【摘要】：通常來(lái)講,非均質(zhì)材料指的是兩種或者兩種以上材料組成的復(fù)合體,也可以是同一種材料在不同狀態(tài)下的組合體。與單質(zhì)材料相比,非均質(zhì)材料不僅保留了原材料的大部分優(yōu)秀性能且增加了原材料不具備的性能,已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、橋梁、建筑等方面。因此,發(fā)展一種針對(duì)非均質(zhì)材料的普遍研究方法是力學(xué)和材料科學(xué)研究的一大課題。均化方法是一種計(jì)算非均質(zhì)材料宏觀有效力學(xué)性質(zhì)的有效方法,該方法依賴于介觀尺度上的表征體積單元,基于多尺度有限單元法,即可獲得整個(gè)RVE上的材料有效性質(zhì)。本文在有限變形框架下充分考慮非均質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的不確定性時(shí),分別對(duì)兩相非均質(zhì)材料的隨機(jī)和區(qū)間熱彈性均化問(wèn)題進(jìn)行了研究。主要工作如下:首先,介紹了非均質(zhì)材料的分類與應(yīng)用、相關(guān)的研究背景和現(xiàn)狀;在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上,引入了RVE的定義、生成方法和尺寸收斂判據(jù),針對(duì)有限變形下非均質(zhì)材料的熱彈性均化問(wèn)題,基于尺度分離假設(shè)理論和多物理場(chǎng)理論,構(gòu)建了多尺度均化框架,獲得了非均質(zhì)材料的宏觀尺度熱彈性響應(yīng)。接著,在確定性熱彈性均化理論的基礎(chǔ)上,當(dāng)充分考慮非均質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)的隨機(jī)性和材料參數(shù)的隨機(jī)性,基于多尺度有限元和蒙特卡洛算法構(gòu)建了隨機(jī)熱彈性均化分析模型�；诿商乜宸ㄉ勺銐蚨嗟碾S機(jī)模擬樣本后,對(duì)表征體積單元RVE劃分網(wǎng)格并施加邊界條件,采用多尺度均化方法求解得到非均質(zhì)材料的宏觀隨機(jī)有效性質(zhì)及其統(tǒng)計(jì)特征值,包括第一皮奧拉-基爾霍夫應(yīng)力張量、熱流量張量以及敏度等有效量的均值和均方差。進(jìn)而,考慮非均質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)具有區(qū)間不確定性時(shí),將多尺度均化和優(yōu)化算法結(jié)合對(duì)區(qū)間熱彈性均化問(wèn)題進(jìn)行了研究。基于粒子群算法和遺傳算法的原理,分別構(gòu)建出兩種優(yōu)化算法的區(qū)間熱彈性均化模型,并求解得到兩種優(yōu)化算法下非均質(zhì)材料宏觀有效性質(zhì)的區(qū)間取值范圍。最后,在隨機(jī)均化算例中,考察了材料各組分參數(shù)的隨機(jī)性以及各組分之間的相關(guān)性對(duì)材料宏觀有效量隨機(jī)性的影響。在區(qū)間優(yōu)化算例中,充分考慮區(qū)間參數(shù)的不確定性,通過(guò)改進(jìn)PSO算法和遺傳算法分別對(duì)宏觀有效性質(zhì)進(jìn)行了迭代求解,得到其取值區(qū)間的上、下限�？疾炝朔蔷|(zhì)材料各參數(shù)的區(qū)間變化對(duì)均化結(jié)果的影響,并得出了一些有意義的結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB30
【圖文】：

圖 2.1 兩相非均質(zhì)材料的多尺度均化過(guò)程如圖2.1所示，d 代表的是非均質(zhì)材料中夾雜的顆粒的特征尺寸，L代表的是代表體積單元（RVE）的特征尺寸，D代表的是非均質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)特征尺寸。均化過(guò)程實(shí)際上就是把材料的微觀尺度特性和其宏觀有效性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)，這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)依賴于RVE的鑒定。如圖2.1所示，非均質(zhì)材料的一個(gè)體積元00V R。一般規(guī)定顆粒 dVL0, 和宏觀結(jié)構(gòu) RD0的典型尺寸之間滿足這樣的不等式即： d L D,這也被稱作“微觀-細(xì)觀-宏觀尺度原則”，在本文中要實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)材料的多尺度均化，特征尺寸D、L、d 需滿足以下兩點(diǎn)[49]：（1） L D，在滿足連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，要求RVE的尺寸在宏觀上要

圖 2.2 三維 RVE 結(jié)構(gòu)示意圖2 的三維 RVE 結(jié)構(gòu)示意圖，不考慮基質(zhì)材料特征，將其作透明化處理展示表征體積單元內(nèi)部顆粒的隨機(jī)分布情況。圖中正方體表示的是基夾雜，展示的是體積比不同時(shí)的 RVE 結(jié)構(gòu)示意圖。由以上兩個(gè)圖對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2718967