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基于代表性体积单元的双模铝基复合材料性能拟实研究
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作者 庞雨婷 张峻凡 +2 位作者 王文广 肖伯律 马宗义 《精密成形工程》 北大核心 2024年第4期36-44,共9页
目的研究双模铝基复合材料连续区(Continuous Region,CR)和非连续区(Discontinuous Region,DR)力学性能对材料整体力学性能的影响规律,以深入了解双模铝基复合材料的强韧化机理。方法基于Abaqus模拟软件,以双模CNT/Al为研究对象,建立了... 目的研究双模铝基复合材料连续区(Continuous Region,CR)和非连续区(Discontinuous Region,DR)力学性能对材料整体力学性能的影响规律,以深入了解双模铝基复合材料的强韧化机理。方法基于Abaqus模拟软件,以双模CNT/Al为研究对象,建立了构型尺度的代表性体积单元(RVE)模型,采用GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)模型来描述双模CNT/Al中CR和DR的变形力学行为,通过定义力学性能参数来简化描述CR和DR复杂的力学性能。针对双模CNT/Al的CR和DR,分别设定力学性能参数HC和HD,并进行一系列的拉伸载荷模拟,研究HC和HD对双模复合材料整体力学性能的影响规律。通过与真实双模CNT/Al的力学性能进行对比,得到双模CNT/Al中CR和DR力学性能与均匀材料力学性能的差异,最后对双模CNT/Al在变形过程中的应力分布情况和断裂后的形貌进行分析。结果当HC小于4时,双模CNT/Al的抗拉强度随HD的增大而下降;当HC大于5时,双模CNT/Al的抗拉强度随HD的增大而增大;双模CNT/Al的屈服强度随着HD和HC的增大而增大,延伸率随着HD和HC的增大而降低。当HD或HC一定时,在HC=HD时,模型材料的延伸率最大。典型双模CNT/Al由“粗晶铝合金+CNT/超细晶Al复合材料”构成,与均匀结构的粗晶铝合金相比,其构型中粗晶铝合金的强度显著提升、塑韧性显著下降;与均匀结构的CNT/超细晶Al相比,其构型中的CNT/超细晶Al复合材料的强度小幅降低、塑韧性小幅提升。当HD大于HC时,裂纹优先在DR产生;当HD小于HC时,裂纹优先在CR区产生;当HD和HC接近时,裂纹产生的区域更加分散。结论建立了一种双模铝基复合材料的有限元模型,从数值上说明了双模CNT/Al复合材料微区与均匀材料的力学性能存在显著差异,为双模铝基复合材料的设计提供了参考。 展开更多
关键词 铝基复合材料 有限元模拟 双模结构 代表体积单元 GTN模型
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基于随机分布代表性体积的颗粒增强复合材料拉伸断裂破坏模拟 被引量:3
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作者 丁桥华 宁志华 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期783-790,共8页
为研究组分材料性能对材料断裂破坏行为的影响,基于计算细观力学,建立施加周期性边界条件的代表性体积单元,对随机分布颗粒增强复合材料的拉伸断裂破坏进行数值模拟。为选取更具代表性的体积单元,采用径向分布函数和平均近邻距离变异系... 为研究组分材料性能对材料断裂破坏行为的影响,基于计算细观力学,建立施加周期性边界条件的代表性体积单元,对随机分布颗粒增强复合材料的拉伸断裂破坏进行数值模拟。为选取更具代表性的体积单元,采用径向分布函数和平均近邻距离变异系数两种统计方法对生成的随机分布细观结构进行评估。并在此基础上,对复合材料的有效弹性常数进行分析,以验证所选代表性体积单元的有效性。利用选定的代表性体积单元,运用扩展有限元方法对Al_(2)O_(3)/TiB_(2)陶瓷复合材料的拉伸断裂破坏进行了数值模拟,重点讨论了颗粒断裂韧性、界面粘结强度对裂纹萌生及扩展的影响。研究结果表明,不同的颗粒断裂韧性下,复合材料的断裂行为基本一致;界面粘结强度对裂纹的萌生及扩展路径影响较为显著,破坏载荷的变化随界面粘结强度的增加分为三个不同阶段。对于Al_(2)O_(3)/TiB_(2)陶瓷复合材料,当界面粘结强度为0.6~60MPa时,可兼顾界面的韧性和复合材料的断裂韧性。 展开更多
关键词 颗粒增强 随机分布 代表体积单元 扩展有限元 界面粘结强度
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基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型
