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微观缩松对蠕铁微观组织和力学性能的影响

北京理工大学学报 2015年第8期35卷 847-852页

作者：刘金祥张庆左正兴熊毅赵丽丽北京理工大学机械与车辆学院北京100081 河南科技大学材料与工程学院河南洛阳471003

微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响.通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响.同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条... 详细信息

微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响.通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响.同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条件和拉伸位移载荷,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料宏观力学性能的影响.结果表明,蠕铁材料微观缩松缺陷周围组织中含有Ce,Mg元素,表明稀土蠕化剂与所研究的蠕墨铸铁的微观缩松的形成有密切联系,增加了材料内部形成微观缩松的倾向.随着材料内部微观缩松体积分数的增加,材料的宏观等效弹性模量呈线性降低;微观缩松还会造成材料内局部区域的应力集中,易于微小裂纹的萌生及扩展.

关键词：微观缩松代表性体积元蠕墨铸铁细观力学有限元方法

纤维增强涡轮轴结构失效模式分析方法及试验验证

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航空动力学报 2020年第7期35卷 1425-1436页

作者：骆丽沙云东郝燕平沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析问题,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立细观力学代表性体积元(RVE)模型,通过编程模拟实现模型的周期性边界条件,计算纤维增强复合材料应力响应,将其均值应力转化为真实应力,确定失效... 详细信息

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析问题,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立细观力学代表性体积元(RVE)模型,通过编程模拟实现模型的周期性边界条件,计算纤维增强复合材料应力响应,将其均值应力转化为真实应力,确定失效包线。建立连续纤维增强轴结构力学模型,计算轴结构在扭转载荷下的应力响应。通过复合材料层合板主偏轴关系应力转化,将危险单元各方向宏观应力响应计算结果转化到细观力学RVE模型上,即为细观力学RVE模型受载情况。结合细观力学失效边界确定复合材料轴结构危险位置失效模式,当扭转载荷达到5000~5500 N·m之间,复合材料最外层即层6(+45°)首先达到基体拉伸失效载荷。开展复合材料轴结构失效模式试验,在扭转载荷达到6000 N·m时,声发射信号相互叠加,大部分均为中频信号,中频信号多为基体、界面开裂信号。与模拟仿真计算结果对比分析,验证连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析方法的有效性。利用所建立模型预测了某型发动机低压涡轮轴的失效载荷及失效模式。

关键词：复合材料低压涡轮轴失效模式代表性体积元失效包线

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橡胶帘线复合材料界面失效机制

高分子材料科学与工程 2022年第11期38卷 88-95页

作者：郭晓辉袁晓静张泽刘广永邱贺方崔帆帆火箭军工程大学作战保障学院陕西西安710025 青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室山东青岛266042

为研究对称角度铺设的橡胶帘线复合材料界面失效机制,采用有限元方法建立了代表性体积元,仿真橡胶帘线复合材料细观层面的应力分布,采用基于能量的Power-law准则仿真帘线与橡胶界面的损伤演化,发现界面的损伤由接触剪切应力与接触压力... 详细信息

为研究对称角度铺设的橡胶帘线复合材料界面失效机制,采用有限元方法建立了代表性体积元,仿真橡胶帘线复合材料细观层面的应力分布,采用基于能量的Power-law准则仿真帘线与橡胶界面的损伤演化,发现界面的损伤由接触剪切应力与接触压力引起。界面初始刚度为影响界面损伤演化的重要粘接界面参数,初始刚度与界面损伤演化变量正相关。帘线夹角增大会引起帘线所受转矩增大,导致界面失效加剧。

关键词：橡胶/帘线对称角度铺设有限元代表性体积元内聚力接触损伤演化

纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法构建

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宇航学报 2024年第8期45卷 1324-1336页

作者：寇光杰何坤成蔡辉张小宁刘梦庆杨正伟火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 火箭军工程大学核工程学院西安710025

针对复合材料多尺度表征中以细观到宏观力学性能预测为主的问题,发展了包含细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征的纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法。通过确定纤维缠绕复合材料组分本构及力学参数,完成基于... 详细信息

针对复合材料多尺度表征中以细观到宏观力学性能预测为主的问题,发展了包含细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征的纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法。通过确定纤维缠绕复合材料组分本构及力学参数,完成基于细观RFDRVE(Random fiber distributions representative volume element)的单向复合材料力学参数预测,进而实现了纤维缠绕复合材料NOL环的宏观力学性能预测。而后,通过分析NOL环宏观破坏情况,将损伤区域应变加载至RFDRVE,得到NOL环的细观损伤演化情况,并结合扫描电镜观测了细观损伤演化形貌。结果表明,不同缠绕张力下NOL环细观到宏观预测拉伸强度与平均试验拉伸强度的最大误差仅5.08%,且宏观到细观损伤分析能够表征NOL环细观组分上出现的纤维断裂、基体断裂和纤维-基体界面破坏。纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法能实现细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征。

关键词：纤维缠绕复合材料多尺度力学性能预测损伤演化表征代表性体积元

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2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测

