本文關(guān)鍵詞：非均質(zhì)材料微—宏觀非線性分析的多尺度研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：所有材料均具有多種尺度特性,包括自然界中存在的巖石、地質(zhì)鹽、生物組織等和工程材料纖維增強復(fù)合材料、金屬合金材料、混凝土等,并且當(dāng)研究尺度足夠小時,材料均表現(xiàn)為非均質(zhì)屬性。從工程應(yīng)用的角度看,可以通過非均質(zhì)材料組份的特定性能設(shè)計出想要得到的工程材料。事實上,材料的細(xì)觀尺度的特性對其宏觀特性具有決定性影響。因此,宏觀細(xì)觀尺度之間的關(guān)系研究已成為一個急待研究的方向。在常規(guī)數(shù)值方法(例如有限元法)求解非均質(zhì)材料問題時,有限元網(wǎng)格劃分需要細(xì)化到非均質(zhì)材料細(xì)觀尺度的程度,常常因為需要巨大的計算機內(nèi)存空間和大量的計算時間而導(dǎo)致無法求解。多尺度分析方法為求解這類問題提供了一種思路,已成為近年來的一個研究熱點。針對多尺度分析方法研究過程中存在的問題,本文提出了一般性周期性邊界條件有限元實現(xiàn)的方法,解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)RVE對稱網(wǎng)格劃分困難的問題。編程實現(xiàn)了RVE的均勻化計算,并研究了含孔洞缺陷的顆粒增強復(fù)合材料的力學(xué)性能。在ABAQUS有限元軟件平臺上,通過編程實現(xiàn)了非線性耦合多尺度分析,為非均質(zhì)材料研究提供了一種有力工具。在非線性耦合多尺度分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步實現(xiàn)了損傷多尺度分析。本文主要的研究工作包括以下幾個方面。(1)為了降低復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型劃分對稱網(wǎng)格的難度,對周期性位移邊界條件的約束方程進(jìn)行插值處理,推導(dǎo)了一般性周期性位移邊界條件的約束方程。編寫Python scripts程序?qū)崿F(xiàn)了對RVE一般性周期性邊界條件的施加,提高了施加效率。通過三維四向編織復(fù)合材料RVE模型證明了一般性周期性邊界條件施加的正確性。(2)在考慮孔洞缺陷的情況下,基于RVE研究了含孔洞的顆粒增強復(fù)合材料力學(xué)性能。其中,通過FORTRAN編程構(gòu)建了含顆粒/孔洞的二維RVE模型,應(yīng)用多個用戶自定義子程序接口進(jìn)行二次開發(fā),實現(xiàn)均勻化計算。編寫的均勻化程序為非線性耦合多尺度分析作了必要的準(zhǔn)備。(3)基于ABAQUS有限元軟件,應(yīng)用漸進(jìn)均勻化理論,程序化實現(xiàn)了非線性耦合多尺度分析。首先,推導(dǎo)了基于漸進(jìn)均勻化理論的多尺度分析公式及其有限元展開式。然后,給出了線彈性問題多尺度分析有限元實現(xiàn)過程,并將其應(yīng)用到了顆粒復(fù)合材料宏觀等效彈性參數(shù)識別和孔洞復(fù)合材料宏觀等效彈性參數(shù)識別中。最后,給出了非線性耦合多尺度分析有限元實現(xiàn)過程,并應(yīng)用該方法研究了顆粒增強復(fù)合材料的細(xì)觀模型塑性演化過程對宏觀力學(xué)性能的影響。非線性耦合多尺度分析方法為研究非均質(zhì)材料提供了一種有力的工具。(4)在非線性多尺度程序框架內(nèi)嵌入漸進(jìn)損傷模型,實現(xiàn)了一種耦合損傷多尺度分析,并通過算例驗證了該分析方法的有效性。這一工作為研究非均質(zhì)材料的損傷多尺度分析提供了一種基礎(chǔ)程序框架。
【關(guān)鍵詞】：非均質(zhì)材料 周期性邊界條件 代表性體積單元 等效彈性參數(shù)識別 非線性多尺度分析
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 課題背景與意義12-13
• 1.2 多尺度方法研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 尺度定義及RVE選取15-17
• 1.3.1 尺度定義15-16
