复合材料热力耦合性能多尺度分析

《复合材料热力耦合性能多尺度分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、哈尔演工业大学工学硕士学位论文摘要在工程实际中，经常会遇到热力耦合条件下具有小周期性构造的复合材料结构分析问题。由于复合材料结构复杂，材料系数变化明显，又加之耦合场作用的复杂性，使得直接利用有限元方法解决这类问题时，计算规模庞大，具有一定的难度。本文利用多尺度渐近展开方法对热力耦合条件下的复合材料结构进行分析，用均质的宏观结构和非均质的具有周期性构造的细观结构描述原结构，将物理量表示为关于宏观坐标与细观坐标的函数，并用细观和宏观两种尺度之比为小参数展开，用摄动技术将原问题转化为细观有限元问题和宏观有限元问题，揭示了材料宏观物性与细观结构的联系机制，很好地

2、刻画了热力耦合条件下结构场函数的分布情况。本文首先建立了热力耦合条件下具有小周期构造的复合材料结构的温度和位移的双尺度渐近表达式。在表达式中，给出了温度增量与位移的双尺度耦合关系：表达式各项的求解分别在宏观和细观两个尺度内进行：在细观尺度内，推导能够表征材料细部几何，物理参数分布形态、大小的基函数的控制方程，并由此建立材料的均匀化有效性能参数的表达式；在宏观尺度内，利用有限元方法计算温度和位移的均匀解。之后利用多尺度分析方法预报了复合材料的热传导系数、弹性模量和热膨胀系数，分析了夹杂百分含量的改变、夹杂形状的改变、夹杂排列方式以及夹杂间距的变化对复合材料

3、有效性能产生的影响；通过与他人的实验结果的比较，结果表明利用多尺度分析方法预报复合材料的有效性能是行之有效的。最后，利用多尺度分析方法计算了结构的温度场和力学场，分析了热与力的耦合效应，并与Nastran有限元软件的计算结果进行了比较，证明该方法是一种高效的方法，并且满足计算精度要求。关键词多尺度方法；热力耦合；复合材料；有限元方法；周期结构兰釜蓥三些銮：三耋登圭竺竺篓兰AbstractTheanalysisproblemsforthestructuresofcompositematerialswithsmallperiodicconfiguration

4、areoftenencounteredintheengineeringpracticeduetothestructuresofcompositesandthecouplingfieldsarecomplicated，andthematerialcoefficientschangeverysharply．Thosemaketheanalysisdifficultfortheproblemsbyusingfiniteelementmethoddirectlybecauseofthelargequantityofcalculationneeded．Inthis

5、paper,withthemulti—scaleasymptoticanalysismethod，thestructureofcompositeswithsmallperiodicconfigurationundercoupledthermo-elasticityconditionisanalyzed．Thecompositestructuresaredepictedbyahomogeneousmacro-structureandaheterogeneousmicro·structure．Allphysicalparametersareexpressed

6、asthefunctionsofmicroscopiccoordinatesandmacroscopiccoordinates，andexpandedintoasymptoticseries．Basedontheperturbationmethod，theoriginalproblemleadstOamicroscopicfiniteelementproblemandamacroscopicfiniteelementproblem，therelationshipbetweenthemacroscopicpropertiesandthemicroscopi

7、cstructureofthecompositesisrevealed．111edistributionofthefieldfunctionsofthecompositestructuresisdescribed．First，thetwo-scaleasymptoticexpressionsofthetemperatureanddisplacementforthecompositestructureswithsmallperiodicconfigurationundercoupledtherrno-elasticityconditionaresetup．

8、Intheexpressions，thetwo-scalecoupledrela