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考虑内部胞元能量等效的代表体元法
  • ISSN号:0254-7805
  • 期刊名称:《固体力学学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB33[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]大连理工大学工程力学系,工业装备结构分析国家重点实验室,大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(10332010)、创新群体计划(10421202)、国家973项目(2006CB601205)和丹麦DCAMM计划资助.
中文摘要:

具有周期性胞元的超轻质材料在制造和应用过程中,不可避免地会出现基体材料、微结构拓扑和尺寸的随机性变化.此时,评价材料的等效弹性性能需要借助基于均匀化方法(周期性边界条件)或代表体元法(周期性边界条件,均匀应力或均匀应变边界条件等)的蒙特卡洛模拟.该文首先通过算例分析和比较了不同边界条件下的数值结果,讨论了结果的尺度效应和对胞元选取的依赖性.为了提高和改善Dirichlet边界条件下的计算效率和结果,提出了一种考虑内部胞元能量等效的代表体元法.该方法能够有效削弱边界条件和胞元选取的影响,从而实现了采用较小的代表体元得到更好的结果.数值算例验证了方法在预测确定性材料和随机性材料等效模量时的有效性.

英文摘要:

When ultra-light materials with periodic micro-structures are manufactured and applied in engineering, there always exist stochastic variations in matrix materials, topology and size of microstructures, etc. One way to evaluate elastic properties of materials with imperfections is to use Monte Carlo simulation based on homogenization theory (with periodic boundary) or representative volume element method (with periodic boundary, uniform stress boundary or uniform strain boundary). In the first section of this paper, effective modules of ultra-light materials with imperfections are evaluated and compared under different types of boundary conditions. In this way, the influences of different boundary conditions on the predictions are discussed in detail, and the dependence of results on the size and topology of the RVE selected for computation is discussed as well. To improve the efficiency of computation and refine the results under Dirichlet boundary condition, a representative volume element computation based on energy equivalence of inner cells is proposed, by which better results can be achieved with relatively smaller RVE. The validation of this method is justified by means of numerical examples of effective property predictions for materials with and without imperfections.

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期刊信息
  • 《固体力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国力学学会
  • 主编:方岱宁
  • 地址:武汉华中科技大学南一楼西北508室
  • 邮编:430074
  • 邮箱:amss@mail.hust.edu.cn
  • 电话:027-87543737
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-7805
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1250/O3
  • 邮发代号:38-44
  • 获奖情况:
  • 获得第二届全国优秀科技期刊三等奖,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:6186