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一种平纹编织复合材料的三维通用单胞模型

航空动力学报 2019年第3期34卷 608-615页

作者：胡殿印杨尧郭小军张龙王荣桥北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191 中国航空发动机集团有限公司湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了解决采用通用单胞(GMC)方法开展编织复合材料多尺度模拟的技术难题,发展了一种三维通用单胞模型,可用于二维平纹编织复合材料的多尺度模拟。概述了三维通用单胞方法的基本理论和求解流程;基于对二维平纹编织复合材料细观结构特征分... 详细信息

为了解决采用通用单胞(GMC)方法开展编织复合材料多尺度模拟的技术难题,发展了一种三维通用单胞模型,可用于二维平纹编织复合材料的多尺度模拟。概述了三维通用单胞方法的基本理论和求解流程;基于对二维平纹编织复合材料细观结构特征分析,建立了其三维通用单胞模型,并通过与传统有限元单胞模型的宏细观力学响应分析计算结果对比,验证了所建模型的正确性。采用基于通用单胞模型的有限元多尺度模拟方法,开展了二维平纹编织复合材料平板试件的模态分析。与试验结果对比表明,采用所建立的通用单胞模型预测得到的前五阶固有频率绝大部分的精度较传统有限元方法有了明显提升。该方法的优势在于可以基于通用单胞模型开展多尺度模拟,进而研究宏细观力学响应的相互关联。

关键词：复合材料平纹编织多尺度模拟模态分析通用单胞模型

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弱界面黏结通用单胞模型数值分析

航空动力学报 2009年第9期24卷 2019-2025页

作者：高希光孙志刚廉英奇宋迎东朱如鹏南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为考查通用单胞模型和弱界面分离模型模拟复合材料界面脱黏的有效性,考虑了柔性界面,常响应界面和渐进适应界面三种不同的界面分离模型,并分析了界面对材料性能的影响.计算结果表明,将界面分离模型集成到通用单胞模型中,增强了通用单胞... 详细信息

为考查通用单胞模型和弱界面分离模型模拟复合材料界面脱黏的有效性,考虑了柔性界面,常响应界面和渐进适应界面三种不同的界面分离模型,并分析了界面对材料性能的影响.计算结果表明,将界面分离模型集成到通用单胞模型中,增强了通用单胞模型的适用范围和对复合材料力学响应特性的模拟分析能力.

关键词：复合材料界面脱黏弱界面黏结通用单胞模型数值模拟

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改进的二维高精度通用单胞模型

固体力学学报 2005年第2期26卷 235-240页

作者：孙志刚宋迎东高德平南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

基于复合材料细观力学周期性假设,利用高阶理论的改进算法,对高精度通用单胞模型的计算方法进行了改进.模型中用界面的平均量代替细观位移函数中解系数,并利用细观单元力学方程的分析与求解,建立了细观平均量与复合材料宏观平均量间的联... 详细信息

基于复合材料细观力学周期性假设,利用高阶理论的改进算法,对高精度通用单胞模型的计算方法进行了改进.模型中用界面的平均量代替细观位移函数中解系数,并利用细观单元力学方程的分析与求解,建立了细观平均量与复合材料宏观平均量间的联系.改进高精度通用单胞模型的求解方程数目减少了大约60%,求解时间大大缩短;并且消除了亚子胞的概念,同时解耦了横向与纵向的方程.该模型的计算结果与试验结果及理论计算结果具有较好的一致性.

关键词：复合材料通用单胞模型平均量细观力学周期性

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改进算法的三维通用单胞模型及其应用

机械科学与技术 2005年第9期24卷 1029-1032页

作者：孙志刚宋迎东高希光高德平南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

基于应力为未知量的二维通用单胞模型改进算法在保证计算精度的前提下,可以提高计算效率,本文把该方法推广到三维,并利用该三维模型计算了颗粒增强复合材料力学性能。计算结果表明,该模型能够较准确的预测颗粒增强复合材料以及复杂随机... 详细信息

基于应力为未知量的二维通用单胞模型改进算法在保证计算精度的前提下,可以提高计算效率,本文把该方法推广到三维,并利用该三维模型计算了颗粒增强复合材料力学性能。计算结果表明,该模型能够较准确的预测颗粒增强复合材料以及复杂随机纤维分配复合材料弹性系数及其对称性,并且随着划分子胞数目的增加,预测的弹性系数对称性越明显;同时,计算得到的剪切模量与E/(2(1+μ))比相对其它弹性系数比的误差大。

关键词：通用单胞模型改进算法颗粒增强复合材料力学性能

考虑界面时细观几何结构对复合材料力学性能的影响

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材料科学与工程学报 2004年第4期22卷 488-494页

作者：孙志刚宋迎东高德平南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

基于应力为未知量的通用单胞模型改进算法在保证计算精度的前提下 ,可以提高计算效率 ,本文利用该方法计算了考虑界面时细观结构对纤维增强复合材料力学性能的影响。计算结果表明 ,当界面结合较差时 ,必须考虑界面性能对复合材料的影响 ... 详细信息