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作者 李云欣 朱晓燕 +2 位作者 袁洪魏 文乾乾 唐维 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期632-639,I0003,共9页
针对PBX的细观力学模型存在模型结构与真实PBX细观形貌不符、破坏行为描述不全面(仅考虑界面脱粘)、研究对象单一(大多针对PBX-9501)等问题,建立了基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型。首先,基于光学显微镜下的细观结构图... 针对PBX的细观力学模型存在模型结构与真实PBX细观形貌不符、破坏行为描述不全面(仅考虑界面脱粘)、研究对象单一(大多针对PBX-9501)等问题,建立了基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型。首先,基于光学显微镜下的细观结构图,采用Voronoi方法构建了更贴近实际形貌的PBX炸药细观模型;然后,采用内聚力有限元方法在炸药晶体内部、黏结剂内部及炸药颗粒/黏结剂界面处都引入了Cohesive单元,以在二维尺度上实现任意路径破坏行为的模拟;最后,针对某HMX基-F2311黏结剂炸药和某HMX基-F2313黏结剂炸药标定了模型参数,模拟了这两种炸药的准静态拉伸行为。结果表明,两种炸药数值模拟的拉伸变形曲线、破坏应力、破坏应变都与试验数据吻合良好,表明该模型不仅适用于不同PBX炸药材料(线弹性PBX、非线性PBX)的变形行为描述,还可以分析PBX炸药在拉伸破坏过程中的细观机理,刻画不同PBX炸药的裂纹萌生、扩展和贯穿的过程。 展开更多
关键词 物理化学 高聚物黏结炸药 PBX 细观力学 拉伸强度 Voronoi建模 代表体积单元(RVE) Cohesive单元
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电工装备硅钢磁心静态磁滞改进模拟方法
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作者 刘任 曾宇 +1 位作者 胡安龙 唐波 《中国电力》 北大核心 2025年第7期137-146,共10页
微磁学Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程相比于传统Preisach、J-A等磁滞模型具有物理意义清晰、模拟精度高等优点,但由于计算量、存储空间等问题的限制,其难以应用于实际电工钢片的宏观静态磁滞模拟。首先根据电工钢片结构特征,基于代... 微磁学Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程相比于传统Preisach、J-A等磁滞模型具有物理意义清晰、模拟精度高等优点,但由于计算量、存储空间等问题的限制,其难以应用于实际电工钢片的宏观静态磁滞模拟。首先根据电工钢片结构特征,基于代表性体积单元法(representative volume element,RVE)提出了LLG方程的几何模型离散方法,继而构造了毫米级范围内总吉布斯自由能中各能量项的简化表达式,并提出了相关参数的快速辨识方法,从而推导出一种用于电工钢片宏观静态磁滞模拟的简化LLG方程。最后基于该简化LLG方程模拟了产品级取向及无取向硅钢片样品在不同工况下的静态磁滞回线,发现其吻合度均较高,并在模拟精度上与广泛应用的Preisach、J-A磁滞模型进行对比,验证了所提模型及方法的优势。 展开更多
关键词 微磁学 LLG方程 电工钢片 代表体积单元 静态磁滞
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考虑热-力耦合影响的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片热应力分析
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作者 刘晗霄 尤超 +2 位作者 吴奇宇 高希光 宋迎东 《推进技术》 北大核心 2025年第7期313-326,共14页
在陶瓷基复合材料(CMC)涡轮导向叶片的结构设计中,降低热应力水平是重要设计目标,需要开展CMC热、力学性能的综合调控。本文针对2.5D斜纹机织CMC(SiC/SiC),建立了能够反映真实细观结构特征的代表性体积单元(RVE)模型,开展了CMC等效热、... 在陶瓷基复合材料(CMC)涡轮导向叶片的结构设计中,降低热应力水平是重要设计目标,需要开展CMC热、力学性能的综合调控。本文针对2.5D斜纹机织CMC(SiC/SiC),建立了能够反映真实细观结构特征的代表性体积单元(RVE)模型,开展了CMC等效热、力性能(包括各向异性导热系数、线热膨胀系数和弹性模量)预测并加以试验验证。而后,基于参数化代表性体积单元模型开展了CMC热、力性能受编织参数影响的敏感性分析,筛选了影响CMC各向异性热、力性能的敏感设计参数。