Theoretical aspects of selecting repeated unit cell model in micromechanical analysis using displacement-based finite element method

Repeated Unit Cell(RUC)is a useful tool in micromechanical analysis of composites using Displacement-based Finite Element(DFE)method,and merely applying Periodic Displacement Boundary Conditions(PDBCs)to RUC is almost a standard practice to conduct such analysis.Two basic questions arising from this practice are whether Periodic Traction Boundary Conditions(PTBCs,also known as traction continuity conditions)are guaranteed and whether the solution is independent of selection of RUCs.This paper presents the theoretical aspects to tackle these questions,which unify the strong form,weak form and DFE method of the micromechanical problem together.Specifically,the solution’s independence of selection of RUCs is dealt with on the strong form side,PTBCs are derived from the weak form as natural boundary conditions,and the validity of merely applying PDBCs in micromechanical Finite Element(FE)analysis is proved by referring to its intrinsic connection to the strong form and weak form.Key points in the theoretical aspects are demonstrated by illustrative examples,and the merits of setting micromechanical FE analysis under the background of a clear theoretical framework are highlighted in the efficient selection of RUCs for Uni Directional(UD)fiber-reinforced composites.     

含缺陷三维编织复合材料热膨胀系数计算

通过将细观力学的Ｅｓｈｅｌｂｙ和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论与刚度平均化方法相结合，对含定向基体微裂纹的三维编织复合材料热膨胀系数进行了理论计算，分析了纤维体积含量，微裂纹密度和编织参数变化对热膨胀系数的影响，为材料设计和应用提供了理论基础。     

复合材料界面的微观力学行为研究单纤维拉出试验

使用一专门设计的模型制作了碳化硅／玻璃复合材料单纤维拉出试样。利用纤维拉曼峰波九偏移一纤维所受应变的近似线性关系,首先测定纤维热残余应变的分布,随后对伸出玻璃基体外的纤维段施加给定的拉伸应变,沿纤维轴向用拉曼光谱术逐点测定基体内外纤维的应变,最后依据力平衡原理将应变分布转换为界面剪切应力沿纤维轴向的分布。结果表明：在给出一实验参数下,界面传递应力长度为０．１８ｍｍ,最大界面剪切应力的位置在ｘ为０．     

固体推进剂空穴损伤的理论与实验分析

在空穴累积损伤和微孔洞形核、长大和汇合损伤二种损伤模式分析的基础上，提出一个空实损伤细观力学模型，根据粘弹性对应原理和数学分析，求得空穴损伤演变的二个理论数学表达式。要用空穴损伤非接触诊断专利技术，进行老化药柱的空穴损伤实验研究，求得一种固体复合推进剂的空穴损伤演变的实验曲线和使用寿命。因为贮存失效临界点是实测的，对比实验分析表明：若药柱贮存时间超过贮存失效临界点，则药柱要出出裂纹，超过的时间越长则药柱中的裂纹就越大。     

梁式硅微机械陀螺结构的研究

通过分析梁式硅微机械陀螺的原理 ,确定了其结构参数。介绍制造工艺流程 ,完成了器件的制作 ,并测试出其工作谐振频率。     

复合推进剂线粘弹本构方程的细观力学分析(Ⅱ)非球颗粒增强效应分析

应用等效夹杂的细观力学理论,针对一种与取向相关的细长椭球颗粒填充情况,研究复合固体推进剂粘弹本构方程。发现颗粒对基体的增强效应主要体现在颗粒的纵向,得到了颗粒无序取向对基体的增强效应与颗粒单轴取向对基体沿该取向的增强效应之间存在一个定量的等效关系。     

复合推进剂线粘弹本构方程的细观力学分析(Ⅰ)球形颗粒增强效应分析

从基体和微粒本构关系出发,应用Ｅｓｈｅｌｂｙ等效夹杂理论及宏观平均理论的分析方法,确定复合体的本构关系,从细观层次揭示弹性微粒对粘弹基体的增强效应。     

复合推进剂线粘弹本构方程的细观力学分析(Ⅰ)球形颗粒增强效应分析

从基体和微粒本构关系出发, 应用Ｅｓｈｅｌｂｙ 等效夹杂理论及宏观平均理论的分析方法, 确定复合体的本构关系, 从细观层次揭示弹性微粒对粘弹基体的增强效应。