 .而Hashin和Shtrikman未能准确运用变分法研究应变能的极值条件 .针对各向异性非均匀体 ,采用变分法及能量极值原理进行分析 ,得出了一个比Voight -Reuss和Hashin -Shtrikman上、下限近似解更为精确和合理的上。

人造硅酸盐骨料在混凝土中的有效弹性模量

采用棱柱体模拟硅酸盐骨料测其弹性模量,并不能反映硅酸盐骨料在混凝土中的受力状态,测出的弹性模量不能真实反映硅酸盐骨料在混凝土中的"有效弹性模量"。对复合材料弹性模量上限公式进行修正,修正后的公式能较真实的计算出硅酸盐骨料混凝土的弹性模量值。采用外推法得壳层硅酸盐骨料的"有效弹性模量"与砂浆基体弹性模量较为接近,当硅酸盐骨料混凝土受压时,硅酸盐骨料与砂浆基体变形协调一致,硅酸盐骨料在混凝土中为三向受压的应力状态,在混凝土中表现出很强的刚性特征。

基于网络交织复合材料预测泡沫铝/环氧树脂复合材料的有效弹性模量

为使泡沫铝孔隙中填充其它材料形成的新型复合材料的有效弹性模量得到定量预测,根据网络交织复合材料的细观力学胞元法,建立了泡沫铝/环氧树脂复合材料的有效弹性模量模型,并进行了预测。结果表明:该模型预测结果与试验结果基本吻合,证明了所建立模型的正确性。

随机分布圆孔板有效弹性模量快速多极虚边界元法模拟

将快速多极算法和广义极小残值法(GMRES)结合于虚边界元法的方程求解,形成了快速多极虚边界元法的求解思想.本方法采用了"源点"多极展开和"场点"局部展开的组合处理方案,使得原问题方程组求解的计算耗时量和储存量均降至与所求问题的计算自由度数成线性比例.文中分析了含随机分布多圆孔板的有效弹性模量,并与其它数值方法的结果进行了比较,同时数值验证了本方法的可行性、计算精度及计算效率.

快速多极虚边界元法对含圆孔薄板有效弹性模量的模拟分析

针对虚边界元法,引入快速多极展开和广义极小残值法(GMRES)的思想,以形成快速多极虚边界元法的求解思想,并将此方法用于含圆孔薄板有效弹性模量的模拟分析。由于本文方法采用了"源点"多极展开和"场点"局部展开的组合处理方案,从而使得原问题方程组求解的计算耗时量和储存量降至与所求问题的计算自由度数成线性比例。本文工作的研究目的在于:提高虚边界元法在普通台式机上的运算能力和拓宽虚边界元法对大规模复杂问题的求解(或数值模拟)。文中给出了均布圆孔的正方形薄板和之字形分布圆孔薄板二个算例,以验证该方法的可行性,计算精度和计算效率。

三维四向编织复合材料有效弹性模量的预测

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效弹性模量进行预测。选择平均法 (SAM)综合了刚度平均和柔度平均的特点 ,在代表单元内进行等应变、等应力假设。本文沿用并发展了这一方法 ,将其应用于三维四向编织复合材料有效弹性模量的预测。预测结果在理论解上下限内 ,并与实验值吻合很好。

细集料有效弹性模量的研究

本文研究了细集料的有效弹性模量．研究结果表明，细集料的有效弹性模量反映了细集料对砂浆、混凝土弹性模量的实际贡献．在砂浆、混凝土的配合比设计中．可用集料的有效弹性模量预估砂浆、混凝土的弹性模量．

短纤维的弯曲与缠绕对纤维混凝土材料有效弹性模量的影响分析

本文利用ANSYS平台构建弯曲与缠绕短纤维增强混凝土的二维和三维周期性特征体积单元,从细观数值模拟的角度计算弯曲与缠绕纤维增强混凝土材料的有效弹性模量,分析纤维的弯曲波长与振幅之比、纤维的团聚与缠绕等因素对随机纤维增强混凝土材料有效弹性模量的影响,比较了不同计算方法所得结果的差异。结果表明:短纤维的弯曲、团聚对有效弹性模量影响较大,短纤维的扭结有利于提高混凝土材料的有效弹性模量,均质化法预测弯曲和团聚短纤维的有效弹性模量是可靠的。

分形理论在有机玻璃有效弹性模量及裂纹聚合路径研究中的应用

运用分形理论获得了含多裂纹的有机玻璃的裂纹分形特征,并研究了分形维数与有效弹性模量及双裂纹聚合路径的关系。结果表明:有效弹性模量随分形维数的增大成比例减小趋势;双裂纹的聚合路径可以用分形维数判定。

基于Voronoi细观数值模型预测PBX的有效弹性模量

为探讨高聚物粘接炸药(PBX)细观结构对其有效弹性模量的影响,采用有限元方法分析对比了六边形颗粒、不同分布形式的圆形颗粒、基于Voronoi方法建立的不规则多边形颗粒等细观数值模型。结果表明,颗粒形貌和分布对PBX的有效模量影响显著。Voronoi细观数值模型不仅可以实现PBX材料颗粒的高填充度(>85%),也可以通过不规则多边形颗粒更好地刻画PBX的细观结构,其杨氏模量预测结果为1.41 GPa,与实验值接近;杨氏模量、体积模量、剪切模量随颗粒含量增加近似指数上升,而泊松比随颗粒含量的增加快速下降。

考虑孔隙影响的混凝土有效弹性模量预测分析研究

本文通过纳米压痕实验技术得到混凝土材料细观各相参数,基于渐进均匀化理论,采用蒙特卡洛方法和双向游走方法建立了含孔隙混凝土的胞元模型.分析了孔隙在冻融循环次数增加情况下对混凝土有效弹性模量的影响,同时与有限元模拟分析进行了比较.结果表明:随着冻融循环次数增加,孔隙体积分数增大,界面与砂浆压痕模量相对降低,但对骨料影响较小,导致混凝土宏观弹性模量随之降低;理论分析预测的混凝土有效弹性模量与有限元模拟结果吻合良好.应用含孔隙混凝土胞元模型能有效地预测混凝土宏观弹性模量,进而也为其在冻融作用下老化演变机理的研究评估提供了基础.

按龄期调整的有效弹性模量法分析混凝土收缩徐变

采用按龄期调整的有效弹性模量法编制了计算混凝土收缩徐变影响的分析程序,将计算结果与实测值进行了比较,得出一些有意义的结论。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料有效弹性模量预测

为了分析碳化硅颗粒增强铝基复合材料细观结构对其宏观力学性能的影响,针对无压渗透法制备的A356/SiCp复合材料建立了表征其细观结构的2维代表性体积单元有限元模型,以建立复合材料宏观性能与细观结构之间的依赖关系。在周期性边界条件和模拟单轴拉伸边界条件下研究了颗粒的形状(圆形、椭圆形)和体积分数(10%、15%、20%)对其有效弹性模量的影响,并与无压渗透法制备的A356/SiCp复合材料试验值进行比较。结果表明:在2种条件下的预测结果相差不大,预测误差均不超过5%;碳化硅颗粒体积分数对复合材料的力学性能影响显著,对颗粒形状的影响很小,在相同边界条件及体积分数下,圆形和椭圆形颗粒的预测值相差不超过0.4%。