结果表明,对于2.5D机织CMC,等效热膨胀系数对编织参数的影响较小;而纱线厚度则是影响CMC面内导热系数及弹性模量的主要因素。在此基础上,选取了四组代表性2.5D机织参数,将其分别作为CMC涡轮导向叶片的叶身预制体方案,并分别针对无冷却和采用对流冷却的CMC叶片开展气热耦合与热应力分析,研究CMC各向异性热、力性能参数对叶片温度及热应力水平的耦合影响关系。研究表明,在对流冷却条件下,通过调整编织参数以增大叶身厚度方向导热系数,使叶身内外表面平均温度差降低24%,叶身内外表面平均周向热应力分别降低31%和38%。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 涡轮导向叶片 热应力 代表体积单元 热-力耦合
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基于双向随机微力学模型的复合材料内聚强度预测
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作者 许明朝 田阿利 +1 位作者 王千一 罗怡 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第5期38-44,共7页
针对复合材料损伤实效机理复杂的问题,本文从细观力学机理角度,通过微观代表性体积单元(RVE),建立复合材料双向随机微力学模型来表征结构内聚层,用于探究复合材料三种分层模式下的内聚强度。选取扩展的线性Drucker-Prager屈服准则,参数... 针对复合材料损伤实效机理复杂的问题,本文从细观力学机理角度,通过微观代表性体积单元(RVE),建立复合材料双向随机微力学模型来表征结构内聚层,用于探究复合材料三种分层模式下的内聚强度。选取扩展的线性Drucker-Prager屈服准则,参数化定义随机微观结构,预测裂纹在基体中的萌生现象。预测结果表明,内聚强度在很大程度上取决于由最小垂直纤维间距、最小横向纤维间距、纤维垂直角以及纤维铺层角参数描述的随机微观结构形态。从物理机制的角度出发,提出了内聚强度计算框架,本研究在预测复合材料层合板脱层行为方面具有重要的研究意义,可为工程实践中的结构设计和性能优化提供重要依据。 展开更多
关键词 复合材料 分层 代表体积单元 内聚强度
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颗粒增强复合材料有效模量的Voronoi单元有限元法分析 被引量:5
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作者 黄永霞 郭然 李伟 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期63-72,共10页
Voronoi单元有限元法在计算多相复合材料时比普通位移有限元法效率高,并且能够反映夹杂分布的随机性。用考虑界面脱层的Voronoi单元有限元法对代表性体积单元进行模拟得到应力场,再用直接均匀化方法进行平均,得到能够反映界面脱层对材... Voronoi单元有限元法在计算多相复合材料时比普通位移有限元法效率高,并且能够反映夹杂分布的随机性。用考虑界面脱层的Voronoi单元有限元法对代表性体积单元进行模拟得到应力场,再用直接均匀化方法进行平均,得到能够反映界面脱层对材料有效性能影响的平均应力—应变曲线和有效弹性模量。利用编写的可以对含任意夹杂代表性体积单元进行大规模计算的程序,对多个模型进行了数值模拟,分析了夹杂的形状、体积分数、空间分布等因素对材料有效弹性模量的影响,结果表明:具有较大有效弹性模量的模型一般在界面处有较大的应力集中,在加载过程中较早发生界面脱层。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 Voronoi单元有限元法 代表体积单元 均匀化方法 有效弹性模量
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芳纶平纹编织复合材料平板弹道冲击特性及损伤分析 被引量:3
8
作者 牟浩蕾 李仪 +2 位作者 宋东方 解江 冯振宇 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第1期89-97,104,共10页
为了研究1000D629T/EPMOLD110芳纶平纹编织复合材料平板抗冲击行为及损伤特性,采用真空辅助树脂灌注成型技术(VARI)和树脂传递模塑成型技术(RTM)加工不同厚度的平板试验件,通过空气炮装置进行弹道冲击试验。同时,基于芳纶平纹编织复合... 为了研究1000D629T/EPMOLD110芳纶平纹编织复合材料平板抗冲击行为及损伤特性,采用真空辅助树脂灌注成型技术(VARI)和树脂传递模塑成型技术(RTM)加工不同厚度的平板试验件,通过空气炮装置进行弹道冲击试验。同时,基于芳纶平纹编织复合材料基础力学性能试验数据,建立经验证的细观代表体积单元(RVE)模型,通过拟合确定宏观模型的材料本构参数;建立芳纶平纹编织复合材料平板弹道冲击宏观有限元模型,结合CT扫描结果进一步分析其弹道极限特性及损伤形貌等。结果表明:芳纶平纹编织复合材料平板在圆柱弹体冲击试验下的失效模式主要为纤维拉伸断裂、纤维脱出、面外剪切与层间分离等;随着平板厚度增加,其弹道极限相应增加,且与VARI工艺相比,采用RTM工艺可将芳纶平纹编织复合材料平板的抗冲击性能提升5%;芳纶平纹编织复合材料平板宏观模型的弹道冲击仿真结果与试验结果吻合较好,弹道极限误差在1%以内。 展开更多
