本文關(guān)鍵詞：智能材料電—磁（-熱）-彈性全耦合行為的細觀力學模型

  更多相關(guān)文章： 變分漸近法 均勻化 細觀力學 智能材料 電-磁-熱-彈

【摘要】：智能材料是一類具有獨特功能的新型材料。與傳統(tǒng)材料相比,它能夠接收外部影響,并依據(jù)自身材料特性作出判斷,最后得到自身材料對應(yīng)的響應(yīng)。簡單來說,智能材料具有感知、反饋和響應(yīng)等特征要素。在當今信息技術(shù)、新材料技術(shù)和航天以及其他高科技領(lǐng)域,智能材料有廣泛的應(yīng)用,并日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。鑒于單獨某一領(lǐng)域的材料特征已不能滿足日益發(fā)展的科學技術(shù)應(yīng)用的需求,研究多場耦合的材料特征越來越成為力學、材料學關(guān)注的焦點。但現(xiàn)有的研究結(jié)果表明,電-磁(-熱)-彈全耦合下材料的多物理場有效性質(zhì)和局部場分布預(yù)報往往很難給出精確結(jié)果,且大多數(shù)模型的近似局部場分布預(yù)報依賴于預(yù)定假設(shè),包括單胞形狀、大小、周期邊界條件等。當預(yù)定假設(shè)不同時,結(jié)果往往不同。使用方法不具有普適性和通用性。論文以變分漸近均勻化理論為基礎(chǔ),對智能材料電-磁(-熱)-彈全耦合行為進行研究。變分漸近法在簡化求解含單個或多個小參數(shù)泛函駐點的過程中非常有效,尤其對構(gòu)建含可識別單胞的智能材料細觀力學模型是很好的工具。在實際理論推導中,只引入傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學中所做的基本假設(shè),基于智能材料電-磁-彈耦合統(tǒng)一本構(gòu)方程得到總能量泛函。利用單胞細-宏觀尺度比作為小參數(shù),將能量泛函漸近擴展為系列近似泛函。依據(jù)相鄰單胞之間接觸面的連續(xù)性以及波動函數(shù)特性,利用Lagrange乘子法將約束條件納入能量泛函中。通過最小化近似泛函得到場變量未知波動函數(shù)的解析解,從而建立逼近物理和工程真實性的細觀力學模型。利用有限元對離散的能量泛函進行數(shù)值求解,最后根據(jù)得到的全局響應(yīng)和波動函數(shù)重構(gòu)局部場,得到完整的局部場分布。在構(gòu)建的電-磁-彈智能材料全耦合的細觀力學模型基礎(chǔ)上,若再加入熱場分析,會破壞原有電-磁-彈三場耦合方程的很多優(yōu)良特性,為此重新利用變分漸近均勻化方法建立能預(yù)測智能材料電-磁-熱-彈全耦合性能的細觀力學模型。通過理論推導后續(xù)的算例表明:構(gòu)建的細觀力學模型可準確預(yù)測電-磁(-熱)-彈耦合性能和重構(gòu)多物理場局部分布。為智能材料細觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析提供了一種通用方法和工具,為取得理想的材料屬性提供了依據(jù)和便利。本文有三個創(chuàng)新點,(1)基于變分漸近法建立細觀力學模型和相應(yīng)的總能量泛函,將電-磁(-熱)-彈全耦合行為的定解問題轉(zhuǎn)換成泛函求極值問題,避免了傳統(tǒng)細觀力學模型基于特定假設(shè)的缺陷。(2)變分漸近法與有限元方法相結(jié)合,充分發(fā)揮了二者的優(yōu)勢,能很好預(yù)測材料有效性能,同時可有效模擬智能材料在多物理場下的有效行為。(3)利用波動函數(shù)和全局響應(yīng)通過簡單的代數(shù)運算重構(gòu)局部場分布,彌補了傳統(tǒng)等效性能理論預(yù)報方法無法取得復(fù)雜材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)情況的不足。
【關(guān)鍵詞】：變分漸近法 均勻化 細觀力學 智能材料 電-磁-熱-彈
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB381
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-13
• 主要符號13-15
• 1 緒論15-25
• 1.1 智能材料介紹及研究意義15-19
• 1.1.1 智能材料介紹15-17
• 1.1.2 研究意義17-19
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.1 細觀力學研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.2 單胞均勻化理論研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.3 電-磁(-熱)-彈性材料研究現(xiàn)狀22
• 1.3 課題研究來源22
• 1.4 主要研究內(nèi)容22-25
• 2 理論基礎(chǔ)25-43
• 2.1 變分原理介紹25-29
• 2.1.1 概述25
• 2.1.2 函數(shù)的變分25-26
• 2.1.3 泛函及其變分26-27
• 2.1.4 泛函的極值問題-變分問題27
• 2.1.5 Lagrange乘子法與極值問題27-29
• 2.2 漸近法介紹29-30
• 2.3 變分漸近法介紹30-36
• 2.3.1 概述30
• 2.3.2 方法的優(yōu)點30-31
• 2.3.3 方法說明31-36
• 2.4 均勻化理論36-38
• 2.5 復(fù)合材料特性介紹38-42
• 2.5.1 各向異性38-40
• 2.5.2 耦合性能40-42
• 2.6 本章小結(jié)42-43
• 3 電-磁-彈性智能材料細觀力學模型研究43-67
• 3.1 引言43
• 3.2 建立理論分析公式43-49
• 3.2.1 建立坐標系43-44
• 3.2.2 智能材料電-磁-彈耦合本構(gòu)方程44-46
• 3.2.3 構(gòu)建電-磁-彈能量泛函46-49
• 3.3 有限元實現(xiàn)49-51
• 3.3.1 泛函離散化及求解49-51
• 3.3.2 重構(gòu)局部場51
• 3.4 算例51-65
• 3.4.1 算例 1：二相電-磁-彈性復(fù)合材料52-60
• 3.4.2 算例 2：三相電-磁-彈性復(fù)合材料60-65
• 3.5 本章小結(jié)65-67
• 4 電-磁-熱-彈性智能材料細觀力學模型研究67-87
• 4.1 引言67
• 4.2 建立理論分析公式67-72
• 4.2.1 建立坐標系67-68
• 4.2.2 智能材料電-磁-熱-彈耦合本構(gòu)方程68-70
• 4.2.3 構(gòu)建電-磁-熱-彈能量泛函70-72
• 4.3 有限元實現(xiàn)72-75
• 4.3.1 泛函離散化及求解72-74
• 4.3.2 重構(gòu)局部場74-75
• 4.4 算例75-85
• 4.4.1 算例 1：三相電-磁-熱-彈性復(fù)合材料75-83
• 4.4.2 算例 2：電磁極化方向的影響83-85
• 4.5 本章小結(jié)85-87
• 5 結(jié)論與展望87-89
• 5.1 全文總結(jié)87
• 5.2 本文創(chuàng)新點87
• 5.3 后續(xù)研究工作的展望87-89
• 致謝89-91
• 參考文獻91-95
• 附錄95-96
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄95
• B. 作者在攻讀學位期間申請的發(fā)明專利95
• C. 作者在攻讀學位期間參與的科研項目95-96
• D. 作者在攻讀學位期間參加的學術(shù)會議96

