颗粒复合材料组合球单元建模与数值仿真

发布时间：2020-06-22 21:58

【摘要】：颗粒复合材料由基体材料和颗粒材料共同构成,这些性质各异的材料之间裁长补短,使复合材料具有许多异于单一材料的优良性能而普遍运用在各行各业中。本文针对胶结型颗粒复合材料,通过数值仿真及理论计算对其力学性能展开研究。对胶结型复合材料建立空间六自由度数值模型。依据组合球单元理论,对组合球单元的扭转刚度进行推导,进而由有限元方法构造空间组合球单元的单元刚度矩阵;为了更真实地反映粘弹性材料的力学性能,建立空间六自由度刚架-弹簧-阻尼网络模型,并给出模型中弹簧系数与阻尼系数的计算方法;对算例中玻璃微珠/环氧树脂复合材料进行仿真,计算得出各向刚度及损耗因子,并根据力-位移曲线得出颗粒半径对材料耗能能力的影响规律。利用时间域内粘弹性复合结构的动力学方程,对组合球单元结构进行计算。结合试验的采集结果与有限元的仿真计算,选用适当的计算模型反映材料的力学特性,并对其进行模型参数估计,得出模型各参数及基体材料的本构关系;将一个组合球单元看作弹性-粘弹性复合结构,建立相应的动力学方程,并对该方程扩阶求解。应用Runge-Kutta方法计算零初始条件下组合球单元的动力响应,与仿真计算结果进行对照分析。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

第 3 章 空间六自由度组合球单元的应用图 3-1 组合球单元扭转示意图单元建立如图 3-2 所示坐标系：其中，x-z 平面的连线处；球对半径 R，基体半径cr ，位于直长度为 r；基体轴线处的厚度0h ，任意位置的别为基体和颗粒的剪切模量及泊松比。TP Pij2

第 3 章 空间六自由度组合球单元的应用元，这样由多个刚架-弹簧单元组合而成的网络模型就可以等效整个复合材料特性，各单元由节点相互连接，且刚架-弹簧组合单元模型的节点与每个颗粒置重合，如图 3-6 所示。根据等效刚架-弹簧空间网络模型，可以利用有限元分析软件对胶结型颗粒复建模，对材料进行细观力学分析。此模型可模拟扭转作用下材料的力学性质实地反映胶结型颗粒复合材料的空间排列方式，更能满足对材料实际应用的能分析。

【参考文献】

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1 杨云昭;徐超;吴妙章;;考虑粘弹性材料频变特性的复合结构频率响应分析[J];固体力学学报;2015年S1期

2 倪楠楠;温月芳;贺德龙;益小苏;许亚洪;;负载PVDF的尼龙无纺布插层的碳纤维/环氧树脂复合材料的结构阻尼性能研究[J];高分子学报;2015年09期

3 贺红林;周楠兰;刘文光;袁维东;;粘弹性阻尼板结构减振动力学特性分析与优化[J];计算机仿真;2015年07期

4 倪楠楠;温月芳;贺德龙;益小苏;郭妙才;许亚洪;;结构-阻尼复合材料研究进展[J];材料工程;2015年06期

5 梁超锋;刘铁军;邹笃建;杨秋伟;;材料黏滞系数与损耗因子的频率相关性研究[J];力学学报;2012年05期

6 段绍伟;向湘林;沈蒲生;;复杂阻尼结构阻尼模型研究[J];振动与冲击;2011年02期

7 贾九红;沈小要;杜俭业;汪玉;华宏星;;粘弹性阻尼器的力学特性分析[J];振动与冲击;2007年10期

8 刘利斌;王伟;;四阶Runge-Kutta算法的优化分析[J];成都大学学报(自然科学版);2007年01期

9 梁超锋;欧进萍;;结构阻尼与材料阻尼的关系[J];地震工程与工程振动;2006年01期

10 刘柏希,原大宁,刘宏昭,饶建华,张忠明;五参量结构阻尼模型及其在弹性机构动力学中的应用[J];机械工程学报;2005年08期

本文编号：2726298