关键词 芳纶平纹编织复合材料 弹道冲击试验 损伤分析 细观代表体积单元(RVE) 数值模拟
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颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形有限元模拟
9
作者 冯效铭 张峻凡 +2 位作者 王东 肖伯律 马宗义 《精密成形工程》 北大核心 2024年第4期1-9,共9页
目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为... 目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为研究对象,构建了能预测粉末热等静压成形过程的有限元模型。使用Gurson-Tvergard-Needleman(GTN)模型作为粉末本构模型,建立了粉末尺度的代表性体积单元(RVE)对GTN模型进行修正。结果通过对比GTN模型计算结果与实验结果,发现修正后的GTN模型能更准确地预测模型的最终变形尺寸,与修正前相比,相对误差降低了1.6%~2.9%。使用修正后的GTN模型对杯形回转体零件的热等静压成形过程进行预测,最终形状的计算结果与实验结果的相对误差仅为0.2%~3.1%,致密度分布的相对误差在0.5%以内。在探究包套厚度对热等静压过程的影响时发现,随着包套厚度的增大,热等静压过程中的屏蔽作用增强,内部粉体致密度下降。结论为PRAMC热等静压近终形制备的形状和致密度控制问题提供了有限元预测工具,辅助优化了热等静压工艺和包套设计,降低了颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形过程开发的试错成本。 展开更多
关键词 颗粒增强铝基复合材料 粉末冶金 体积代表单元 GTN模型 近净成形
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玄武岩纤维缠绕成型管道的损伤及承载能力研究 被引量:1
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作者 李涛 赵广慧 +2 位作者 段建良 王怀安 张杰 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期352-362,共11页
玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite, BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点,正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber, BF)缠绕... 玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite, BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点,正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber, BF)缠绕成型的复合材料管道,首先在细观尺度上获得浸胶纤维束的强度。然后,沿着管道的轴向和环向分别截取试件,测量了两种试件的拉伸强度;基于试验结果和有限元模拟,研究了管壁结构层在拉伸、压缩以及剪切载荷作用下的损伤演化,得到结构层的宏观本构模型。最后,建立了BF缠绕成型管道的有限元模型,研究纤维性能离散对管道承载能力的影响。结果表明,纤维有效含量对管道承载能力的影响很大,从纤维生产和管道成型工艺等方面降低纤维增强作用的离散性对于准确预测管道的承载可靠性,推动BF复合材料在油气管道领域的应用至关重要。 展开更多
关键词 玄武岩纤维缠绕成型管道 复合材料 代表体积单元 损伤演化 承载能力
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冷热循环下铝基复合材料构件尺寸稳定性影响因素研究 被引量:2
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作者 杨光 金延文 +1 位作者 张峻凡 王东 《精密成形工程》 北大核心 2024年第4期87-94,共8页
