碳纤维增强复合材料的聚类非均匀变换场分析

碳纤维增强复合材料因其优越的力学性能,一直以来是材料科学的研究热点.常规的多尺度方法因其巨大的计算量很难对该类材料的研究提供实质性帮助.非均匀变换场分析是针对弹塑性多尺度分析十分有效的降阶均匀化方法.然而,由该方法推导出的降阶模型存在普适性不强,应用门槛较高的缺陷.为此,将非均匀变换场分析法与k-means聚类算法有机结合起来,提出了改进版降阶模型.用户可以根据自身需求将细观本构模型嵌入到本文降阶框架中,无需再次对降阶模型进行独立推导.基于聚类非均匀变换场分析,揭示材料细观塑性应变场演化对宏观响应的影响规律,对碳纤维增强复合材料力学性能进行预测.算例结果表明,新降阶模型能够准确地预测复合材料的宏观力学性能,其相较于传统有限元计算的加速率可达惊人的10^(3)-10^(4)量级.