基于Python-Abaqus复合材料代表性体积元的数值模型 被引量：18

1

作者 章继峰 王振清 +1 位作者 周健生 张博明 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期25-29,共5页

代表性体积元法是研究复合材料这类具有多尺度、离散分布多相体的有效手段。本文考虑复合材料增强体几何离散分布特征,通过引入增强体的离散分布函数,应用Python语言实现了Abaqus的二次开发,建立了长纤维增强结构复合材料代表性体积元... 代表性体积元法是研究复合材料这类具有多尺度、离散分布多相体的有效手段。本文考虑复合材料增强体几何离散分布特征,通过引入增强体的离散分布函数,应用Python语言实现了Abaqus的二次开发,建立了长纤维增强结构复合材料代表性体积元的参数化自动生成方法。结果表明:(1)应用Python-Abaqus建立复合材料RVE随机特征模型是可行的;(2)该方法生成的模型纤维体积分数达65%,满足一般工艺的要求;(3)应用移动窗法给出代表性体积元的尺寸,体积元内应力的分布特征与一般合理预计是相符的。该研究为多尺度复合材料微结构提供了一种分析方法,可应用于复合材料微结构增效设计。 展开更多

关键词 代表性体积元 Python—Abaqus 二次开发 复合材料

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基于径向积分边界元法的周期性复合材料面内等效热弹性参数分析方法 被引量：1

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作者 刘华雩 郑永彤 +2 位作者 彭海峰 高效伟 杨恺 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2294-2303,共10页

具有人工设计结构的多材料夹杂的复合材料不仅具有可编辑的弹性模量和泊松比,还可以实现热膨胀系数的调控.这些复合材料的等效热弹性参数与其微观结构和材料分布密切相关.文章提出了一种基于径向积分边界元法的周期性复合材料的均匀化... 具有人工设计结构的多材料夹杂的复合材料不仅具有可编辑的弹性模量和泊松比,还可以实现热膨胀系数的调控.这些复合材料的等效热弹性参数与其微观结构和材料分布密切相关.文章提出了一种基于径向积分边界元法的周期性复合材料的均匀化热弹性参数的计算方法.该方法基于代表性体积元均匀化方法建立材料的微观结构应力、应变与宏观等效热弹性参数之间的关联.同时,采用径向积分边界元法计算周期变形条件下代表性体积元的应力和应变场.该方法无需内部网格和域积分,仅依赖于边界的位移和面力等信息即可获得材料的等效热弹性参数,具有容易实现参数化建模、容易考虑细小结构特征等优势.另外,在角点处采用非连续元处理,大大简化了周期性边界条件的施加.针对复合材料梁的弯曲问题,通过与直接有限元模拟的结果进行对比,验证了该方法的有效性.然后,还采用该方法对网状复合超材料的热膨胀系数进行了分析.结果表明,通过调整结构的尺寸,可实现结构在热载荷下从正膨胀到负膨胀的转变. 展开更多

关键词 边界元法 热弹性 负热膨胀 均匀化方法 代表性体积元

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非协调元在复合材料安定下限分析中的应用

3

作者 陈敏 汤文成 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期631-634,共4页

采用应力函数法,结合均匀化理论和应变法,在细观层次上研究了复合材料的极限和安定分析,获取复合材料代表性体积元在载荷加载历史未知下的容许承载域。利用8节点非协调等参元离散结构,获取弹性应力场和自平衡残余应力场,建立复合材料在... 采用应力函数法,结合均匀化理论和应变法,在细观层次上研究了复合材料的极限和安定分析,获取复合材料代表性体积元在载荷加载历史未知下的容许承载域。利用8节点非协调等参元离散结构,获取弹性应力场和自平衡残余应力场,建立复合材料在细观层次上安定下限的优化格式。在满足计算精度的同时,大大降低了优化规模。以周期性纤维增强金属基复合材料为例,验证了该单元在安定下限分析中的有效性和可靠性。 展开更多

关键词 非协调元 安定下限分析 均匀化理论 应变法 周期性复合材料 代表性体积元

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纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法构建