目的研究高精度仪器结构件在冷热变化过程中的尺寸变化原理和关键影响因素。方法采用粉末冶金法制备25%(体积分数)SiC/2009Al复合材料锻件,并加工出典型零件。研究了退火工艺对材料组织和性能的影响规律以及−45~65℃的冷热循环过程对零... 目的研究高精度仪器结构件在冷热变化过程中的尺寸变化原理和关键影响因素。方法采用粉末冶金法制备25%(体积分数)SiC/2009Al复合材料锻件,并加工出典型零件。研究了退火工艺对材料组织和性能的影响规律以及−45~65℃的冷热循环过程对零件尺寸精度的影响,并采用代表性体积单元模型和有限元方法分析了复合材料微区应力演化行为及其对材料尺寸稳定性的影响。结果SiC颗粒与铝基体线膨胀系数的差异会导致复合材料在制备过程中产生大量热错配位错。退火过程会显著减少铝基体中的位错数量,有助于提升材料的尺寸稳定性,但对材料的力学性能没有明显的影响。在−45~65℃下冷热循环720次,零件典型平面的平面度没有明显变化。结论冷热循环过程会在一定程度上影响颗粒与基体之间的应力分配,多次循环后复合材料微区应力-应变没有明显改变,因此零件的平面度没有明显变化。 展开更多
关键词 铝基复合材料 尺寸稳定性 仪器仪表结构件 有限元 代表体积单元
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机织复合材料变曲率薄壳件固化特性分析
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作者 姚文标 牛雪娟 《宇航材料工艺》 CSCD 北大核心 2024年第6期71-77,共7页
机织复合材料结构件在固化过程中会经历复杂的物理和化学变化,在固化成型脱模后产生变形,严重影响构件的成型精度。为了准确预测变形,本文首先建立了机织复合材料结构件固化变形的多尺度模型,后结合细观力学方法获得机织复合材料在固化... 机织复合材料结构件在固化过程中会经历复杂的物理和化学变化,在固化成型脱模后产生变形,严重影响构件的成型精度。为了准确预测变形,本文首先建立了机织复合材料结构件固化变形的多尺度模型,后结合细观力学方法获得机织复合材料在固化过程中力学性能与热性能的演化。然后以变曲率薄壳件及含曲率的层合板构件作为研究对象,采用顺序热-力耦合的模拟方法,进一步分析了曲率、厚度参数对机织复合材料结构件固化特性的影响。结果表明,厚度较薄的机织复合材料结构件,固化温度梯度较低,固化程度比较均匀;曲率参数会对曲面机织件的固化变形产生一定的影响,且构件厚度越薄,曲率对变形的影响越显著;在变曲率薄壳件固化完成脱模后,同一曲率处,薄壳件经纬纱方向的最大位移大于厚度方向的最大位移。 展开更多
关键词 曲率 代表体积单元 多尺度 变形 残余应力
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碳纤维/橡胶和炭黑/橡胶复合材料力学性能及裂纹扩展损伤有限元模拟 被引量:1
13
作者 张心怡 贾均红 +3 位作者 高飒飒 李洪春 李东升 杨晓东 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期94-102,共9页
为了研究碳纤维/橡胶复合材料和炭黑/橡胶复合材料的力学性能及裂纹扩展机制,首先分析了不同体积分数填充物对复合材料力学性能的影响,然后基于扩展有限元法研究了碳纤维/橡胶复合材料和炭黑/橡胶复合材料裂纹扩展损伤演化,探究了单轴... 为了研究碳纤维/橡胶复合材料和炭黑/橡胶复合材料的力学性能及裂纹扩展机制,首先分析了不同体积分数填充物对复合材料力学性能的影响,然后基于扩展有限元法研究了碳纤维/橡胶复合材料和炭黑/橡胶复合材料裂纹扩展损伤演化,探究了单轴载荷下增强体体积分数对橡胶材料裂纹扩展过程中撕裂能和J积分的影响,分析了碳纤维和炭黑增强橡胶基复合材料裂纹扩展损伤规律。结果表明,橡胶复合材料随着增强体体积分数的增大,其有效弹性模量也增大,在大变形条件下材料的力学性能随着增强体体积分数的增加有显著改善。增强体在橡胶复合材料的裂纹扩展过程中可以有效抑制裂纹的扩展过程,但增强体的体积分数并不是越大越好,随着体积分数变大,材料的抗断裂性能有减弱的可能,炭黑和碳纤维增强体的体积含量分别为15%和10%时,在裂纹扩展的过程中所消耗的能量较小。 展开更多
关键词 橡胶复合材料 随机序列吸附算法 裂纹扩展 代表体积单元 有限元分析
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基于三维细观随机模型的碳纳米颗粒/聚合物力电响应模拟
14
作者 王柱 左彦江 王俊璞 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期435-441,共7页
