纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析

研究了纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析模型。建立了微、细观单胞,给出了纺织复合材料平均弹性常数的逐级分析方法,着重研究了由宏观结构、到细观纤维束、再到微观纤维三个尺度耦合的应力分析方案。对于常用的板壳状纺织复合材料结构,在面内载荷下,假设每层细观单胞的平均面内应变是一致的,在弯曲、横向剪切及扭曲等非面内载荷下,在内力等效条件下将沿厚度方向连续分布的宏观应力简化为阶梯状分布,忽略了每层细观单胞范围内宏观应力沿厚度方向的梯度变化,由此利用细观单胞模型实现宏观应力与细观应力之间的传递,再利用微观单胞可得到纤维尺度的微观应力。最后以一种三维机织复合材料为例,用上述多尺度耦合的模型逐级分析了材料的平均弹性常数,并沿相反方向,由宏观结构分析逐级计算出纤维束尺度和纤维尺度的细、微观应力的局部波动。

反应器-催化剂颗粒双尺度分析费托合成的产物分布及其影响因素

在考虑产物液膜传质阻力的情况下,构建了反应器-催化剂颗粒双尺度费托合成产物分布的多场耦合数学模型,讨论了产物液膜及催化剂粒径对产物分布特性的影响。结果表明,产物碳原子选择性的计算结果符合费托合成经典的ASF分布。反应物浓度在催化剂颗粒表面处的浓度最高,沿着半径方向向中心处不断降低,而产物的浓度分布状态则正好相反。沿着流动方向,主体气流中反应物CO的浓度要高于催化剂内部平均值,产物C_(5+)浓度则与此相反;且浓度差异在反应器入口部分最为明显,随着反应不断进行,催化剂颗粒内外组分的浓度差异逐渐缩小。此外,催化剂粒径越大,颗粒内部组分的浓度差也越大,而减小粒径可以降低液态产物传质阻力,同时有效避免催化剂的"死区"现象,有利于提高其利用效率。

圆管状立体机织复合材料的多尺度分析

采用多尺度耦合的数值模型研究了圆管状立体机织复合材料的力学性能。建立了反映纤维束中纤维/基体二相材料的微观尺度单胞和反映周期性编织结构的细观尺度扇形单胞,并重点讨论了扇形单胞的周期性边界条件。通过逐级计算微观单胞、细观单胞的平均弹性常数,得到了圆管状立体机织复合材料的刚度参数,实现了由组分材料性能及编织参数预测圆管的宏观弹性性能,模型预测刚度与试验结果吻合。另一方面,研究了从大到小各尺度耦合的应力分析,对于圆管环向应力非周期分布的情况,建立了嵌入细观单胞的环状模型,进行了复杂荷载下从宏观圆管结构、到细观纤维束尺度、再到微观纤维尺度之间的逐级应力分析。