计算复合材料有效弹性模量的重心有限元方法

王兆清; 张景涛; 李淑萍

计算复合材料有效弹性模量的重心有限元方法

1.
山东建筑大学工程力学研究所, 济南 250101;
2.
山东警察学院治安系, 济南 250101

基金项目: 山东建筑大学科研基金资助项目(XN050103)

详细信息

通讯作者:
王兆清, 博士, 副教授, 主要从事数值分析方法和复合材料力学方面的研究 E-mail: wangzhaoqing@sdjzu.edu.cn

中图分类号: TB332
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出版历程
- 收稿日期: 2007-01-16
- 修回日期: 2007-04-15
- 刊出日期: 2007-12-14

Barycentric finite element method for predicting the effective elastic moduli of composite materials

1.
Institute of Engineering Mechanics, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China;
2.
Department of Public Security, Shandong College of Police, Jinan 250101, China

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Corresponding author:
WANG Zhaoqing

摘要

摘要: 采用几何法构造出任意边数多边形单元的重心插值形函数, 应用Galerkin法提出了求解弹性力学问题的重心有限元方法。用重心有限元方法对SiC/Ti和B/Al 2种纤维复合材料横向截面的有效弹性模量进行了预报。计算模型取纤维呈六边形排列且为各向同性的代表性单胞, 对其杨氏模量、剪切模量和体积模量在较大的体积分数范围内进行了数值模拟。通过与解析公式和传统有限元的计算结果对比, 重心有限元方法的计算结果符合解析公式解的趋势, 与传统有限元的计算结果吻合较好。与传统有限元方法相比, 重心有限元方法的单元划分不受三角形或四边形的形状限制, 能够再现材料的真实结构。由于单元较大且数目较少, 本文方法具有很高的计算效率。
- 重心有限元 /
- 有效模量 /
- 复合材料 /
- 数值模拟 /
- 多边形单元
Abstract: Applying a geometrical method to construct the shape functions of the polygonal element, a barycentric finite element method (BFEM) for solving elastic problems was presented. The effective moduli in the transverse section of SiC/Ti and B/Al fiber composites were simulated numerically by BFEM. The computational modeling of BFEM was isotropic hexagonal representative unit cell in the transverse section of the material. The Youngs moduli, shear moduli and the bulk moduli were simulated numerically using BFEM and FEM in a wide range of volume fractions. The effective moduli in BFEM computation are in good agreement with the analytical prediction and the FEM results. In contrast to the FEM, the shapes of the elements in BFEM can be arbitrary polygons with the number of sides larger than four. So BFEM can realize the numerical simulation based on real mesostructure of the composite materials. The numerical examples demonstrate that the BFEM has higher computational efficiency and accuracy.
- barycentric finite element method /
- effective moduli /
- composite materials /
- computational simulation /
- polygonal element

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参考文献(0)

施引文献(11)

期刊类型引用(6)

1.	王彦鹏，王子健，汪丽娟，刘吉林，冯琼，张云升. 盐渍土环境下钢筋混凝土加速腐蚀劣化行为研究. 混凝土. 2024(06): 76-83+92 . 百度学术
2.	梅侃泽，林鑫源，舒海斌，柳俊哲. 阳极阻锈剂对含氯盐混凝土内钢筋的阻锈效果研究. 混凝土. 2023(01): 82-86+91 . 百度学术
3.	刘云雁，范颖芳，喻建，李秋超. 氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验. 复合材料学报. 2020(03): 707-715 . 本站查看
4.	沈建生，柳俊哲，毛江鸿，金伟良，徐亦冬. 钢筋混凝土不同劣化阶段的电化学特征. 建筑材料学报. 2020(04): 963-968 . 百度学术
5.	李闯，范颖芳，李秋超. 偏高岭土对水泥砂浆中钢筋钝化的影响. 复合材料学报. 2020(11): 2917-2927 . 本站查看
6.	高祥彪. 混凝土护筋性研究进展. 四川建材. 2019(02): 4-6+9 . 百度学术