应用微分方法确定复合泡沫塑料的杨氏模量

通过微分方法研究了复合泡沫塑料的有效模性质，结果表明；这一方法可预测较高空心球体积含量复合的模量，对其结果进行修正后，可正确预测复合泡沫塑料的杨氏模量，预测民实验结果相当一致。     

用微分法及Mori-Tanaka法求解 复合泡沫塑料的有效模量

基于微分法和Mori-Tanaka方法提出了两种预测含空心球复合材料有效模量的方法;提出利用多次单相夹杂的方法来预测多相颗粒增强复合材料的有效模量;并利用以上的两种方法,求解了含空心球复合泡沫塑料的有效模量.结果表明,理论预测结果和实验结果吻合得较好.同时讨论了空心玻璃微珠相关因素对复合材料有效模量的影响.     

含孔隙基体缎纹编织复合材料面内压缩弹性性能预报

缎纹编织复合材料细观结构复杂,传统弹性性能预报方法较难适用。针对该问题,建立缎纹编织复合材料代表体积单元(RVE),对RVE模型面内压缩弹性模量和面内泊松比的预报方法进行了研究。分别基于能量法原理和单夹杂理论,对弯曲纤维束纵向压缩模量和含孔隙基体弹性性能进行预报,改进了传统细观力学中的混合率方法,并利用已得的组分材料性能对RVE模型有效面内压缩模量和面内泊松比实现了解析法预报。基于Python语言对ABAQUS有限元分析软件进行二次开发,建立了基体含孔隙的RVE模型,利用RVE模型在基本受力状态下的有限元方法结果实现有效面内压缩模量和面内泊松比的有限元方法预报。基于碳/碳复合材料,解析法与数值法计算结果吻合很好,实现了对缎纹编织材料面内压缩性能的有效预报。      

玻璃纤维束增强聚氨酯泡沫的拉压力学性能

通过对普通聚氨酯泡沫塑料和纤维束增强聚氨酯泡沫塑料的准静态拉伸和压缩实验,研究了不同密度和纤维束质量填充比对材料力学性能的影响.实验观察表明,拉伸试件沿垂直载荷方向断裂,呈脆性破坏特征;而压缩破坏试件表面存在着斜向裂开的小块体.实验结果表明,纤维束增强泡沫塑料的应力-应变曲线具有与普通泡沫塑料相同的特征;纤维束能够有效提高材料的模量和强度;材料密度越大,纤维束和树脂基体的体积含量越高,增强效果越好.     

飞灰空心微珠/聚丙烯复合材料的弹性模量预测

基于三相球自洽模型和Mori-Tanaka方法,首先给出了计算含多相球形空心夹杂复合材料有效体积模量和有效剪切模量的一般公式,然后计算了飞灰空心微珠/聚丙烯复合材料的有效弹性模量随微珠含量及尺寸的变化规律.计算结果与实验结果吻合良好,表明:对于给定种类的空心微珠,微珠的含量及其大小是决定复合材料弹性模量的主要因素,微珠内压对复合材料弹性模量的影响可忽略不计.     

EEA/DCP材料的形状记忆特性研究

对以过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)体系进行了研究,结果发现DCP的用量对形状回复率、形状固定率、回复响应温度、拉伸强度和断裂延伸率有很大的影响,并由此确定了当DCP用量为0.5%时,EEA体系具有优良的形状记忆性能;此外对材料动态性能的测试,指出了随着DCP用量的增加,室温模量逐步降低,而高温模量逐步提高,该实验同时还揭示了形状记忆高分子的高弹平台特性.      

拉压不同模量有限元法的收敛性分析

针对力学研究中的不同模量有限元法的收敛性问题,从理论上论述了不同模量问题的剪切弹性模量对数值计算收敛性的影响,提出了一种不仅同主应力符号而且同主应力大小有关的剪切弹性模量的确定方法.在此基础上提出了加速收敛因子η,运用η参与运算,使各种不同模量问题有限元计算的收敛速度加快.     

纳米复合相变材料熔化过程数值模拟

相变储能技术在航空航天等领域具有广泛的应用前景,但是相变材料导热性能差制约了其工程化应用。高导热的纳米材料能够有效提高相变材料的导热性能。为了对其相变现象进行更精细的模拟分析,基于Maxwell-Garnett等效介质理论（EMT）建立3种具有代表性结构的纳米复合相变材料详细物性参数,将流体体积（VOF）模型与焓-多孔介质模型相耦合,在考虑相变材料体积膨胀的情况下,数值模拟了纯石蜡、添加不同体积组分金刚石纳米粒子（ND）、单壁碳纳米管（SWCNT）和石墨烯纳米片（GnP）的纳米复合相变材料在定温边界条件下的固液相变过程。结果表明:相变材料熔化过程中对流效应主要分布在临近固液相界面、临近加热壁面及临近气液两相交界面这3个区域;3种纳米粒子中GnP的导热强化效果最佳,相比纯石蜡,添加体积分数为3%的GnP纳米复合相变材料固相导热系数提高了486%,相变材料的熔化时间缩短了69%;升高壁面温度能够有效缩短复合相变材料的熔化时间。      

轴对称载荷下横观各向同性泡沫材料的屈服面

利用二维有效应力和平均应力的描述方法,推导出三维横观各向同性泡沫材料在轴对称载荷下的特征平均应力、特征应力以及特征应变的表达式,得到用特征平均应力和特征应力描述的屈服面模型;并通过对面心立方单胞模型进行有限元分析,研究了横观各向同性泡沫材料的泡孔长径比对弹性性能和屈服面的影响.结果表明:随泡孔长径比的增加,泡孔伸长方向对应的泡沫模量增加,而与其垂直方向的泡沫模量则减小,且屈服面发生了逆时针转动;得到的屈服面模型与Gurson修正模型基本一致,且同有限元结果相符,为横观各向同性泡沫提供了一种新的屈服面描述.     

