材料的力學(xué)性能本質(zhì)上取決于材料微觀結(jié)構(gòu)在不同尺度下的變形行為。多尺度數(shù)值方法可以高效而準(zhǔn)確地描述材料微結(jié)構(gòu)與材料性能之間的聯(lián)系,建立材料的力學(xué)模型。MRCT（Multiresolution Continuum Theory）理論是一種應(yīng)用范圍較廣并能考慮尺度效應(yīng)的多尺度數(shù)值方法,但是目前在運(yùn)用MRCT理論時存在三個問題:一是如何將現(xiàn)有的二維MRCT方法用于解決三維問題,二是如何考慮材料微結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性,三是如何選定材料本構(gòu)和獲得材料參數(shù)。本文以骨材料為對象,建立了考慮材料微結(jié)構(gòu)形貌隨機(jī)性的三維MRCT多尺度計算方法,提出了代表體元RVE（Representive Volume Element）的三維建模方法及其特征尺寸的定量確定準(zhǔn)則,用嵌套式稀疏網(wǎng)格配置點(diǎn)法考慮材料微結(jié)構(gòu)形貌隨機(jī)性,引入高階的速度項(xiàng)和速度梯度項(xiàng)建立高階MRCT（h-MRCT）控制方程,并以骨質(zhì)材料為例進(jìn)行了算例驗(yàn)證。本文取得的主要研究結(jié)果如下:（1）建立了基于MRCT的三維有限元計算框架及程序（MRCT-FEM）。MRCT控制方程較傳統(tǒng)有限元法有較大不同,其最主要的特點(diǎn)在于引入了微應(yīng)力項(xiàng)和微應(yīng)力偶項(xiàng)。本文對MRCT控制方... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 多尺度計算與多解析度連續(xù)介質(zhì)理論
    1.3 MRCT的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
    1.5 本文章節(jié)安排
    1.6 本章小結(jié)
2 傳統(tǒng)MRCT理論及其三維擴(kuò)展
    2.1 理論基礎(chǔ)
    2.2 三維MRCT有限元列式
    2.3 三維MRCT計算程序
    2.4 算例
    2.5 小結(jié)
3 骨微結(jié)構(gòu)建模及其演化
    3.1 基于微CT掃描圖片的三維骨質(zhì)微結(jié)構(gòu)DSM建模方法
    3.2 考慮藥物作用和應(yīng)變刺激下的骨微結(jié)構(gòu)演化
    3.3 算例
    3.4 小結(jié)
4 考慮微結(jié)構(gòu)隨機(jī)性的MRCT-FEM
    4.1 隨機(jī)配置法理論基礎(chǔ)
    4.2 配置點(diǎn)的嵌套化和稀疏化
    4.3 基于稀疏網(wǎng)格隨機(jī)配置法的MRCT-FEM求解程序框架
    4.4 簡單算例
    4.5 骨質(zhì)微結(jié)構(gòu)DNS及考慮隨機(jī)性的材料模型
    4.6 小結(jié)
5 骨試樣壓縮試驗(yàn)及其計算仿真
    5.1 骨試樣單軸壓縮試驗(yàn)
    5.2 包含骨小梁微結(jié)構(gòu)的詳細(xì)模型常規(guī)有限元計算仿真
    5.3 MRCT-FEM計算仿真
    5.4 考慮微結(jié)構(gòu)隨機(jī)性的MRCT-FEM計算仿真
    5.5 計算仿真結(jié)果分析
    5.6 小結(jié)
6 高階MRCT計算理論
    6.1 虛動能項(xiàng)和虛動功率項(xiàng)
    6.2 虛內(nèi)能項(xiàng)及虛內(nèi)功率項(xiàng)
    6.3 虛外能項(xiàng)及虛外功率項(xiàng)
    6.4 控制方程
    6.5 一維問題有限元列式
    6.6 算例
    6.7 小結(jié)
7 全文總結(jié)與工作展望
    7.1 本文工作總結(jié)
    7.2 下一步工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的主要論文
附錄2 博士生期間參與的課題研究情況


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型納米多孔材料——金屬有機(jī)配位聚合物的包結(jié)作用及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 殷衛(wèi)峰,歐植澤,高云燕,劉麗華,金咪咪,郝平.  材料導(dǎo)報. 2010(09)
[2]SiC/SiC復(fù)合材料及其在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用[J]. 胡海峰,張玉娣,鄒世欽,周新貴,張長瑞.  航空制造技術(shù). 2010(06)
[3]顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料疲勞研究進(jìn)展[J]. 鄒利華,樊建中.  材料導(dǎo)報. 2010(01)
[4]基于均勻化理論的巖石細(xì)觀力學(xué)損傷模型及其應(yīng)用研究[J]. 朱其志,胡大偉,周輝,謝守益,邵建富.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2008(02)
[5]納米高分子材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用[J]. 冷靜,蘇華.  中國藥事. 2007(01)
[6]小周期結(jié)構(gòu)Helmholtz方程的多尺度計算[J]. 陳培敏,嚴(yán)寧寧.  工程數(shù)學(xué)學(xué)報. 2004(08)
[7]多尺度有限元法在地下水模擬中的應(yīng)用[J]. 薛禹群,葉淑君,謝春紅,張云.  水利學(xué)報. 2004(07)
[8]材料非線性微-宏觀分析的多尺度方法研究[J]. 張洪武,王鯤鵬.  力學(xué)學(xué)報. 2004(03)
[9]彈塑性復(fù)合材料多尺度計算的模型與算法研究[J]. 張洪武,王鯤鵬.  復(fù)合材料學(xué)報. 2003(01)
[10]基于均勻化方法的多孔材料細(xì)觀力學(xué)特性數(shù)值研究[J]. 莊守兵,吳長春,馮淼林,袁振.  材料科學(xué)與工程. 2001(04)

博士論文
[1]周期性多相材料熱動力時空多尺度分析[D]. 張盛.大連理工大學(xué) 2007
[2]機(jī)械力學(xué)刺激對成骨細(xì)胞功能及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的影響[D]. 楊敏.中南大學(xué) 2007



本文編號：3429146