针对碳纳米颗粒聚合物内部导电颗粒随机分布且结构复杂的特点,本研究提出一种结合细观有限元分析与材料微观等效电路电阻计算的方法,对其力电响应行为进行模拟。首先,借助ABAQUS二次开发及改进型最近距离算法,建立碳纳米颗粒聚合物材料... 针对碳纳米颗粒聚合物内部导电颗粒随机分布且结构复杂的特点,本研究提出一种结合细观有限元分析与材料微观等效电路电阻计算的方法,对其力电响应行为进行模拟。首先,借助ABAQUS二次开发及改进型最近距离算法,建立碳纳米颗粒聚合物材料的代表性体积单元模型,通过有限元分析得到不同加载条件下相邻导电聚集体的间距变化。其次,通过转换矩阵法及隧穿电阻公式,对该复合材料所简化的随机电阻网络进行等效电阻的计算。最终以相邻导电聚集体间距为纽带,将导电聚合物电阻与全局应力相关联,得到其力电响应曲线。为验证该方法的有效性,以CB3100/硅橡胶材料为例,分别计算了不同轴向压缩应力下导电复合材料的电阻,并与文献中的数据进行对比。结果表明,该方法不仅能够有效模拟碳纳米颗粒聚合物的力电响应,且从细观尺度揭示了其应变传感机制。 展开更多
关键词 碳纳米颗粒聚合物 代表体积单元 细观有限元 微观随机电阻网络 力电响应
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连续纤维增强热塑性复合材料3D打印结构拉伸性能研究
15
作者 赵天 吴晗泰 +2 位作者 陈薪宇 徐帅衡 苏伯昂 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第19期55-62,91,共9页
为了揭示工艺过程与结构性能及失效机理的关系,基于试验方法开展了典型工艺参数对熔融沉积成型(FDM)复合材料结构力学性能及失效机理的影响研究,提出了打印工艺的优化参数。同时,基于层级多尺度理论,建立了包含孔隙、树脂富集区等典型... 为了揭示工艺过程与结构性能及失效机理的关系,基于试验方法开展了典型工艺参数对熔融沉积成型(FDM)复合材料结构力学性能及失效机理的影响研究,提出了打印工艺的优化参数。同时,基于层级多尺度理论,建立了包含孔隙、树脂富集区等典型缺陷的打印丝束高保真有限元模型,提出了复合材料构件宏观拉伸性能的预测方法,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,树脂填充率对构件性能影响显著,树脂填充率从50%增至100%时,试件拉伸强度提高47.6%;层厚从0.2 mm增至0.4 mm时,试件拉伸强度降低51%,拉伸模量降低21%;而打印温度和打印速度对试件拉伸性能的影响相对较小。基于建立的多尺度有限元模型计算得到的拉伸模量相对误差仅为2.73%,能够实现复合材料增材制造结构力学性能的准确预测。 展开更多
关键词 3D打印 打印参数 拉伸力学性能 数值模拟 微观力学模型 代表体积单元
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基于RVE方法的磁流变弹性体力学行为的预测 被引量:6
16
作者 孙书蕾 彭雄奇 +1 位作者 郭早阳 蒋钰钢 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期4128-4132,共5页
磁流变弹性体是一种在不同磁场条件下力学性能可控的智能材料。磁流变弹性体的模量为无磁场下材料的模量和磁场诱导产生的模量之和。运用基于周期性边界条件的代表性体积单元法,用理论和有限元两种方法对比研究了无磁场下磁流变弹性体... 磁流变弹性体是一种在不同磁场条件下力学性能可控的智能材料。磁流变弹性体的模量为无磁场下材料的模量和磁场诱导产生的模量之和。运用基于周期性边界条件的代表性体积单元法,用理论和有限元两种方法对比研究了无磁场下磁流变弹性体的宏观弹性模量和剪切模量。通过引入Maxwell应力张量,研究了磁流变弹性体在不同磁感应强度下对磁场诱导产生的弹性模量和剪切模量的影响。用RVE的方法证明了,磁流变弹性体由于磁场诱导产生的弹性模量是负数,但总的弹性模量是正数,且其大小随磁感应强度的增大而增大。而其初始剪切模量则始终为正数,其大小随着磁场强度的增大而增大,这与偶极子理论推导得到的结论一致。 展开更多
关键词 磁流变弹性体 力学行为 MAXWELL 应力张量 代表体积单元
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二维多晶体材料微结构的力学响应计算 被引量:6
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作者 任淮辉 李旭东 +1 位作者 李俊琛 龙弟德 《武汉科技大学学报》 CAS 2008年第4期427-431,共5页
为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上。利用已开发的材料微观组织结构仿真软件Pro-Design构造出二维多晶体材料微结构模型,采... 为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上。利用已开发的材料微观组织结构仿真软件Pro-Design构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义。 展开更多
