單向復(fù)合材料微觀應(yīng)變場的h—p型有限元模擬

摘 要：單向復(fù)合材料的纖維和機體是兩種典型的異質(zhì)材料，兩者在界面處及各自內(nèi)部應(yīng)力/應(yīng)變場的分布較復(fù)雜。目前，很多學者對多尺度模擬方法的研究都是建立在對微觀應(yīng)力/應(yīng)變場進行模擬的基礎(chǔ)上進行的。通常，p型有限元在異質(zhì)材料細節(jié)應(yīng)力/應(yīng)變場的分析方面有其優(yōu)越性。從這個角度出發(fā)，采用一定h細化的p型有限元即h-p型有限元模型，分別在多種力載荷和熱載荷作用下，利用代表體元（RVE）技術(shù)，給出了單向復(fù)合材料纖維和機體界面及其各自內(nèi)部的Mises應(yīng)變和J1的分布；同時，為了表明計算結(jié)果的精度，同時給出了模型的能范誤差估計。這種微觀力學模擬方法對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多尺度模擬有較重要參考價值。

關(guān)鍵詞：微觀力學；應(yīng)變；h-p型有限元；代表體元；單胞；誤差估計

引言

與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料因具有較高的比剛度、比強度、良好的疲勞特性和耐腐蝕性而成為當前工程設(shè)計領(lǐng)域最重要的材料之一，被廣泛應(yīng)用于體育設(shè)備、電子產(chǎn)品、汽車輪船、航空航天等諸多領(lǐng)域，所以對于復(fù)合材料的研究與應(yīng)用一直是國內(nèi)外工程和學術(shù)界探索的熱點之一。

近幾年，國內(nèi)外很多學者都致力于復(fù)合材料的多尺度模擬的研究，其中一項重要的工作就是建立宏觀-微觀的應(yīng)力/應(yīng)變場的相互關(guān)系。2001年，Gosse J.H[1]，Tay T.E[2]，Jin K[3]等都進行過這方面的研究，他們都是采用響應(yīng)函數(shù)法來建立宏觀-微觀應(yīng)力/應(yīng)變場的關(guān)系，因為各自的模擬方法不同，結(jié)果也存在一定差異。……