許多非均質(zhì)材料(如混凝土/聚合物基復合材料)具有粘彈性性質(zhì)并在工程中有著廣泛的應用。由于可通過對復合材料各相物性、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等設計,使其在宏觀上表現(xiàn)出良好的力學性能,粘彈性復合材料在建筑、航空、航天等領域中得到日益重要的應用。受非均質(zhì)粘彈性材料內(nèi)部復雜微觀結(jié)構(gòu)影響,復合材料宏觀粘彈性力學行為變得較為復雜,因此,非均質(zhì)粘彈性材料的宏觀等效性能(如等效蠕變/松弛性能)成為描述其材料屬性和宏觀性能評價的重要指標,也是對其進行性能優(yōu)化設計的重要參量。非均質(zhì)粘彈性材料設計與應用研究緊密結(jié)合于材料科學和工程技術,使得對材料宏觀等效性能的研究具有堅實的工程背景和迫切需求,也因此使得研究非均質(zhì)粘彈性材料等效參數(shù)預測具有重要的理論探討價值和對材料設計的指導意義。非均質(zhì)粘彈性材料等效參數(shù)研究可從“頻域”和“時域”兩條途徑入手。本文基于時域自適應算法,從“時域”途徑出發(fā),結(jié)合四叉樹/八叉樹網(wǎng)格、比例邊界元方法(Scaled boundary finite element method,SBFEM)提出了一種新的數(shù)值計算模型,主要優(yōu)點有:(1)四叉樹技術實現(xiàn)空間離散,可方便地進行基于圖像的網(wǎng)格劃分,采用規(guī)則的結(jié)構(gòu)型網(wǎng)格(structured mesh),并且只在夾雜邊界采用較密的網(wǎng)格;(2)比例邊界元法可方便地構(gòu)造任意多邊形單元并處理傳統(tǒng)四叉樹網(wǎng)格中“懸掛節(jié)點”帶來的困難(3)時域自適應算法實現(xiàn)時域離散,時域上分段自適應展開方法可在不同時間步長下保證計算精度。數(shù)值算例中考慮了夾雜性態(tài)(形狀、體分比、分布方式等)對材料力學行為的影響,并基于所提模型進行了粘彈性等效材料參數(shù)的預測,計算結(jié)果與解析解或參考解進行了比對,結(jié)果符合較好。本文研究工作主要有:1.四叉樹/八叉樹直接讀取非均質(zhì)材料圖像實現(xiàn)網(wǎng)格剖分。2.基于比例邊界有限元法和時域自適應算法,建立了求解非均質(zhì)材料粘彈性力學的有限元遞推格式。求解結(jié)果與有限元軟件ABAQUS對比,驗證了本文算法的可靠性。3.基于大樣本非均質(zhì)材料的粘彈性數(shù)值模擬結(jié)果,通過高斯-牛頓迭代算法,反演出非均質(zhì)材料粘彈性宏觀等效模量。結(jié)果跟參考解對比,本文所提算法具有更高的計算效率。在確保所提算法的可靠的情況下,探究了夾雜形態(tài)(形狀、體分比、分布方式等)對材料宏觀性能的影響。本文工作,主要是從數(shù)值模擬途徑,探究了組分結(jié)構(gòu)不具有周期性的非均質(zhì)粘彈性材料的等效性能,為提高材料性能的設計提供參考
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB332;TB115

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本文編號：2809725