关键词 材料微观组织结构 代表体积单元 Python脚本语言 ABAQUS
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孔隙率对复合材料单向板横向力学性能的影响 被引量:16
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作者 李波 万小朋 赵美英 《玻璃钢/复合材料》 CSCD 北大核心 2017年第6期33-38,共6页
在考虑纤维和孔隙随机分布的情况下,通过随机算法生成包含孔隙的代表性体积单元Representative Volume Element(RVE)。对生成的RVE建立有限元模型,引入基体的塑性本构模型和界面的双线性本构模型,采用有限元方法研究了孔隙率对碳纤维/... 在考虑纤维和孔隙随机分布的情况下,通过随机算法生成包含孔隙的代表性体积单元Representative Volume Element(RVE)。对生成的RVE建立有限元模型,引入基体的塑性本构模型和界面的双线性本构模型,采用有限元方法研究了孔隙率对碳纤维/环氧树脂复合材料单向板横向力学性能的影响。研究显示,孔隙随机分布对横向力学性能的影响不是很大;当孔隙率不超过临界值时,孔隙对横向力学性能的影响相对较小;当孔隙率超过临界值后,材料横向弹性模量、横向拉伸强度和横向压缩强度都会有较大的下降。 展开更多
关键词 孔隙率 复合材料 代表体积单元 横向力学性能
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基于RVE模型的空间天线结构热稳定性优化设计与热变形分析 被引量:5
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作者 马健 肖刚 +2 位作者 肖鹏飞 蔡亚宁 冉治国 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期386-394,共9页
空间环境温度变化会使空间天线支撑结构产生热变形,影响其使用性能,因此进行天线热稳定性设计及热变形分析具有重要的意义.基于代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)方法对空间天线结构进行热稳定性设计与热变形分析.通... 空间环境温度变化会使空间天线支撑结构产生热变形,影响其使用性能,因此进行天线热稳定性设计及热变形分析具有重要的意义.基于代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)方法对空间天线结构进行热稳定性设计与热变形分析.通过建立纤维随机分布并含有材料孔隙的RVE,得到纤维热膨胀系数.对M40/TDE85单向复合材料的热膨胀性能进行实验测试,计算结果与测试结果吻合良好,验证了RVE模型的正确性与准确性.建立了复合材料圆管参数化模型,根据计算得到的热膨胀系数及优化算法,对天线支撑结构进行热稳定性优化设计,并对优化后的天线结构进行热致变形分析,结果表明优化后的结构具有很高的热稳定性. 展开更多
关键词 空间天线 代表体积单元 热稳定性 优化设计 热致变形
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基于能量法的复合材料层合板性能等效算法研究与应用 被引量:3
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作者 孟维迎 孙鹏文 +3 位作者 张兰挺 张媛 邢哲健 郜佳佳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1505-1510,共6页
为简化风力机叶片的建模和计算、提高效率,提出基于能量法的复合材料层合板性能参数等效方法。以材料的代表性体积单元RVE为研究对象,在能量法二维理论的基础上,根据RVE和均质等效体应力场与应变场在一定条件下相同的特点,利用变形能守... 为简化风力机叶片的建模和计算、提高效率,提出基于能量法的复合材料层合板性能参数等效方法。以材料的代表性体积单元RVE为研究对象,在能量法二维理论的基础上,根据RVE和均质等效体应力场与应变场在一定条件下相同的特点,利用变形能守恒理论,通过对不同形式变形能公式的变换,推导出层合板三维情况的性能等效刚度矩阵系数与RVE变形能的关系及等效矩阵的能量表达式。将该算法应用于[0°,±45°]三向层合板,计算结果与实测数据吻合。分别对1.5 MW叶片根部层合单元模型和等效模型进行结构分析和对比,结果表明二者数值吻合良好,验证了算法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 性能等效 刚度矩阵 能量法 代表体积单元 复合纤维层合板 风力机叶片
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