编织复合材料结构的多尺度建模与分析方法研究

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lujundehao
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编织复合材料力学性能优异,有着越来越广泛的应用,但该类型材料其细观结构复杂,宏观材料行为通常受到精细尺度结构的影响,传统连续介质力学难以考虑这种影响。而且传统多尺度方法对微观尺度应力应变的描述不够精确,因此编织结构复合材料的分析方法需要进一步的研究。本文建立了用于编织复合材料分析的计算连续性多尺度方法(C~2)和多级多点网格细化模型(M~2),主要内容为以下三个方面:首先,基于计算连续性方程建立了编织复合材料的两尺度模型,纤维束和编织层合板分别视为微观和宏观问题,通过在宏观模型各个积分点上拼装微观胞元来建立复合求解域。可以通过单次运算同时得到宏观和微观的响应。然后,建立了编织复合材料的三尺度计算连续性模型,该模型增加考虑了单丝纤维对纤维束和整个层合板的影响,将总应变分解为三个尺度的应变,通过各自的控制方程建立不同尺度的联系。此外,对于两尺度和三尺度计算连续性方法,本文分别考虑了宏观尺度为实体单元和三阶剪切板单元(TOS)的多尺度问题。最后,建立了用于分析含有多个复杂微小特征的二维多级多点网格细化模型(M~2),在此基础上,提出了一种用于编织复合材料层合板局部位移和应力的三维M~2分析方法。在该方法中,将各尺度的细化网格区域视为超单元,将其对宏观刚度的贡献计入总刚度矩阵中,采用连续性方程保证了两个不同尺度界面之间的位移连续和内力平衡,避免了不同尺度之间的网格划分一致性的要求,可以分析具有较大尺度效应的编织复合材料模型。通过与直接数值模拟(DNS)模型的比较,验证了本文提出的C~2和M~2方法的有效性。
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