考虑单向复合材料复杂微观结构的细化单胞模型.pdf

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1、第29卷第11期Vo1．29No．11工程力学2012年11月Nov．2012ENGINEERINGMECHANICS文章编号：1000-4750(2012)11．0046—07考虑单向复合材料复杂微观结构的细化单胞模型张博明，唐占文，赵琳(哈尔滨工业大学复合材料研究所，黑龙江，哈尔滨150086)摘要：通用单胞模型常被应用在复合材料细观力学分析上。但原始的通用单胞模型存在求解量大、计算效率低的问题。该文对其改进，建立了以子胞界面细观应力为未知量的细化单胞模型。利用该模型研究复杂的微观结构包括纤维截面形状／}j}列方式，界面相材料属性／几何厚度，夹杂／空隙对单向纤维复合材料宏观弹性常数的影响。

2、通过与其他研究方法和试验数据对比证实了该预测模型具有更高的计算效率，计算精度和更广泛的普适性。该文模型子胞划分更细致，克服了原始通用单胞模型无法分析复杂微观结构的不足。有望将损伤力学引入该模型中建立一个有力的分析工具，来进行复合材料结构宏／细观多尺度损伤力学分析。关键词：复合材料；弹性常数；细化单胞模型；微观结构；多尺度中图分类号：TB332；TB330．1文献标志码：Adoi：10．6052~．issn．1000-4750．2011．04．0201REFINEDGENERALIZEDMETHoDoFCELLSWITHCOMPLEXMICRo．STRUCTUREoFUNIDIRECTIoNAL

3、CoMPoSITESZHANGBo-ming，TANGZhan—wen，ZHAOLin(CenterforCompositesandStructure，HarbinInstituteofTechnology，Harbin，Heilongjiang150086，China)Abstract：Ageneralizedmethodofcellsisoftenusedinthemicromechanicalanalysisofcomposites．Largenumberofunknownsandlowercomputationaleficiencyaretheshortcomingsoftheorig

4、inalgeneralizedmethodofcells．Here，theoriginalmethodisimprovedbyarefinedgeneralizedmethodofcellsofwhichunknownsaresubcelltractionsinthispaper．Theinfluencesoffibershape／arrays，interfacialelasticproperties／geometricdimension，inclusionandvoidsonelasticconstantsofunidirectionalcompositesarestudiedbythepr

5、esentedmode1．Highercomputationaleficiency，accuracyanduniversalityhavebeendemonstratedincomparisonwithothermethodsandexperimentaldata．Thepresentedmodelhasrefineddiscretization，overcomingtheshortcomingofanoriginalgeneralizedmethodofcellthatcarl’tanalyzeacomplexmicro—structure．Itisexpectedtoprovideapow

6、erfultoolforthemacro／micromulti-scaledamageanalysisthatwillbeachievedbyintroducingdamagemechanicsintothepresentedmode1．Keywords：composites；elasticproperties；refinedgeneralizedmethodofcell；micro--structure；multi·-scale纤维复合材料自身独特构造与设计决定了其效弹性属性不仅与材料组分的力学属性有关，而且具有宏／细观双重特征，因此研究复合材料细观结构还和组分的真实微结构有关[2】。对其预

7、报的方法有特征对宏观性能的影响具有重要的意义。等效弹性解析法和有限元两种方法：传统的解析方法多数基属性是纤维复合材料力学性能的一项重要指标，预于均一化理论的近似估计，并且都不可避免地需要测含复杂微结构的多相复合材料等效弹性属性是通过各种经验参数来表示微结构的影响J；有限元一个既经典而又重要的问题【】】。纤维复合材料的等方法存在耗费机时和模型不易调整的不足，不适合收稿日期：2011-04．08；修改