具有初始随机材料缺陷的非晶合金剪切带模拟

基于自由体积理论建立了以自由体积为内部参量的非晶合金本构模型,并通过ABAQUS UMAT子程序将之在有限元模拟中实现.以初始自由体积为材料缺陷参量,通过FORTRAN子程序抽取随机数及匹配单元编号的方法定义了初始随机材料缺陷.采用平面应变模型模拟了具有初始随机材料缺陷的非晶合金剪切带的形成和扩展过程,结果表明:自由体积局部增加会造成形变局部化,继而形成剪切带,并且剪切带的成核、形成和扩展会松弛周围应变和自由体积.数值模拟能有效捕捉非晶合金剪切带主要特征,其结果符合实验观察和自由体积理论预测.     

混杂纤维复合材料轴向剪切模量的预测

为混杂纤维复合材料有效轴向模量的计算发展了一个能够考虑纤维截面影响的广义自洽模型:即假定各相纤维的共焦点椭圆柱体细观单元嵌在同一宏观上均匀化的复合材料中.利用解析函数的保角变换与罗朗级数展开,获得了相应问题的封闭解.根据复合材料平均应力与应变关系,获得了预测有效轴向模量的形式简单的代数方程.当各相纤维模量相同时,所得方程退化为已有的预测单相纤维复合材料纵向剪切模量的代数方程.     

预测纳米多孔铜弹性模量的随机分布单胞模型

纳米多孔铜的弹性模量实测值远低于分子动力学的模拟结果，且实际韧带尺寸远大于分子动力学模拟结果。通过Python平台在ABAQUS中构建纳米多孔材料的随机分布单胞模型，基于热应力比拟方法，用多尺度均匀化方法求出均匀化弹性参数。首先，利用所提模型预测纳米多孔金的弹性模量并与实测结果进行了对比，两者的高度吻合说明所提模型的有效性。其次，预测并分析了不同体积分数下纳米多孔铜的均匀化弹性模量，发现了纳米多孔铜均匀化弹性模量随着体积分数变化的阈值现象，并从力学角度对其机理进行了解释，分析了预测结果大于实测结果的影响因素。      

M40石墨纤维／环氧648复合材料弹性常数计算公式

Ｍ４０石墨纤维／环氧６４８复合材料是目前应用于卫星结构的主要材料。根据实验数据与已有的多种计算公式作了比较,提出适用于该材料的弹性常数计算公式。     

三维四向编织复合材料结构模型的几何特性

建立合理的三维编织复合材料结构模型,对其力学性能的有限元计算结果具有重要影响.以成型后的三维四向编织复合材料为研究对象,在实验观察和以往研究的基础上,提出了一个新的有限元胞体结构模型,该模型正确地反映了纤维束的交织方式,更符合三维四向编织复合材料的实际细观结构.基于该单元模型推导了编织参数与结构模型参数之间的几何关系,计算了胞体中纤维体积比并讨论了其几何特性.研究结果表明:当纤维束中的纤维丝根数和纤维束半径,以及纤维体积含量一定时,编织物的花节长度和厚度随着纤维编织角的增大而分别减小和增大,三维四向编织复合材料结构的纤维体积比理论上可以达到68%.      

复合材料结构三维有限元分析的材料参数

在调研现有文献复合材料结构三维数值分析中材料参数的基础上,阐述了基于单层板材料性能数据建立复合材料三维材料参数的方法.通过对复合材料π接头结构的三维数值模拟和试验,研究了三维材料参数中不确定参数对结构刚度预测的影响;分别采用三维修正的最大应力准则、最大应变准则、蔡-胡准则和Hashin准则评价π接头的初始破坏,结合试验数据,研究不同失效准则对复合材料π接头结构的适用范围以及材料参数对初始破坏强度预测的影响.研究工作可为一般层合复合材料结构的三维建模提供参考,并为深入理解复合材料π接头结构力学性能、准确预测其破坏强度提供理论支持.     

航空发动机螺栓连接薄层单元建模方法

螺栓连接广泛应用于航空发动机结构中,对航空发动机动力特性有重要影响.薄层单元法能够很好地模拟复杂连接结构并保持结构完整性.以薄层单元法为基础,给出航空发动机螺栓连接结构薄层单元法参数化建模原理,研究薄层单元材料参数对螺栓连接刚度的影响规律,并从理论推导出发确定薄层单元相关材料参数,最后将该方法应用到实际结构中,并与精细有限元模型结果对比,从而验证薄层单元法的正确性和应用前景.研究结果表明:薄层单元法能够很好地模拟航空发动机螺栓连接结构;对轴向、弯曲刚度起决定作用的是薄层单元轴向弹性模量,对剪切刚度起决定作用的是薄层单元xy、xz平面的剪切模量;薄层单元材料参数能够用螺栓连接结构参数示出.