基于应力为未知量的通用单胞模型改进算法在保证计算精度的前提下 ,可以提高计算效率 ,本文利用该方法计算了考虑界面时细观结构对纤维增强复合材料力学性能的影响。计算结果表明 ,当界面结合较差时 ,必须考虑界面性能对复合材料的影响 ;当界面模量接近或等于基体的模量时 ,已满足界面结合完好的条件 ,因此可不考虑界面对复合材料的影响 ;界面对复合材料的弹性模量、泊松比以及应力应变曲线的影响较大 ,因此 ,界面是复合材料力学性能预测中不可忽略的重要环节。同时 ,纤维截面形状及排列方式对复合材料宏观的力学性能影响较大。

关键词：几何结构复合材料力学性能通用单胞模型界面性能应力-应变曲线

基于数据驱动的纤维增强复合材料高效多尺度损伤分析方法

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航空动力学报 2024年

作者：马鹏辉胡殿印刘茜刘昱王荣桥北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机研究院先进航空发动机协同创新中心航空发动机结构强度北京市重点实验室

为实现纤维增强复合材料的损伤分析，建立了一种高效多尺度损伤分析方法。首先，基于通用单胞理论，分别针对层合板和平纹编织复合材料构建了多尺度损伤分析框架，研究了这类复合材料在单轴拉伸载荷下细、微观尺度的损伤过程。结果表明... 详细信息

为实现纤维增强复合材料的损伤分析，建立了一种高效多尺度损伤分析方法。首先，基于通用单胞理论，分别针对层合板和平纹编织复合材料构建了多尺度损伤分析框架，研究了这类复合材料在单轴拉伸载荷下细、微观尺度的损伤过程。结果表明：平纹编织复合材料复杂的编织结构导致其细、微观损伤演化过程较为复杂，同层合板的损伤过程具有显著差异。在此基础上，引入神经网络，提出了一种基于数据驱动的多尺度损伤分析策略，进一步实现了平纹编织复合材料的高效损伤模拟。模拟与试验结果相比，建立的高效多尺度损伤分析方法预测拉伸强度误差小于7%；且与传统多尺度损伤分析方法相比，宏观尺度计算效率提升12.47倍。

关键词：复合材料通用单胞模型多尺度数据驱动神经网络

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碳/碳缎纹机织复合材料弹性性能数值模拟

材料导报 2017年第A1期31卷 129-134页

作者：王玉青梁珩童明波南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

针对碳/碳八枚五飞缎纹机织复合材料的数值模拟工作,在保证精度的前提条件下为提高计算效率,基于该复合材料的细观结构,采用通用单胞模型模拟其弹性性能。将该方法和矩形单胞模拟计算方法进行比较,结果表明,两种方法的计算结果相近,但... 详细信息

针对碳/碳八枚五飞缎纹机织复合材料的数值模拟工作,在保证精度的前提条件下为提高计算效率,基于该复合材料的细观结构,采用通用单胞模型模拟其弹性性能。将该方法和矩形单胞模拟计算方法进行比较,结果表明,两种方法的计算结果相近,但是通用单胞模型可以减小建模工作量,降低网格划分的难度,提高计算效率,是一种较为合理高效的建模分析方法。此外,该建模分析方法也可用于其他缎纹机织复合材料的力学性能分析。

关键词：机织复合材料碳/碳缎纹单胞通用单胞模型有限元

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细观结构对复合材料热膨胀系数的影响研究

应用力学学报 2004年第2期21卷 146-150页

作者：孙志刚宋迎东高希光高德平南京航空航天大学南京210016

基于应力为未知量的通用单胞模型改进算法在保证计算精度的前提下 ,可以提高计算效率 ,本文利用该方法计算了纤维细观结构对纤维增强复合材料热膨胀系数的影响。计算结果表明 ,热膨胀系数随体积比的增加而减小 ,纵向热膨胀系数受纤维的... 详细信息

基于应力为未知量的通用单胞模型改进算法在保证计算精度的前提下 ,可以提高计算效率 ,本文利用该方法计算了纤维细观结构对纤维增强复合材料热膨胀系数的影响。计算结果表明 ,热膨胀系数随体积比的增加而减小 ,纵向热膨胀系数受纤维的形状和排列方式的影响不大 ,而横向热膨胀系数受纤维形状以及排列方式的影响较为明显。复合材料的纵向热膨胀系数并不是随温度上升而上升的 ,它与各组分的弹性模量和热膨胀系数等有关。

关键词：细观结构复合材料热膨胀系数改进算法通用单胞模型弹性模量

热残余应力对聚合物复合材料率相关响应影响的细观力学分析

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热残余应力对聚合物复合材料率相关响应影响的细观力学分析