兵工学报 2021年第7期42卷 1516-1523页

作者：李居影李莹王荣惠魏化震孔国强中国兵器工业集团第53研究所山东济南250031

为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法。通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元(RVE)模型的经向拉伸弹性性能仿真计... 详细信息

为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法。通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元(RVE)模型的经向拉伸弹性性能仿真计算,对RVE模型进行经向拉伸弹性模量和经向拉伸破坏形式的预测。为校验该方法预测结果的准确性与合理性,对弯联和直联两种结构2.5维编织复合材料试样进行经向拉伸性能表征,并与仿真计算的预测结果进行对比分析。结果表明,非线性多尺度材料设计与分析方法能够比较准确地对直联结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性模量进行预测,同时能够对两种结构2.5维编织复合材料的拉伸断裂形式进行预测,这为设计和优化2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能提供了一种有效方法。

关键词：编织复合材料代表性体积元非线性多尺度材料设计与分析弹性模量

密肋复合墙体宏观有效弹性模量的细观力学有限元分析

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工程力学 2009年第4期26卷 139-143页

作者：姚谦峰张亮刘佩北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

密肋复合墙结构是近年来发展的一种新型建筑结构体系。作为结构的主要承力构件——密肋复合墙体是由密布的钢筋混凝土肋梁、肋柱及嵌固于其中的轻质砌块构成,其材性复杂,弹性常数不易确定。该文提出用细观力学有限元法对密肋复合墙体的... 详细信息

密肋复合墙结构是近年来发展的一种新型建筑结构体系。作为结构的主要承力构件——密肋复合墙体是由密布的钢筋混凝土肋梁、肋柱及嵌固于其中的轻质砌块构成,其材性复杂,弹性常数不易确定。该文提出用细观力学有限元法对密肋复合墙体的弹性阶段进行结构分析,就求解密肋复合墙体宏观有效弹性模量中的若干问题,主要包括代表性体积单元的选取以及所施加边界条件的确定等问题进行了探讨,建立适用于密肋复合墙体的细观力学有限元模型,通过数值模拟与试验结果进行对比分析。研究结果表明:对于密肋复合墙体宏观有效弹性模量的计算,采用细观力学有限元模型比传统的计算模型具有更高的精度和适用性。

关键词：密肋复合墙体细观力学有限元代表性体积元有效弹性模量抗侧刚度

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纤维增强金属基复合材料弹塑性行为分析

机械科学与技术 2003年第6期22卷 982-985,1002页

作者：雷友锋宋迎东高德平南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模... 详细信息

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 ,获得了宏观应力 -应变关系。试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹塑性性能。利用该模型分析了复合材料宏观弹塑性应力 -应变响应以及细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。此外 ,将该模型与常规的结构分析方法 (如有限元法 )相结合 ,能够开展对金属基复合材料结构的弹塑性行为分析。

关键词：金属基复合材料弹塑性性能宏、细观统一力学模型代表性体积元

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非协调元在复合材料安定下限分析中的应用

计算力学学报 2012年第4期29卷 631-634页

作者：陈敏汤文成东南大学 RWTH-Aachen University Aachen 52064

采用应力函数法,结合均匀化理论和应变法,在细观层次上研究了复合材料的极限和安定分析,获取复合材料代表性体积元在载荷加载历史未知下的容许承载域。利用8节点非协调等参元离散结构,获取弹性应力场和自平衡残余应力场,建立复合材料在... 详细信息

采用应力函数法,结合均匀化理论和应变法,在细观层次上研究了复合材料的极限和安定分析,获取复合材料代表性体积元在载荷加载历史未知下的容许承载域。利用8节点非协调等参元离散结构,获取弹性应力场和自平衡残余应力场,建立复合材料在细观层次上安定下限的优化格式。在满足计算精度的同时,大大降低了优化规模。以周期性纤维增强金属基复合材料为例,验证了该单元在安定下限分析中的有效性和可靠性。

关键词：非协调元安定下限分析均匀化理论应变法周期性复合材料代表性体积元

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颗粒增强复合材料机械性能细观分析模型研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2003年第9期31卷 34-36,107页

作者：樊建平邓泽贤香港理工大学工业及系统工程学系

假设立方体颗粒均匀分布于树脂基体材料中 ,借助于单元串联、并联和Halpin Tsai模型算法导出了复合材料杨氏模量的计算公式 .利用三维有限元数值方法对立方体和球体颗粒增强复合材料代表性体积元进行了数值模拟 ,得到了应力分量σ3 3 及... 详细信息

假设立方体颗粒均匀分布于树脂基体材料中 ,借助于单元串联、并联和Halpin Tsai模型算法导出了复合材料杨氏模量的计算公式 .利用三维有限元数值方法对立方体和球体颗粒增强复合材料代表性体积元进行了数值模拟 ,得到了应力分量σ3 3 及vonMises应力的分布规律 ,阐述了应力分布和材料破坏之间的联系 .研究结果发现 ,颗粒的几何形状对复合材料杨氏模量的影响甚微 ,由分析预测模型。

关键词：颗粒增强复合材料颗粒形状代表性体积元有限元分析