基于VCFEM的顆粒增強高聚物宏細觀雙尺度模擬.pdf

1、復合材料由于具有許多優(yōu)于傳統(tǒng)結構材料的性能，因而在航天、汽車和國防等工程領域的應用越來越廣泛。為了更好地分析、設計和優(yōu)化復合材料，需要引入多尺度計算模型來考察細觀結構對宏觀力學性能的影響。均勻化方法是材料性能多尺度分析的重要手段，它可以把細觀尺度和宏觀尺度有機結合起來，從而得到宏觀尺度上的有效性能參數以及細觀尺度上的應力和應變場。
　　 但傳統(tǒng)的均勻化方法大都采用基于周期性假設的簡單單胞模型，而實際復合材料宏觀結構上不同的點可能

2、具有不同的微結構形態(tài)，為此需要尋求更為精確的細觀力學模型。VCFEM模型能夠準確地描述復合材料微結構的大小、形狀以及空間分布的隨機性，可以構造出一個任意形狀的基元來作為宏觀結構不同點處微結構特征的代表性材料單元。
　　 論文將Voronoi元胞有限元法和漸近均勻化方法結合起來，從宏觀和細觀兩個尺度分析研究顆粒增強高聚物的有效力學性能。在細觀尺度，利用Voronoi基元來表征細觀結構，同時基于余能泛函和漸近均勻化方法，采用雜交應力

3、單元形成了有限元計算列式，建立了等效彈性常數和細觀應力場的計算模型。在宏觀尺度，基于細觀計算所得的等效彈性常數，利用商業(yè)有限元軟件ANSYS模擬了宏觀應力場的分布情況。
　　 在VisualC++平臺上編寫了基于VCFEM的細觀均勻化程序分析模塊，該模塊采用7系數應力函數來表征細觀應力場。我們利用該程序計算了體積分數為10％的二氧化硅顆粒增強環(huán)氧樹脂復合材料的等效彈性常數，其計算結果與參考文獻基本吻合。結果表明：與傳統(tǒng)的均勻化方