基于近场动力学与有限元结合的复合材料层合板建模及冲击响应研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yixiangren1976
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在研究固体材料力学性能时,经常面临裂纹扩展、损伤破坏等位移场不连续的问题,由于在位移场不连续处位移场的偏微分不存在,因此统连续介质理论在求解不连续问题时会遇到困难。2000年Siliing提出的近场动力学理论是基于非局部思想的数值计算理论,采用积分形式的运动方程,避免了对位移场的求导,因此能够有效的解决连续问题和不连续问题。然而近场动力学方法的计算效率远小于有限元方法,且有限元方法广泛应用于工程实践中,因此需要寻找一种方法将有限元和近场动力学理论结合起来,提高效率的同时发挥有限元方法和近场动力学理论的优点。本文首先简要介绍了近场动力学理论在材料损伤、复合材料以及近场动力学理论与有限元结合方向的研究现状,之后对近场动力学与有限元结合的理论基础和数值方法进行了简要介绍。接着基于Ubuntu系统进行了近场动力学计算平台Peridigm的搭建。在Peridigm中进行了中心带孔平板准静态拉伸模拟和KalthoffWinkler实验模拟。表明了近场动力学方法在求解不连续问题时的优越性。提出了一种将近场动力学与有限元结合的方法。针对各向同性板单轴拉伸算例,分别利用Peridigm近场动力学计算平台、ANSYS14.0壳单元仿真以及近场动力学与有限元结合方法建模计算,验证了场动力学与有限元结合方法在各向同性材料中应用的有效性。同时针对Peridigm近场动力学计算对于网格密度依赖性,以及近场动力学与有限元结合方法的等效泊松比问题进行了讨论。针对各向异性的复合材料层合板,引入基体键、纤维键、层间键和剪切键,给出了近场动力学与ANSYS-LSDYNA结合的建模方法;针对复合材料层合板弯曲算例,将耦合方法得到的结果ANSYS14.0壳单元计算结果对比分析,验证了该模型的有效性,同时对于表面效应进行了修正。利用近场动力学与ANSYS-LSDYNA结合模型对复合材料层合板低速冲击进行了研究,得到了冲击响应参数,与ANSYS-LSDYNA实体单元结果进行了对比分析,进一步验证了模型的有效性。
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