摘要：压实膨润土导热系数是评价核废料处置库散热安全以及计算温度场分布的关键指标,准确预测不同条件下压实膨润土导热系数对于处置库的安全设计具有重要意义。数值模拟是预测土体导热系数的有效途径之一,然而,由于压实膨润土双孔隙结构的复杂性,基于细观数值模拟的压实膨润土导热模型较少。建立了一种适用于双孔隙压实膨润土导热系数的细观模型,选取了不同含水率和孔隙比下5种典型压实膨润土160个实测导热数据,并与模型预测导热系数值进行比较。结果显示膨润土导热系数的模型预测值基本在实测值±20%范围内,有效验证了模型的可靠性,表明本文模型在压实膨润土导热系数预测方面的潜力。为复杂双孔隙压实膨润土导热系数的精确预测提供了一种新的思路和方法。

摘要：热化学烧蚀和机械剥蚀是碳/碳(C/C)复合材料在热防护系统中面临的常见问题.本文建立了一个细观机械剥蚀模型用于分析三维C/C复合材料的烧/剥蚀行为.首先,建立了一个描述C/C复合材料反应和扩散现象的细观热化学烧蚀模型,并通过数值模拟方法获得了烧蚀的形貌;然后,获得的瞬态烧蚀形貌被作为机械剥蚀分析的几何模型.对于机械剥蚀,采用渐近损伤方法对复合材料在机械剥蚀作用下的损伤和失效行为进行分析;接着,提出了一个策略用于探讨C/C复合材料的烧/剥蚀行为,该策略将机械剥蚀引入到烧蚀的数值计算中.本文通过数值的方法计算了气流剪切力与表面粗糙度之间的关系,该关系可以被当作机械剥蚀判据引入到烧蚀的数值计算中;还探讨了反应/扩散比、组分反应性差异和气流剪切的临界压力对复合材料烧/剥蚀的质量损失率和机械剥蚀因子的影响.结果表明:本文提出的机械剥蚀细观模型能够较好地分析C/C复合材料的机械剥蚀损伤和失效行为及表征其烧/剥蚀性能;本文对热防护系统材料的评价和设计具有一定的指导意义.

摘要：以三维织造复合材料为对象,结合三维织造缠绕路径,建立三维织造复合材料细观结构分析模型,推导纤维体积分数与细观模型结构参数之间的数学关系。研究导向套直径、导向套中心距等结构参数对纤维体积分数的影响。研究结果表明：结合PAN基碳纤维T300实验研究发现纤维体积分数相对误差可控制在5%以内。通过合理的结构设计和纤维规格匹配,三维织造复合材料可达到满意的纤维体积分数和弹性模量。当PAN基碳纤维T300三维织造复合材料的导向套半径为1 mm时,导向套中心距在4-6 mm之间对纤维体积分数的变化最敏感,中心距从4 mm增加到6 mm时导向套的纤维体积分数从19.63%下降到10.19%;当导向套半径控制在2 mm以内时,导向套中心距建议选取4~6 mm之间,可有效提高纤维体积分数;导向套半径为1 mm时,6K纤维与6 mm中心距配合能达到最大限度的利用结构体积单元空间。

摘要：混凝土结构的力学性能和破坏模式受其细观材料组成和细观结构控制,对隧道衬砌混凝土展开细观层面的数值模拟,可以从本源层面反映结构宏观力学行为。现有混凝土细观建模方法主要分为参数化建模和基于CT图像重构的建模两大类,参数化建模具有直观、高效等优势,但该方法不能反映骨料的实际形态特征,具有“还原性”不足的局限性。基于CT图像重构的建模具有精细化程度高、更贴近于实际的优势,然而该方法亦有着处理过程费时、还原精度过高致使求解效率较低及应用场景迁移性受限等不足。为解决细观模型“还原精度”和“求解效率”间的矛盾,利用CT系统扫描隧道衬砌混凝土获得的CT图像,通过图像处理技术对骨料形态参数进行提取与分析,而后以骨料为依据改进传统的参数化建模,将参数化建模方式和基于CT图像重构的建模方式有机结合起来,形成了基于CT图像的参数化建模方法,构建了兼具高还原精度和高求解效率的混凝土细观模型。数值模拟与试验的对比结果表明:除距离受火面0 mm处,受火前80 min内模型的数值模拟结果和受火下试块的温度场吻合程度良好,证明所建立的细观模型具有较高准确性。同时,基于CT图像的参数化建模方法,也可为衬砌结构抗火绿色低碳设计、细观尺度下混凝土的力学性能及火灾下损伤规律等研究提供借鉴。

