基于VCFEM的聚合物基復(fù)合材料彈塑性數(shù)值模擬.pdf

1、聚合物基復(fù)合材料由于其良好的力學(xué)性能,在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于異相材料的加入,聚合物基顆粒增強復(fù)合材料的力學(xué)性能發(fā)生了顯著的變化,如何根據(jù)細(xì)觀結(jié)構(gòu)預(yù)測材料的宏觀力學(xué)性能是一項重要的工作。
　　 漸進(jìn)均勻化理論為分析和預(yù)測復(fù)合材料力學(xué)性能提供了重要手段,它可以把細(xì)觀和宏觀兩種尺度有機結(jié)合起來,從而得到宏觀尺度上的有效性能參數(shù)以及細(xì)觀尺度上的應(yīng)力場和應(yīng)變場。VCFEM方法能準(zhǔn)確描述復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)的大小、形狀以及空

2、間分布的隨機性,可以構(gòu)造出一個任意形狀的基元來作為宏觀結(jié)構(gòu)不同點處微結(jié)構(gòu)特征的代表性材料單元。
　　 本文將VCFEM方法和漸進(jìn)均勻化方法結(jié)合起來,從宏觀和細(xì)觀兩個尺度分析和預(yù)測聚合物基顆粒增強復(fù)合材料的彈塑性能。在細(xì)觀尺度,采用Voronoi元胞來表征細(xì)觀結(jié)構(gòu),對線性增強彈塑性基體或夾雜材料,基于余能泛函建立了非線性求解方程,并利用增量有限元法進(jìn)行迭代求解,從而得到了細(xì)觀應(yīng)力、應(yīng)變場以及均勻化的宏觀性能參數(shù)。在宏觀尺度,將細(xì)觀

3、分析得到的彈塑性參數(shù)輸入ANSYS軟件進(jìn)行宏觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析。
　　 基于上述理論和方法,采用Visual C++開發(fā)了細(xì)觀場彈塑性分析模塊。利用該程序進(jìn)行了下列數(shù)值模擬:
　　 1.計算了代表性材料單元在不同受力和變形條件下的彈塑性能參數(shù),并與文獻(xiàn)進(jìn)行了比較,驗證了程序的有效性和正確性。
　　 2.采用文獻(xiàn)提供的參數(shù),計算了不同體積分?jǐn)?shù)下硼顆粒增強復(fù)合材料的等效彈塑性參數(shù),其計算結(jié)果與文獻(xiàn)基本吻合。