复合材料细观结构三维有限元网格模型的建立

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1、第22卷增刊工程力学Vol.22Sup.2005年6月ENGINEERINGMECHANICSJune2005文章编号：1000-4750(2005)Sup.-0067-06复合材料细观结构三维有限元网格模型的建立*关振群，高巧红，顾元宪，宋超，单菊林(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，工程力学系大连116024)摘要：提出了针对颗粒夹杂为椭球形状并呈随机分布的多相复合材料的三维有限元网格的建立方法，为复合材料细观结构研究提供了一种全自动的建模工具。引入了以体积为标度的任意两椭球骨料侵入的判别准则，实现了一种三维随机骨料的投

2、放算法；在基于映射法的颗粒表面有限元网格生成算法中通过扫描线布点和局部连接技术较好地解决了网格极化现象；采用改进的三维AFT方法生成基体的四面体网格，并利用AFT特性一次生成所有颗粒夹杂的四面体网格；为进一步的复合材料细观结构与宏观力学性能的多尺度计算打下了基础。最后用几个算例验证了算法的有效性。关键词：复合材料；有限元网格；计算机模拟；随机骨料模型；椭球中图分类号：O242.21文献标识码：ATHECONSTRUCTIONOFTHREE-DIMENSIONALFINITEELEMENTMESHFORMICROSTRUCTUREOFM

3、ULTIPHASECOMPOSITES*GUANZhen-qun,GAOQiao-hong,GUYuan-xian,SONGChao,SHANJu-lin(StateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipment,Dept.ofEngineeringMechanics,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:Amethodofthree-dimensionalfiniteelementmeshgen

4、erationforthemultiphasecompositewithrandomlydistributedgrainispresented,andanautomaticmodelingtoolisgivenfortheresearchofmicrostructureusingFEM.Thecriteriaofconflictoverlapofanytwoellipsoidalaggregatesareproposedbasedonavolume-index,andanumericalmethodofthree-dimensiona

5、lrandomaggregatemodelisrealized.Thepolarizationofmeshisresolvedinthefiniteelementsurfacemeshgenerationbasedontraditionalmappingapproachcoupledwithlocalconnectionapproach.Thethree-dimensionalAFTmethodisimprovedtogeneratetetrahedronmeshofmatrixandgrains.Byutilizingthechar

6、acteristicsofAFT,allthegrainsaremeshedtotetrahedronsatonetime.Theproposedmethodlaysdownthefoundationforfurthermulti-scalecomputationbetweenmicrostructureandmacro-mechanicalperformancesofthemultiphasecomposite.Someexamplesaregiventodemonstratethevalidityofthemethod.Keywo

7、rds:compositematerial;finiteelementmesh;computersimulation;randomaggregatemodel;ellipsoid———————————————收稿日期：2004-09-27；修改日期：2004-11-11基金项目：国家自然科学基金项目(10032030,10225212)；大连市科学技术基金项目资助作者简介：关振群(1965)，男，辽宁本溪市人，副教授，主要从事有限元网格生成、科学计算可视化、CAD/CAE研究；*高巧红(1971)，女，河南新郑市人，硕士生，主要从事有

8、限元网格生成方法研究(E-mail:gaoqiaoh@eyou.com)；顾元宪(1954)，男，大连人，教授，博士生导师，主要从事计算力学、科学计算可视化、计算工程软件研究；宋超(1976)，男，大连人，博士，主要从事