细观力学的研究内容.ppt

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细观力学 内容 材料细观力学基础 本征应变的基本理论 复合材料弹性性能的预测 复合材料热传导性能的预测 第一章 材料细观力学基础 细观力学的研究内容 代表体积单元 均匀化方法 homogenization theory for heterogeneous 一、细观力学的研究内容 基于材料微结构信息确定材料宏观性能 建立复合材料宏观性能与组分性能及结构之间的定量关系。 揭示复合材料结构在一定工况下的相应规律及本质 为复合材料优化设计、性能评价提供必要的理论依据及手段。 非均质介质等效性能的预测(刚度、热物理特性) 等效介质与非均质材料有相同的响应规律 复合材料强度、断裂韧性等性能的预测 损伤演化过程 结构与功能材料一体化、多场的耦合作用 陶瓷基复合材料、新型功能材料 一、细观力学的研究内容 复合材料力学性能 局部性—内部弹性场 宏观等效性能 刚度预测 强度预测 组分性能 微结构特征 一、细观力学的研究内容 Eshelby等效夹杂理论 自洽理论 Mori-Tanaka方法 微分法 变分原理求上下限方法 计算细观力学方法 二、细观力学的研究方法 J.D.Eshelby, Proc. Roy. Soc. (London), vol.240(A), 367-396, 1957 R.Hill, J. Mech. Phys. Solids, vol.13, 213-222, 1965 T.Mori and K.Tanaka, Acta Metall., vol.21, 571-574, 1973 Z.Hashin and S.Shtrikman, J. Mech. Phys. Solids, vol.11, 127-140, 1963 R.A.Roscoe, J. Apl. Phys. Solids, vol.3, 267-269, 1952 1、基于有限的统计信息描述非均匀材料细观特性 2、离散微结构的研究方法 1. RVE representative volum element and Effectiv fields heterogeneous materials statistical homogenneity homogenneity homogenization RVE 等效均匀材料 非均匀材料组分的特征尺寸< < RVE尺寸< < 结构特征尺寸 (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 matrix and inclusion RVE homogenization Statistical homogenneity 由各种力学和几何特征所集合的非均匀材料构成了RVE。宏观上表现为一点,表现为细观结构时,作用于RVE上的荷载产生复杂的局部场量,并通过宏观变量表现出来。 RVE尺度的二重性:宏观上足够小,可看做物质点,因而RVE中的宏观应力、应变可视为均匀;细观上足够大,包含足够的细观结构信息,可代表局部连续介质的统计平均性质。 (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 2.average fields and effective priperties def RVE V (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 细观应力应变场通过体积平均值对宏观性能产生影响。 3.Homogeneous boundary conditions 均匀边界条件 (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 场量在RVE内的平均值与复合材料内的平均值相等 单值不变 单值不变 均匀应力边界条件 (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 不计体力 RVE V S ni 称为宏观应力,即RVE边界上的均匀应力,或RVE上的平均应力。 (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 均匀应变边界条件 RVE V S ni 称为宏观应变,即RVE边界上的均匀应变,或RVE上的平均应变。 def (homogenization theory for heterogeneous) 三、均匀化方法 4. Hill’s principle 有分别满足平衡条件和应变协调条件的两个独立的应力场和应变场,它们不一定满足本构关系。如果

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