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作者 寇光杰 何坤成 +3 位作者 蔡辉 张小宁 刘梦庆 杨正伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1324-1336,共13页

针对复合材料多尺度表征中以细观到宏观力学性能预测为主的问题,发展了包含细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征的纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法。通过确定纤维缠绕复合材料组分本构及力学参数,完成基于... 针对复合材料多尺度表征中以细观到宏观力学性能预测为主的问题,发展了包含细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征的纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法。通过确定纤维缠绕复合材料组分本构及力学参数,完成基于细观RFDRVE(Random fiber distributions representative volume element)的单向复合材料力学参数预测,进而实现了纤维缠绕复合材料NOL环的宏观力学性能预测。而后,通过分析NOL环宏观破坏情况,将损伤区域应变加载至RFDRVE,得到NOL环的细观损伤演化情况,并结合扫描电镜观测了细观损伤演化形貌。结果表明,不同缠绕张力下NOL环细观到宏观预测拉伸强度与平均试验拉伸强度的最大误差仅5.08%,且宏观到细观损伤分析能够表征NOL环细观组分上出现的纤维断裂、基体断裂和纤维-基体界面破坏。纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法能实现细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 多尺度 力学性能预测 损伤演化表征 代表性体积元

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一种新的纤维增强复合材料细观力学模型 被引量：17

5

作者 宋迎东 雷友锋 +1 位作者 孙志刚 高德平 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期435-440,共6页

研究了复合材料宏、细观特征之间的联系 ,将宏观复合材料体中的一点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设 ,建立了一种细观力学模型。模型中用高阶多项式函数模拟基体和增强相中细观位移场 ,通过对细观单元力学方程的分析与求解 ... 研究了复合材料宏、细观特征之间的联系 ,将宏观复合材料体中的一点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设 ,建立了一种细观力学模型。模型中用高阶多项式函数模拟基体和增强相中细观位移场 ,通过对细观单元力学方程的分析与求解 ,建立了复合材料宏、细观力学变量之间的联系。该细观力学模型 ,不仅能用于复合材料宏观有效性能的预测及细观应力、应变场的分析 ,而且容易融入常规有限元法中 ,实现对复合材料结构的宏、细观一体化分析。 展开更多

关键词 纤维增强复合材料 细观力学 代表性体积元 力学模型

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微观缩松对蠕铁微观组织和力学性能的影响 被引量：5

6

作者 刘金祥 张庆 +2 位作者 左正兴 熊毅 赵丽丽 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期847-852,共6页

微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响.通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响.同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条... 微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响.通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响.同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条件和拉伸位移载荷,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料宏观力学性能的影响.结果表明,蠕铁材料微观缩松缺陷周围组织中含有Ce,Mg元素,表明稀土蠕化剂与所研究的蠕墨铸铁的微观缩松的形成有密切联系,增加了材料内部形成微观缩松的倾向.随着材料内部微观缩松体积分数的增加,材料的宏观等效弹性模量呈线性降低;微观缩松还会造成材料内局部区域的应力集中,易于微小裂纹的萌生及扩展. 展开更多

关键词 微观缩松 代表性体积元 蠕墨铸铁 细观力学 有限元方法

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纤维增强复合材料涡轮轴结构静强度计算与分析 被引量：8

7

作者 沙云东 赵瑞霖 +1 位作者 贾秋月 骆丽 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第4期197-201,共5页

基于适用于纤维增强复合材料的细观力学代表体积元(RVE)法和材料强度失效参数计算公式,计算体积分数为40%的SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料的力学性能参数和强度失效参数,建立以实际某型号发动机低压涡轮轴为背景,并用SCS-ULTRA纤维增... 基于适用于纤维增强复合材料的细观力学代表体积元(RVE)法和材料强度失效参数计算公式,计算体积分数为40%的SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料的力学性能参数和强度失效参数,建立以实际某型号发动机低压涡轮轴为背景,并用SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料代替原有高温合金材料,应用复合材料宏观强度准则中的蔡—吴张量失效准则,对其进行静强度计算与失效判定,总结作为衡量趋近失效程度的蔡—吴强度指数随轴结构复合材料铺层数的变化规律,同时对铺层总数为27层的轴结构进行给定载荷下的强度计算,得出轴结构内部每一铺层的强度指数及铺层强度指数随铺层位置、45°铺角不同的变化规律,并预测在极限载荷下轴结构铺层首先出现失效的情况。 展开更多

