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VCFEM法与有限元法混合计算的数值模拟

作　者: 徐佳丽
导　师: 郭然
学　校: 昆明理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 颗粒增强复合材料 VCFEM 有限元法混合计算
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要

颗粒增强复合材料作为一种具有优越力学性能并具有较好的二次加工性能的先进结构材料,引起了人们对其的关注,在许多领域,如机械,生物,航天,兵器,汽车等制造业都得到了广泛的应用。随着科技的发展和进步,国内外对颗粒增强复合材料也进行了大量的研究和数值模拟,由于颗粒增强体的加入使得材料的力学性能有明显的提高,但同时也引出了断裂性能疲劳特性下降的一些问题,因此,本文在基于VCFEM法对颗粒复合增强材料的研究上引入传统有限元计算方法,二者混合计算来更好的分析模拟受复合材料的力学性能。本文的主要内容包括：一、根据边界连续性将voronoi单元与普通有限元四节点等参单元混合应用,划分颗粒增强复合材料的网格,并编写相应的网格选判及生成程序,应用在任意夹杂、任意分布的颗粒材料中,更好的观察增强体大小,形状,分布对材料力学的影响。二、对VCFEM法的原有程序进行改进,加入普通四节点等参元的单刚,应力,应变求解程序,以及与voronoi单元在总刚上的组集程序,并修改了相应画图程序,实现两种单元在同一构件上共同应用时的应力应变图的展示。修改了原有数据的存储方程,对程序进行了简化,最终通过VCFEM法与有限元法的混合计算得到颗粒增强复合材料的裂纹扩展特性。三、建立相关不同计算模型,分析构件在不同颗粒分布,不同颗粒大小,不同夹杂数量等情况下的力学性能,对两种单元的混合程序计算做了充分的验证,也通过传统有限元软件进行了验证。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-17
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 复合材料分析方法  10-13
  1.3 VORONOI单元的发展  13-16
  1.4 本文研究内容  16-17
第二章 VORONOI单元与有限元普通四节点等参元的原理  17-49
  2.1 应力杂交元  17-18
  2.2 voronoi单元的基本理论  18-25
    2.2.1 无夹杂voronoi单元基本原理  19-23
    2.2.2 有夹杂voronoi单元基本原理  23-25
  2.3 含界面脱层的voronoi单元基本原理  25-35
    2.3.1 脱层单元推导  25-29
    2.3.2 公式细化  29-31
    2.3.3 夹杂单元刚体位移消除  31-33
    2.3.4 自由度的凝聚  33-35
    2.3.5 脱粘准则  35
  2.4 voronoi单元的改进  35-40
    2.4.1 应力函数的合理构造  35-38
    2.4.2 积分区域的改进  38-40
  2.5 有限元普通四节点等参元的原理  40-46
  2.6 边界连续理论  46-48
  2.7 本章小结  48-49
第三章 VCFEM与传统有限元法混合使用程序编写  49-62
  3.1 流程改进  49-53
  3.2 输入文件检查程序改进  53-55
  3.3 单元刚度矩阵程序改进  55-58
  3.4 应力程序改进  58-59
  3.5 绘图程序改进  59-61
  3.6 本章小结  61-62
第四章在颗粒复合材料中的混合计算  62-78
  4.1 颗粒增强体的增强原理  62-64
  4.2 两种单元混合应用时单个夹杂的计算  64-67
  4.3 两种单元混合应用时颗粒疏密分布时的计算  67-70
  4.4 两种单元混合应用时颗粒分布角度不同的对比计算  70-74
  4.5 两种单元混合应用时颗粒分高宽比不同的对比计算  74-76
  4.6 两种单元混合应用时颗粒随机分布的计算  76-77
  4.7 本章小结  77-78
第五章结论与展望  78-81
致谢  81-82
参考文献  82-87
附录攻读硕士学位期间发表的论文  87

VCFEM法与有限元法混合计算的数值模拟

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