复合材料粘弹性本构关系与热应力松弛规律研究-数值分析

       给出了预测复合材料粘弹性松弛模量、等效热应力松弛系数和等效时变热膨胀系数的均匀化方法的有限元数值实现步骤，研究了单向纤维复合材料随温度变化的粘弹性本构关系，以及热应力松弛规律和热膨胀系数的时变特征。单向纤维复合材料的一维热变形分析数据显示了热应变对时间的强烈依赖关系：以数值形式给出的等效热应力松弛模量对时间的依赖关系表明，等效的热应力松弛模量对时间的依赖性较弱，其冲击模量和渐近模量只相差0.4%。

      文献[1]研究了基于均匀化理论的复合材料的粘弹性分析的多尺度方法，以及复合材料的等效热应力松弛规律。引入了等效粘弹性热应力系数张量和等效时变热膨胀系数的概念，建立了含温度变化的复合材料热粘弹性本构关系，并给出了基于均匀化理论的复合材料粘弹性松弛模量、等效热应力松弛系数和等效时变热膨胀系数的预测方法。讨论了特殊复合材料的含温度变化的粘弹性本构关系的特征。对于具有复杂微结构的复合材料，其粘弹性参数的确定需要数值求解技术。

       单向纤维复合材料是组成复杂结构材料的基本材料，例如层合结构的每个单层均是单向纤维复合材料。另一方面，编织材料中的纤维束也是由多个纤维丝预浸树脂等基体材料构成。纤维束也表现出单向纤维复合材料的性质。因此，研究单向纤维复合材料的粘弹性性质是研究复合材料粘弹性性质的基础。

       本文作者在文献[1]的基础上，研究确定复合材料粘弹性性质的数值求解技术，针对单向纤维复合材料，给出求解细观均匀化问题的有限元列式：研究单项纤维复合材料的含温度变化的粘弹性本构关系，以及热应力松弛规律和热膨胀系数的时变特征：求解单向纤维复合材料的一维热变形分析问题，分析热应变对时间的依赖关系，以说明等效热膨胀系数的时变特征：以数值形式分析等效热应力松弛模量对时间的依赖关系。

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