• 1.3.2 RVE選取16-17
• 1.4 本文研究內(nèi)容17-18
• 第2章 一般性周期性邊界條件有限元實現(xiàn)18-36
• 2.1 引言18-19
• 2.2 對稱網(wǎng)格周期性邊界條件有限元實現(xiàn)19-27
• 2.2.1 周期性位移約束方程19-20
• 2.2.2 周期性位移約束方程有限元實現(xiàn)20-25
• 2.2.3 關(guān)聯(lián)參考點施加宏觀應(yīng)變證明25-27
• 2.3 約束方程插值及有限元實現(xiàn)27-30
• 2.3.1 約束方程插值27-28
• 2.3.2 非對稱網(wǎng)格周期性邊界條件有限元實現(xiàn)28-30
• 2.4 驗證算例30-35
• 2.4.1 對稱網(wǎng)格周期性邊界條件驗證30-32
• 2.4.2 一般性周期性邊界條件驗證32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 基于RVE含孔洞的顆粒增強復(fù)合材料力學(xué)性能研究36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 RVE建模及模型預(yù)處理36-38
• 3.2.1 含孔洞或顆粒RVE建模36-38
• 3.2.2 二維RVE周期性邊界條件施加38
• 3.3 均勻化求解38-39
• 3.4 計算分析39-45
• 3.4.1 顆粒體積分?jǐn)?shù)、材料、粒徑對基體的影響39-41
• 3.4.2 孔洞體積分?jǐn)?shù)、孔徑對基體的影響41-44
• 3.4.3 孔洞體積分?jǐn)?shù)對顆粒增強基體的影響44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 非線性多尺度有限元實現(xiàn)及其應(yīng)用46-72
• 4.1 引言46
• 4.2 漸進(jìn)均勻化方法46-56
• 4.2.1 基本理論46-53
• 4.2.2 熱應(yīng)力法53-54
• 4.2.3 等效位移場函數(shù)等參有限元列式54-56
• 4.3 線彈性多尺度分析56-64
• 4.3.1 線彈性多尺度問題有限元離散及求解步驟56-57
• 4.3.2 線彈性多尺度分析ABAQUS實現(xiàn)57-58
• 4.3.3 線彈性多尺度分析驗證算例58-61
• 4.3.4 線彈性問題多尺度分析應(yīng)用61-64
• 4.4 非線性耦合多尺度分析64-71
• 4.4.1 非線性問題有限元離散64-66
• 4.4.2 非線性耦合多尺度分析有限元實現(xiàn)66-68
• 4.4.3 非線性耦合多尺度分析驗證算例68
• 4.4.4 顆粒增強復(fù)合材料非線性耦合多尺度分析68-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 第5章 損傷多尺度分析72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 漸進(jìn)損傷模型72-74
• 5.2.1 材料漸進(jìn)損傷失效形式72-73
• 5.2.2 損傷準(zhǔn)則73
• 5.2.3 基于等效塑性位移損傷演化方式73-74
• 5.3 考慮損傷耦合多尺度分析實現(xiàn)74-79
• 5.3.1 二維非線性耦合多尺度分析74-76
• 5.3.2 多尺度框架損傷模型添加76-77
• 5.3.3 損傷多尺度驗證算例77-79
• 5.4 考慮損傷耦合多尺度分析應(yīng)用79-80
• 5.5 本章小結(jié)80-82
• 第6章 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 結(jié)論82-83
• 6.2 創(chuàng)新點83
• 6.3 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 致謝88-90
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目和成果90

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