关键词 连续纤维增强钛基复合材料 低压涡轮轴 代表性体积元 静强度

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纤维增强金属基复合材料弹塑性行为分析 被引量：5

8

作者 雷友锋 宋迎东 高德平 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2003年第6期982-985,1002,共5页

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模... 在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 ,获得了宏观应力 -应变关系。试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹塑性性能。利用该模型分析了复合材料宏观弹塑性应力 -应变响应以及细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。此外 ,将该模型与常规的结构分析方法 (如有限元法 )相结合 ,能够开展对金属基复合材料结构的弹塑性行为分析。 展开更多

关键词 金属基复合材料 弹塑性性能 宏、细观统一力学模型 代表性体积元

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纤维增强复合材料宏观与细观统一的细观力学模型 被引量：6

9

作者 刘波 雷友锋 宋迎东 《航空发动机》 2007年第3期45-49,24,共6页

研究了复合材料宏观、细观特征之间的联系,将宏观复合材料体中的1点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设,建立了1种细观力学模型,用模型中高阶多项式函数模拟基体和增强相中的细观位移场;通过对细观单元力学方程的分析与求解,... 研究了复合材料宏观、细观特征之间的联系,将宏观复合材料体中的1点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设,建立了1种细观力学模型,用模型中高阶多项式函数模拟基体和增强相中的细观位移场;通过对细观单元力学方程的分析与求解,建立了复合材料宏观、细观力学变量之间的联系。该细观力学模型,不仅能用于复合材料宏观有效性能的预测及细观应力、应变场的分析,而且能够很容易地融入常规有限元法中,实现对复合材料结构的宏观、细观一体化分析。以该细观力学模型为基础的计算结果与部分文献中的试验结果及理论计算值具有较好的一致性。 展开更多

关键词 复合材料 细观力学模型 有效性能 代表性体积元 细观单元

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数值模拟碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能 被引量：1

10

作者 赵磊磊 邓永胜 +1 位作者 周丽 李德治 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期667-670,680,共5页

本文根据连续介质理论,采用代表性体积元的方法计算了碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能。使用有限元软件ABAQUS对代表性体积元模型进行分析,研究了不同碳纳米管体积分数对复合材料弹性模量、屈服强度、泊松比及剪切模量的影响。结果... 本文根据连续介质理论,采用代表性体积元的方法计算了碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能。使用有限元软件ABAQUS对代表性体积元模型进行分析,研究了不同碳纳米管体积分数对复合材料弹性模量、屈服强度、泊松比及剪切模量的影响。结果表明碳纳米管体积分数对复合材料力学性能有显著影响,随着碳纳米管体积分数的增加,复合材料的弹性模量、屈服强度及剪切强度都明显提高,泊松比略有下降。 展开更多

关键词 碳纳米管铝基复合材料 代表性体积元 力学性能 有限元

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橡胶帘线复合材料界面失效机制 被引量：1

11

作者 郭晓辉 袁晓静 +3 位作者 张泽 刘广永 邱贺方 崔帆帆 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期88-95,共8页

为研究对称角度铺设的橡胶帘线复合材料界面失效机制,采用有限元方法建立了代表性体积元,仿真橡胶帘线复合材料细观层面的应力分布,采用基于能量的Power-law准则仿真帘线与橡胶界面的损伤演化,发现界面的损伤由接触剪切应力与接触压力... 为研究对称角度铺设的橡胶帘线复合材料界面失效机制,采用有限元方法建立了代表性体积元,仿真橡胶帘线复合材料细观层面的应力分布,采用基于能量的Power-law准则仿真帘线与橡胶界面的损伤演化,发现界面的损伤由接触剪切应力与接触压力引起。界面初始刚度为影响界面损伤演化的重要粘接界面参数,初始刚度与界面损伤演化变量正相关。帘线夹角增大会引起帘线所受转矩增大,导致界面失效加剧。 展开更多

