基于均勻化方法的材料參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和物理性能，近年來被廣泛的應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域。均勻化方法有嚴格的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，隨著計算機的飛速發(fā)展，該方法越來越廣泛地應(yīng)用于預(yù)測復(fù)合材料的材料物理性能。復(fù)合材料的另一個重要特征是其具有良好的可設(shè)計性，通過科學(xué)的設(shè)計，可以得到各個領(lǐng)域所期望的一些特殊性能的復(fù)合材料。 本文在總結(jié)相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對復(fù)合材料性能及微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計問題結(jié)合均勻化方法、有限元模型參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計方法進行了研究。闡述了均勻化方法的

2、數(shù)學(xué)理論，給出了均勻化方法計算復(fù)合材料等效彈性系數(shù)，熱彈性系數(shù)及熱傳導(dǎo)系數(shù)的理論推導(dǎo)過程。編寫了均勻化方法的有限元程序，給出若干算例，通過驗證說明均勻化方法是一個有效的確定復(fù)合材料等效材料性能參數(shù)的數(shù)值方法。介紹了參數(shù)化有限元分析和形狀優(yōu)化系統(tǒng)，將參數(shù)化有限元建模與形狀優(yōu)化系統(tǒng)、均勻化方法有限元分析程序集成，為復(fù)合材料微觀單胞結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了軟件工具。用基于均勻化方法的參數(shù)化優(yōu)化系統(tǒng)，對周期性復(fù)合材料的微觀形式進行材料性能研究和形狀優(yōu)化設(shè)

3、計，得到了具有零泊松比性質(zhì)及最大剪切模量性能的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，并對部分優(yōu)化結(jié)果進行研究驗證。介紹了多重子結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，對大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進行有限元分析，多重子結(jié)構(gòu)分析方法是一個非常有效的方法，它的基本思想是采用多級離散的辦法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的有限元模型化，使計算的規(guī)模、原始數(shù)據(jù)的準備及計算機計算工作量成數(shù)量級的減少。 本文的研究工作，是國家自然科學(xué)基金“復(fù)合材料結(jié)構(gòu)宏細觀熱力力學(xué)性能數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計”(編號10402005)，國家