基于渐近均匀化法的黏弹性复合材料时域本构模型研究

作     者：武顺心 朱水文 

作者机构：湖北汽车工业学院汽车工程学院 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室 

出 版 物：《复合材料科学与工程》 (Composites Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：湖北汽车工业学院博士基金(BK202213) 湖北省汽车传动与电子控制重点实验室开放基金(ZDK12023B09) 湖北省教育厅项目(B2023076) 

主　　题：渐近均匀化 黏弹性 体积分数 应力松弛 宏观-微观 

摘      要：本文旨在建立一种高效、准确的黏弹性复合材料宏观本构关系建模方法。通过结合渐近均匀化理论和特征位移法，建立了微观结构与宏观响应之间的定量关系。采用降阶均匀化方法求解特征位移，有效提高了计算效率，并直接得到了时域中的宏观本构关系。将得到的本构关系以用户自定义材料子程序（UMAT）的形式嵌入有限元软件ABAQUS中，并通过与DIGIMAT的对比验证了模型的可靠性。数值结果表明，纤维体积分数和黏弹性衰减比对复合材料的应力松弛行为具有显著影响。随着纤维体积分数的增加，复合材料的初始应力值和应力松弛速率均增大；而衰减比的增大则导致应力松弛速率减慢。研究表明，该方法能够准确预测黏弹性复合材料的时域力学响应，为复合材料的设计和优化提供了有力的理论支撑。