摘要：采用随机算法生成了指定体积分数的复合固体推进剂细观分析模型。通过有限元方法及对细观场量的均匀化处理,对复合固体推进剂不同随机分布、颗粒尺寸分布及在不同应变水平下的力学响应进行了数值模拟,研究了颗粒分布随机性及颗粒大小对推进剂松弛性能的影响,并预测推进剂在宏观上的松弛行为。类比于时间温度等效原理,建立了复合推进剂时间-应变等效,并通过该原理将各应变水平松弛曲线沿时间轴平移,得到复合推进剂的预测松弛模量主曲线,预测结果与试验结果吻合较好。通过该方法生成的细观分析模型,可直观描述细观结构损伤对推进剂松弛力学性能的影响,并可在一定程度上预测不同配比方案复合推进剂的宏观松弛行为,对复合固体推进剂的配方设计及固体火箭发动机装药设计具有一定的指导意义。

摘要：非均质复合材料的宏观力学性能往往取决于细观组分的分布方式和力学性能,但是建立明确的关系表达式极其困难.为了应对这一挑战,以混凝土为研究对象,提出了一种基于深度学习的策略,能够高效、准确地通过细观模型图像信息获取应力-应变曲线.首先,使用基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的GoogLeNet模型进行图像信息识别和提取,并针对应力-应变曲线的复杂性特点,进行了数据预处理操作,并且设计了相应的多任务损失函数.数据集中的细观模型图像采用基于Monte-Carlo的随机骨料模型生成,并且使用数值模拟试验获取对应细观模型的单轴压缩应力-应变曲线.最后,通过对神经网络的训练和测试评估了所提出方法的可行性.结果表明,GoogLeNet模型训练效率和预测精度均优于AlexNet和ResNet模型,具有良好的泛化能力和鲁棒性.

摘要：分别将混凝土的骨料和水泥砂浆作为不同性质的材料,并在两者的接触界面上引入接触单元,从而建立混凝土材料的细观模型,在此基础上,对混凝土结构在温度荷载作用下的应力场仿真计算进行细观层面上的探讨。

摘要：沥青混合料为典型夹杂体材料,其宏观材料设计方法较大程度上忽视了混合料细观不均匀性的影响。因此,该文通过沥青混合料劈裂试验的细观模拟分析,从而获得其细观分布规律。首先,基于数字图像处理技术,实现劈裂试验剖面图的二值化并建立细观有限元模型,然后通过材料试验获得断裂参数;其次,通过室内沥青混合料劈裂试验的数字散斑测量,完成细观劈裂试验的模型验证;最后,基于劈裂模型的有限元模拟,分析细观尺度下力学响应的分布规律。结果表明:水平拉应变集中出现在沥青砂浆相且沿界面传递,砂浆与界面区为抗拉薄弱区。

摘要：基于热力学理论和等效夹杂原理建立了包含机械能、化学自由能、磁晶各向异性能、Zeeman能和再取向过程硬化函数的NiMnGa合金/环氧树脂(NiMnGa/ER)复合材料的力磁耦合细观模型,模拟了零场下复合材料的应力-应变曲线,并与试验结果进行对比,最后预测了不同磁场强度(0~1.8 T)和磁场角度(与应力方向的夹角,0°,45°)下复合材料的应力-应变曲线。结果表明:模拟得到复合材料中马氏体变体再取向和逆再取向的临界应力分别为39.2,41.8 MPa,与试验结果的相对误差均不大于1.2%,验证了模型的准确性。磁场角度为45°下复合材料的应力-应变迟滞环比磁场角度0°下更大;当磁场角度为0°时,磁场强度越大,应力-应变迟滞环越大。

摘要：针对叶片材料璃纤维预浸带层间应力对大型风力机寿命的影响,对璃纤维预浸带细观模型的建模方法进行研究。采用有限元分析方法,并结合细观力学理论,将璃纤维预浸带各铺层层间应力的三个分量分别计算作为改进设计的目标,对叶片结构璃纤维预浸带细观模型进行改进,提出一种准三维细观模型的方法。以兆瓦级风力机叶片材料璃纤维预浸带细观模型为例,对改进前后叶片细观模型的三个分量参数进行的计算分析,并搭建璃纤维预浸带准三维实物模型,借助三维全场变形应变测量分析系统对实物模型进行实验,结果表明璃纤维预浸带准三维模型不仅能实现层间应力准确计算,且能实现对层间应力三个方向分量分别计算,为研究风力发电机组叶片寿命预测提供了一种新的理论与实验方法。