五種五零能模式材料單胞構型及其性能分析.pdf

1、隨著航天事業(yè)與電子工業(yè)的快速發(fā)展，復合材料及其結構在現實生活的方方面面均有應用，超常材料作為材料科學的新興領域吸引了大量學者的關注，這類材料擁有自然材料不具備的性質，如負折射率、超吸收、負泊松比等超凡特性。五零能模式材料就是一種新型的人工超材料，雖屬于彈性材料，但組成其單胞的特殊構型使其宏觀靜態(tài)表現為僅能承載一種受力狀態(tài)，動態(tài)表現為僅能傳播一種彈性波，等效彈性模量矩陣六個特征值中僅一個不為零。
　　針對上述新興材料，對材料本身力學

2、性能的準確預測更是該材料能成功應用的關鍵。典型預測周期性材料等效性能的方法有漸近均勻化方法和代表體元法。代表體元法力學模型清晰，操作容易，但因缺乏嚴格數學理論，對材料的性質不能精確預測，僅可作為近似估計使用。與之相反的是漸近均勻化方法，它基于數學理論基礎嚴謹的攝動理論，在復合材料等效性質方面算法成熟。但復雜的計算過程阻礙了該方法的應用。本文基于ANSYS平臺實現代表體元法與漸近均勻化方法的有限元求解，編制兩種方法的APDL程序，實現復合

3、材料等效性能的預測。
　　本文給出多種單胞構型，針對這些單胞桁架構型計算得到等效彈性模量矩陣特征值，從而得到五種五零能模式材料的單胞構型。計算材料單胞等效彈性性能，得到等效彈性矩陣及特征值，通過比較可知，這五種單胞構型可分成兩類不同的彈性特性，其中一類材料可傳遞彈性膨脹波，另一類可傳遞彈性剪切波。計算單胞的等效彈性性能時，分別采用代表體元法和漸近均勻化法兩種計算方式。研究表明對于這種低密度彈性材料的分析，從計算時間及計算精度方面考