关键词 橡胶/帘线 对称角度铺设 有限元 代表性体积元 内聚力接触 损伤演化

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基于RVE汽车用TRIP钢变形过程亚稳组织演变分析 被引量：2

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作者 刘建辉 王少英 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期136-145,共10页

针对TRIP钢变形过程中亚稳组织演变进行模拟分析,根据单向拉伸、双相拉伸和平面应变等试验的特点,采用ABAQUS建立有限元模型,基于代表性体积元研究不同变形过程中的应力应变分布、宏观变形行为以及残余奥氏体转变对微观力学行为的影响... 针对TRIP钢变形过程中亚稳组织演变进行模拟分析,根据单向拉伸、双相拉伸和平面应变等试验的特点,采用ABAQUS建立有限元模型,基于代表性体积元研究不同变形过程中的应力应变分布、宏观变形行为以及残余奥氏体转变对微观力学行为的影响。结果表明:残余奥氏体转变在双轴拉伸下快于平面应变状态,平面应变状态快于单轴拉伸应变状态;各种应变状态下在小变形区域应力主要集中在初始"硬相"贝氏体上,而随着变形的继续,残余奥氏体将逐渐转变为马氏体;单轴拉伸状态下"软相"铁素体在前期的塑性应变较高,而随着应变量的增大,铁素体发生明显的加工硬化,与贝氏体的强度差减小,应变集中程度降低;双轴拉伸状态下该现象更加明显,没有出现明显的应变集中。 展开更多

关键词 相变诱发塑性钢 变形方式 代表性体积元 亚稳组织

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2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测 被引量：1

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作者 李居影 李莹 +2 位作者 王荣惠 魏化震 孔国强 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1516-1523,共8页

为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法。通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元(RVE)模型的经向拉伸弹性性能仿真计... 为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法。通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元(RVE)模型的经向拉伸弹性性能仿真计算,对RVE模型进行经向拉伸弹性模量和经向拉伸破坏形式的预测。为校验该方法预测结果的准确性与合理性,对弯联和直联两种结构2.5维编织复合材料试样进行经向拉伸性能表征,并与仿真计算的预测结果进行对比分析。结果表明,非线性多尺度材料设计与分析方法能够比较准确地对直联结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性模量进行预测,同时能够对两种结构2.5维编织复合材料的拉伸断裂形式进行预测,这为设计和优化2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能提供了一种有效方法。 展开更多

关键词 编织复合材料 代表性体积元 非线性多尺度材料设计与分析 弹性模量

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高抗冲聚苯乙烯多处银纹化RVE模拟 被引量：2

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作者 张跃 张斌 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期286-290,182,共6页

通过在代表性体积胞元(RVE)中嵌入内聚力面,建立了基于连续损伤力学的高抗冲聚苯乙烯多处银纹化细观机理模型。采用Quads准则作为内聚力面失效判据,引入材料刚度退化模型,利用非线性有限元方法研究了在单向拉伸载荷下高抗冲聚苯乙烯中... 通过在代表性体积胞元(RVE)中嵌入内聚力面,建立了基于连续损伤力学的高抗冲聚苯乙烯多处银纹化细观机理模型。采用Quads准则作为内聚力面失效判据,引入材料刚度退化模型,利用非线性有限元方法研究了在单向拉伸载荷下高抗冲聚苯乙烯中银纹的萌生、生长和断裂过程及其规律。数值分析结果与实验中观察到的现象吻合较好,表明了本模型描述的内聚力面模拟银纹化过程的合理性。 展开更多

关键词 高抗冲聚苯乙烯 银纹化 内聚力面 代表性体积胞元

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