基于线性接触模型的颗粒材料细–宏观弹性常数相关关系研究

细观参数的正确选取是离散元模拟成功的关键,然而,目前细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,导致分析结果的不可比性。利用颗粒材料单元体宏观力学参数和颗粒细观参数间的相关性,通过室内三轴试验的PFC3D模拟和结果的回归分析,基于线性接触模型建立了颗粒材料初始杨氏模量、初始泊松比等宏观弹性常数与颗粒法向刚度、颗粒刚度比等细观弹性常数间的经验公式。研究结果表明:对于线性接触模型,颗粒材料的初始杨氏模量和剪切模量约与围压的1/10次方成正比,并约与颗粒粒径的0.9次方成反比。初始泊松比则约与颗粒刚度比的1/14次方成正比,而与颗粒粒径几乎无关。常见砂土的颗粒刚度比为2.0～20.7。

一种改进的三维四向编织复合材料单胞模型及宏观弹性常数预测方法

提出了一种考虑打紧工艺导致纤维束截面形状沿其轨迹方向连续变化的三维四向编织复合材料改进单胞模型,并用于宏观弹性常数预测方法。首先,基于编织工艺过程分析,确定了单胞内部的纤维束布局形式;然后,从几何上推导了纤维束受挤压部位的位置坐标,并假设纤维束在受挤压前截面为圆形,受挤压部位发生圆形到椭圆的过渡变化,导致纤维轨迹产生弯曲,建立了纤维束截面为圆形和椭圆连续变化的改进单胞模型。通过该模型推导单胞编织参数和几何尺寸的数学关系,由此得出的几何特征数据与试件实测数据较为吻合,花节长度的预测值相对误差小于4%,相比于不考虑纤维束挤压变形的单胞模型更接近实际情况。最后,基于该改进的单胞模型,预测了三维四向编织复合材料的宏观弹性常数,并进一步研究了编织角和纤维体积分数对弹性常数的影响规律。

一种新的三维四步编织复合材料几何模型及其在宏观弹性性能预测中的应用

为了准确预测三维四步(1×1)编织复合材料的宏观弹性常数,提出了一种考虑纤维束三维几何结构和纤维束与基体相互作用、便于有限元网格划分的单胞几何模型,该模型精确地反映了纤维体积比。以该几何模型为基础,用六面体单元分别对纤维束和基体进行了网格划分,满足了纤维束与基体界面间的位移连续条件。采用有限元模型计算了编织复合材料的宏观弹性常数,与其他计算结果和实验结果的比较表明,该几何模型和有限元模型比较合理。

单板条层积材力学模型的验证与分析

在利用弹性力学能量原理建立的单板条层积材力学模型基础上,应用层合板理论计算单板条层积材的宏观弹性常数。通过在单板条上黏贴应变片的方法测定杨木单板条的各项弹性常数,并得出了单板条弹性常数与单板条对应密度的关系方程。在此基础上,通过压制不同铺装角度和不同组坯结构的单板条层积材来对计算结果进行验证,验证结果表明,以能量原理为基础,采用层合板理论来预测单板条层积材的力学模型精度较高。