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫文德;迅速發(fā)展的智能材料[J];發(fā)明與革新;2000年09期

2 C.Dawson,張勝蘭,沈新元;從大自然中提取智能材料的科學設(shè)想[J];國外紡織技術(shù);2000年09期

3 張兵;智能材料[J];國外油田工程;2000年11期

4 高德川,王依民,鄒黎明;智能材料及其應(yīng)用[J];化工新型材料;2000年04期

5 啟明;智能材料現(xiàn)狀[J];金屬功能材料;2000年03期

6 黃榮瑛;有感知能形變的智能材料[J];自動化博覽;2000年01期

7 林元華;智能材料[J];金屬世界;2000年05期

8 賀昌城,顧振亞;關(guān)于智能材料概念的探討[J];天津工業(yè)大學學報;2001年05期

9 余海湖,趙愚,姜德生;智能材料與結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用[J];武漢理工大學學報;2001年11期

10 高培德;智能材料和結(jié)構(gòu)[J];功能材料與器件學報;2002年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊親民;;智能材料——傳感器與傳感器技術(shù)、材料的發(fā)展方向[A];面向21世紀的科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展（下冊）[C];1999年

2 邱濤;;關(guān)于智能結(jié)構(gòu)和智能材料的思考[A];智能可變形飛行器發(fā)展前景及我們的選擇——新觀點新學說學術(shù)沙龍文集（32）[C];2009年

3 謝建宏;張為公;;智能材料與結(jié)構(gòu)在汽車行業(yè)的應(yīng)用[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集Ⅱ[C];2004年

4 江雷;;仿生智能材料體系的設(shè)計與制備[A];中國化學會第二十五屆學術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

5 ;R.智能材料[A];2008中國材料研討會暨慶祝中國科協(xié)成立50周年會議程序和論文摘要集[C];2008年

6 黃尚廉;;智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——面向21世紀的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一[A];第三屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集[C];1998年

7 冷勁松;;智能材料及仿生結(jié)構(gòu)的研究[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術(shù)大會’2007論文摘要集（上）[C];2007年

8 方岱寧;裴永茂;高旭;李法新;馮雪;劉遠銘;;電磁智能材料多物理場耦合性能檢測技術(shù)[A];第三屆二十一世紀的實驗力學學科發(fā)展——海峽兩岸實驗力學研討會摘要集[C];2009年

9 劉健;楊慶生;;智能復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀與相關(guān)力學問題[A];北京力學會第14屆學術(shù)年會論文集[C];2008年

10 冷勁松;;智能可變形飛行器的關(guān)鍵技術(shù)[A];智能可變形飛行器發(fā)展前景及我們的選擇——新觀點新學說學術(shù)沙龍文集（32）[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報記者 馬文方;智能材料：21世紀競爭的關(guān)鍵所在[N];中國計算機報;2010年

2 志英;英研究用智能材料制造手機[N];中國有色金屬報;2002年

3 英國諾丁漢大學建筑學院講師，數(shù)字化設(shè)計與構(gòu)建實驗室協(xié)調(diào)人 陸春曉;智能材料研發(fā)現(xiàn)狀及其在建筑應(yīng)用上的展望[N];中華建筑報;2012年

4 竇光宇;應(yīng)用廣泛的智能材料[N];中國建材報;2003年

5 中國紡織工程學會學術(shù)委員會副主任 盧潤秋;紡織品的智能飛躍[N];中國紡織報;2011年

6 鄧鈺;淺談智能包裝材料與應(yīng)用[N];中國包裝報;2010年

7 竇光宇;美將實施“變體飛行器”計劃[N];中國航空報;2004年

8 本報記者 王瑛;智能材料——讓火車跑得更快更安全[N];河北日報;2001年

9 ;新型智能轎車能安撫司機情緒[N];新華每日電訊;2005年

10 本報記者 張e，

本文編號：1004603