泡沫鋁表面相互作用的多尺度模擬方法初步研究.pdf

1、泡沫鋁的工程應(yīng)用日益廣泛，其表面相互作用問題的精細(xì)計算需求也日漸突出。泡沫鋁表面相互作用問題在宏觀上可視為經(jīng)典力學(xué)問題，但在微觀上則是涉及到原子間相互作用的物理問題。為此，本文研究泡沫鋁表面相互作用問題的多尺度模擬方法。
　　對于泡沫鋁的宏、細(xì)觀組織結(jié)構(gòu)，首先建立與材料制備工藝相應(yīng)的數(shù)值模型，作為多尺度模擬的前提。通過具體設(shè)計與發(fā)泡法和熔模鑄造法相應(yīng)的蒙卡方法，模擬得到了相應(yīng)的數(shù)值試樣。通過計算模擬和統(tǒng)計分析大量數(shù)值試樣的力學(xué)性能

2、，得到了不同制備工藝制得的泡沫鋁的彈性模量的分散性特點(diǎn)。
　　借鑒代表性體積單元方法(RVE)和完全多格方法(FMG)的思想，采用基于“巨原子”模型的多尺度關(guān)聯(lián)方法，并以簡化的物理勢場描述巨原子間的關(guān)系，設(shè)計了原子—巨原子—有限元多尺度算法。以文中已建立的泡沫鋁宏、細(xì)觀組織結(jié)構(gòu)模擬方法生成數(shù)值試樣。采用IFEPG生成彈性的FEM計算程序，以GID進(jìn)行相關(guān)計算的前、后處理。將FEM計算程序與原子—巨原子模擬程序整合，完成了泡沫鋁與理

3、想剛性平面純彈性接觸問題的一個多尺度數(shù)值模擬算例。通過算例探討了與理想剛性平面接觸時，泡沫鋁接觸表面的應(yīng)力集中情況。計算結(jié)果顯示泡沫鋁在外部接觸摩擦下可能出現(xiàn)表面局部應(yīng)力集中，但是這一情況的出現(xiàn)與材料在原子和巨原子尺度的變形沒有顯著聯(lián)系，而主要與泡沫鋁內(nèi)部所具有的宏觀可見的孔洞有關(guān)。
　　采用IFEPG生成彈塑性的FEM計算程序，對同一個接觸算例進(jìn)行原子—巨原子—有限元多尺度計算，這一模擬在宏觀尺度上考慮了材料的彈塑性變形。其結(jié)果