特定溫度場(chǎng)調(diào)控材料設(shè)計(jì)與基于變形控制的性能可調(diào)材料可調(diào)性分析.pdf

1、隨著高端裝備與高性能材料/結(jié)構(gòu)的發(fā)展，利用具有特定性能的材料或結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)外場(chǎng)的調(diào)控已經(jīng)成為重要的設(shè)計(jì)需求。例如，實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域電磁隱身和電磁帶隙等需要調(diào)控電磁波實(shí)現(xiàn)電磁波繞射和阻隔特定頻段電磁波傳播；實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的溫度不超過給定值，需要調(diào)控介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)、設(shè)計(jì)熱防護(hù)結(jié)構(gòu)從而對(duì)該區(qū)域的溫度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控。另一方面，結(jié)構(gòu)根據(jù)外部作用的變化調(diào)整結(jié)構(gòu)自身性能，從而調(diào)整或控制其對(duì)外部作用的響應(yīng)，即實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)可調(diào)節(jié)的功能，在工業(yè)裝備領(lǐng)域也具有很高的應(yīng)用價(jià)

2、值。例如，結(jié)構(gòu)在被隱身物體尺寸發(fā)生變化時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)隱身，即智能或自適應(yīng)隱身。因此，通過材料/結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特定物理場(chǎng)調(diào)控問題的研究，以及通過材料微結(jié)構(gòu)構(gòu)型變化實(shí)現(xiàn)自身性能可調(diào)材料可調(diào)性分析與其性能可調(diào)范圍研究具有重要科學(xué)價(jià)值。本文研究特定溫度場(chǎng)調(diào)控材料設(shè)計(jì)與基于材料微結(jié)構(gòu)變形控制的可調(diào)材料性能分析。
　　首先，本文針對(duì)特定溫度場(chǎng)調(diào)控問題，設(shè)計(jì)了基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的熱隱身結(jié)構(gòu)；然后，為了快速、準(zhǔn)確地分析周期性大變形復(fù)合材料可調(diào)力學(xué)和

3、電磁性質(zhì)并研究其可調(diào)節(jié)性質(zhì)的范圍，本文基于商業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)了周期性材料幾何非線性多尺度分析方法。最后，基于材料微觀結(jié)構(gòu)變形控制的方法分析了產(chǎn)生均勻變形的材料其等效彈性性質(zhì)及等效電磁性質(zhì)的可調(diào)性及可調(diào)范圍。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下。
　　1）特定溫度場(chǎng)調(diào)控材料設(shè)計(jì)。根據(jù)熱隱身結(jié)構(gòu)所要求的材料性質(zhì)的空間分布，研究調(diào)控溫度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)隱身的材料設(shè)計(jì)問題，提出了基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓環(huán)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)熱隱身調(diào)控的結(jié)構(gòu)形式。選擇金屬銀作為纖維、空氣作為基體材

4、料（即多孔材料結(jié)構(gòu)形式），給出了具有熱隱身性能的復(fù)合材料設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了特定溫度場(chǎng)調(diào)控的熱隱身材料設(shè)計(jì)；
　　2）基于商業(yè)軟件的周期性彈性大變形材料性質(zhì)多尺度分析方法的實(shí)現(xiàn)技術(shù)?；跐u近均勻化方法的思想，通過商業(yè)軟件ANSYS實(shí)現(xiàn)了周期性材料幾何非線性大變形分析及在給定宏觀應(yīng)變下的材料等效彈性模量計(jì)算。將周期性材料彈性大變形問題轉(zhuǎn)化為一系列線性宏觀問題進(jìn)行分析，提高了求解效率；編寫基于幾何非線性問題更新拉格朗日求解格式的彈性大變形

5、多尺度分析方法的APDL程序，準(zhǔn)確快速地計(jì)算了每個(gè)應(yīng)變?cè)隽坎较碌牟牧系刃椥阅Ａ考拔⒔Y(jié)構(gòu)變形情況，為求解給定形式微結(jié)構(gòu)的變形及材料等效力學(xué)性質(zhì)提供了有效工具；
　　3）基于變形控制的可調(diào)彈性模量材料性能分析。在給定材料微結(jié)構(gòu)構(gòu)型的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值算例分析材料在不同形式的預(yù)應(yīng)變條件下，即單向預(yù)應(yīng)變與雙向預(yù)應(yīng)變條件下微結(jié)構(gòu)構(gòu)型的轉(zhuǎn)換及材料等效彈性模量隨微結(jié)構(gòu)構(gòu)型的變化規(guī)律，分析可調(diào)彈性模量材料可調(diào)節(jié)性能的變化范圍。
　　4）基于