外文翻译--多尺度模拟复合材料和结构与DIGIMATANSYS.doc

正文：外文资料翻译译文 多尺度模拟复合材料和结构与DIGIMAT ANSYS 文件版本1.0,2009年2月,e-Xstream工程,2009年版权 　 HYPERLINK "mailto:info@e-X" info@e-X HYPERLINK "http://www.e-X" www.e-X 材料：工程塑料、增强塑料．e-Xstream 技术：DIGIMAT,Digimat-MF Digimat-FE,DIGIMAT、ANSYS,分析数据映射图。Moldflow、Moldex3D CAE技术。 分析软件：ANSYS。 行业：材料供应商、汽车、航空、消费者和工业产品。 法律通告：eXdigimat和e-Xstream工程是e-Xstream工程的注册商标。其他产品及公司名称和商标的商标权或注册商标权归他们的各自的主人所有。 概要 在这篇文章中, 简要的介绍两个尺度的建模方法，平均场均化处理和有限元同化方法，在进行建模时，这些强大的技术用与微观和宏观的应力和应变场,可以通过影响(改变)材料内部微观组织来控制材料在宏观上表现出来的性能(例如：纤维取向、纤维含量、纤维长度，等等) 。说明这些技巧, 我们目前的状况是：（一） 应用有限元分析均到纳米二氧化钛；(二)研究了注入玻璃纤维增强塑料霓虹灯扣使用有限元计算的宏观尺度结合中值场均在微观的尺度上。 多尺度建模：简介 作为一种激励人心的例子, 让我们来看一个由短玻璃纤维加固的热塑性聚合物塑料部件。作为典型的注塑生产过程，这种分布于成品内部的纤维将毫无疑问的会在走向和长度上发生普遍的改变。看图（1），该复合材料同时呈现各向异性与非均质性，这使它极难得到一个可靠准确的产品模拟，因为所利用经典的方法是基于宏观的本构模型。然而，通过多尺度的方法使预测模拟成为可能,这种预测模拟可以把这种复合材料用相当简单的方式进行描述，如图： 图（1）：在注射玻璃纤维增强塑料后的离合器踏板中的纤维取向分布图（有罗地亚公司和特瑞堡集团提供） 此图让我们研究学习了异构实体的显微组织组成的矩阵资料并且这些所谓的“夹杂物”可以是短纤维、小片晶体、颗粒、微小孔或微裂纹。我们的目标是根据它的显微结构，模拟预测产品在施加载荷和增加边界条件（BCs）下所产生的变化和影响。我们能区分出两种尺度,分别是微观层次和宏观层次。这个模型在微观结构尺度上与异质性质相符,然而从宏观尺度上看，可以认为是局部均匀的。如图： 图（2）：在实践中,解决力学问题时的计算不可能停留在微尺度层面上。因此,我们考虑的是宏观尺度，并且假设每个质点是大量代表性的等效体积单元(RVE)的中心,这些质点包含潜在的异质性的微观结构。经典的固体力学是进行宏观尺度分析的,只可惜在计算每个点后，应力、应变值像边界条件传送到潜伏的等效体积单元一样被传送了。换句话说:每个数值的缩放就被认为是一个宏观点。这样等效体积单元的问题都解决了滨且每个单元都返回应力和刚度的测试值,这个方法被用于宏观尺度的计算中。 图2:多尺度的材料建模的插图，现在唯一的困难在于这种用二尺度的方法（和更多一般的多尺度的方法）来解决等效体积单元的问题。它可以被等价为一个在经典边界条件作用下的等效体积单元,此时宏观上的应变与应力等于所有等效体积单元内部未知的区域内微应变和应力的体积平均值。在线弹性的条件下,运用复合材料的宏观尺度时，涉及到了那两个能给出有效刚度或总体刚度的均值。为了解决这个问题,你可以使用等效体积单元有名的有限元方法算法,见图7到10。该方法的优点是既简单又非常准确。然而,它有两个主要的缺点是:在计算实际的微结构时网格化分非常困难和在处理非线性问题时占用大量的CPU运算时间,比如在模拟计算非弹性材料性能的时候。另一个完全不同的方法是平均场均质法,这种方法是基于应力体积平均值和一个等效体积单元的每个相的应变场之间的假设关系而形成的方法;见图3。与绝对的有限元方法和其他所有现存的数值转换方法相比,平均场均质法（MFH）不仅是最好用的而且在占用CPU时间方面明显是最快的。然而，平均场均质法也有两个缺点,一是它无法给出每个相中的详细应变和应力场数值,二是局限于夹杂物的椭球面形状。 图3:平均场均质法的过程。(1)局部应变根据宏观应变计算；(2)局部应力根据局部应变和每个相的组织模型来计算；(3)宏观应力根据平均局部应力计算。 一个典型的等效体积单元的例子是Mori-Tanaka模型，已经成功适用于具有相同和对齐尺寸的椭圆形夹杂物的两相复合材料中。该模型假定了，如果等效体积单元是单独存在于一个无限的由实际的基体材料组成的空间中时，每个夹杂物都包含了等效体积单元。边界条件在解决单一的夹杂问题时相当于实际的等效体积单元的基体相应变场体积平均值的计算方法。　单夹杂物分析问题已经被J.D. Eshel