复合材料性能设计的细观力学原理与计算机辅助系统

摘要

根据对材料宏观性能的要求设计细观结构是二十一世纪材料科学发展的方向之一.建立复合材料宏观性能与细观结构的联系是对复合材料结构优化和强度设计的关键.借助计算机技术,设计采用人工智能系统式的复合材料设计软件,可以完成某些所需的优化设计和数值模拟工作.目前的复合材料辅助设计主要侧重于复合材料构件和产品的分析.该文完成的Project软件系统侧重于材料的细观力学性能,是一个复合材料细观结构设计和复合材料有效性能计算的计算机辅助系统.该文采用Access软件建立纤维复合材料数据库.它不仅能系统地、条理地和科学地收集、整理、存储材料的信息,而且能为使用者提供一个科学的决策和咨询系统.该文介绍了复合材料有效性能计算的六种模型:自洽模型、广义自洽模型、Mori-Tanaka模型、微分介质模型、变分法模型和Dzenis模型,对每一种模型都介绍了产生、发展的历史和目前的研究状况,给出了计算公式及适用条件,并加以分析、比较.用VC++建立基于这六种模型的复合材料计算软件,完成有效性能的计算和绘制纤维体分比与宏观性能的关系曲线.可以根据纤维的形状来选择合适的模型来计算纤维复合材料,而包含固体颗粒、孔洞和微裂纹的颗粒复合材料是纤维复合材料的特例.通过以上六种计算模型,可以计算纤维复合材料的有效弹性体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等有效性能.软件还可以加以扩展,添加刚度预测的其它细观力学模型,补充细观应力场分析功能.该文举例演示了颗粒复合材料、长纤维复合材料和含空穴复合材料的计算和图形的绘制,着重分析了各种模型的适用条件,并比较、分析了各种模型的计算结果.另外,初步探讨了纤维复合材料性能优化设计的基本思路和研究途径.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

§1.1引言

§1.2纤维复合材料与细观力学技术现状与发展

§1.2.1复合材料历史

§1.2.2纤维复合材料现状与发展

§1.2.3复合材料力学及其方法

§1.2.4纤维复合材料性能设计

§1.3现状分析及存在的问题

§1.4论文的研究内容和意义

第2章纤维复合材料的计算模型

§2.1 Dzenis模型

§2.2自洽模型

§2.3广义自洽模型

§2.4 Mori-Tanaka模型

§2.5微分介质法模型

§2.6变分法模型

§2.7短纤维增强复合材料

§2.8小结

第3章复合材料性能设计的计算机软件方案

§3.1软件的功能

§3.1.1复合材料性能的数据库

§3.1.2复合材料细观力学模型

§3.1.3计算结果和图形的输出

§3.2软件的软硬件环境

§3.3软件系统流程

§3.4软件的方案设计

§3.5小结

第4章复合材料性能设计的计算机软件实现

§4.1软件的界面

§4.2数据库的查看、调用

§4.3数据库的编辑、修改、添加和删除

§4.4复合材料的性能计算

§4.5计算结果的图形输出

§4.6其它

§4.7小结

第5章复合材料性能设计的算例及分析

§5.1 Dzenis模型

§5.2自洽模型

§5.3广义自洽模型

§5.4 Mori-Tanaka模型

§5.5微分介质法模型

§5.6变分法模型

§5.7各种模型的比较

§5.8小结

第6章含空穴复合材料的性能设计

§6.1 Dzenis模型

§6.2 Mori-Tanaka模型

§6.3变分法模型

§6.4各种模型的比较

§6.5小结

第7章软件的安装及使用说明

§7.1数据库的安装说明

§7.2其他说明

§7.3软件主要命令的用法

第8章纤维复合材料性能设计的优化初探

第9章总结与展望

§9.1总结

§9.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