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计算机在复合材料中的应用计算机在复合材料中的应用 复习思考题复习思考题 1 复合材料力学的研究内容 研究复合材料的微观和宏观力学特性 包括刚度 强度 破坏机理 断裂 疲劳 冲击 损研究复合材料的微观和宏观力学特性 包括刚度 强度 破坏机理 断裂 疲劳 冲击 损 伤 应力集中 边界效应 环境响应和力学测试等力学问题 伤 应力集中 边界效应 环境响应和力学测试等力学问题 2 有限元方法的实质 有限元方法的实质是将复杂的连续体划分为有限多个简单的单元体 化无限自由度问题为有有限元方法的实质是将复杂的连续体划分为有限多个简单的单元体 化无限自由度问题为有 限自由度问题 将连续场函数的偏微分方程的求解问题转化成有限个参数的代数方程组的求解问限自由度问题 将连续场函数的偏微分方程的求解问题转化成有限个参数的代数方程组的求解问 题 题 3 有限元法的基本计算步骤 有限元法的计算步骤归纳为以下三个基本步骤 网格划分 单元分析 整体分析 有限元法的计算步骤归纳为以下三个基本步骤 网格划分 单元分析 整体分析 4 证明刚度矩阵 Cij的对称性 5 何谓平面应力问题和平面应变问题 平面应力 只在平面内有应力 与该面垂直方向的应力可忽略 例如薄板拉压问题 平面应力 只在平面内有应力 与该面垂直方向的应力可忽略 例如薄板拉压问题 平面应力是指所有的应力都在一个平面内 如果平面是平面应力是指所有的应力都在一个平面内 如果平面是 OXYOXY 平面 那么只有正应力平面 那么只有正应力 x x y y 剪应力剪应力 xy xy 它们都在一个平面内它们都在一个平面内 没有 没有 z z yzyz zxzx 平面应变 只在平面内有应变 与该面垂直方向的应变可忽略 例如水坝侧向水压平面应变 只在平面内有应变 与该面垂直方向的应变可忽略 例如水坝侧向水压 问题 问题 平面应变是指所有的应变都在一个平面内 同样如果平面是平面应变是指所有的应变都在一个平面内 同样如果平面是OXYOXY 平面 则只有正应变平面 则只有正应变 x x y y 和剪应变和剪应变 xyxy 而没有 而没有 z z yzyz zxzx 6 常用的复合材料强度理论有哪些 最大应力理论最大应力理论 最大应变理论最大应变理论 蔡蔡 希尔理论希尔理论 霍夫曼失效准则霍夫曼失效准则 7 复合材料性能和损伤破坏规律主要取决于什么 复合材料性能和损伤破坏规律取决于复合材料性能和损伤破坏规律取决于 组分材料性能和微细观结构特征组分材料性能和微细观结构特征 8 以纤维增强的层合板结构为例 说明复合材料设计三个阶段的内容 以纤维增强的层合板结构为例 复合材料设计可分为三个阶段 以纤维增强的层合板结构为例 复合材料设计可分为三个阶段 单层材料设计 选择 单层材料设计 选择 增强材料 基体材料 配比关系增强材料 基体材料 配比关系 铺层设计 铺层设计 铺层方案铺层方案 结构设计 结构设计 产品结构的形产品结构的形 状 尺寸 使用环境状 尺寸 使用环境 9 复合材料细观力学的核心任务是什么 建立建立复合材料宏观性能同其组分性能及其细观结构之间的定量关系 并揭示复合材料结构在复合材料宏观性能同其组分性能及其细观结构之间的定量关系 并揭示复合材料结构在 一定工况下的响应规律及其本质 为复合材料优化设计 性能评价提供必要的理论依据及手段 一定工况下的响应规律及其本质 为复合材料优化设计 性能评价提供必要的理论依据及手段 10 微观力学方法的基础是体积单元 掌握体积单元的概念 体积单元 材料的最小范围或小块 分布于其上的应力和应变是宏观上均匀的 能够完全体积单元 材料的最小范围或小块 分布于其上的应力和应变是宏观上均匀的 能够完全 表征材料的所有特征表征材料的所有特征 11 单向复合材料混合模型中沿帘线和垂直帘线方向的模量 泊松比的计算公式推导 12 有限单元法的概念 有限单元法 将连续系统划分成有限个单元 对每类单元提出一种近似求解方式 再将有限单元法 将连续系统划分成有限个单元 对每类单元提出一种近似求解方式 再将 所有单元按所有单元按标准方法组合成一个与原有系统近似的规范的求解方法 标准方法组合成一个与原有系统近似的规范的求解方法 13 何谓单元 节点 节点 单元与单元之间的连接点 节点 单元与单元之间的连接点 单元 原始物理模型离散后 满足一定几何特性和物理特性的最小结构子域 单元 原始物理模型离散后 满足一定几何特性和物理特性的最小结构子域 14 二维和三维有限元模型中常用的单元类型分别是哪些 二维 三节点三角形单元二维 三节点三角形单元 六节点三角形单元六节点三角形单元 四节点四边形单元四节点四边形单元 八节点四边形单元八节点四边形单元 三维 四节点四面体单元三维 四节点四面体单元 九节点四面体单元九节点四面体单元 八节点六面体单元八节点六面体单元 二十节点六面体单元二十节点六面体单元 15 选择单元位移函数应满足哪两个条件 1 1 反映单元的刚体位移与常量应变 称为完备性条件 反映单元的刚体位移与常量应变 称为完备性条件 2 2 相邻单元在公共边界上的位移连续 单元之间不能重叠 也不能分离 即位移函数在 相邻单元在公共边界上的位移连续 单元之间不能重叠 也不能分离 即位移函数在 单元之间连续 称为协调性条件 单元之间连续 称为协调性条件 16 根据两个弹簧串联的力学模型 利用有限元方法推导出单元刚度矩阵和整体刚度 矩阵 并求出固定端的受力 17 有限元中形函数的性质以及几何意义 1 1 单元节点上形函数的值为 单元节点上形函数的值为 1 1 或为或为 0 0 2 2 单元中的任意一点上 三个形函数之和等于 单元中的任意一点上 三个形函数之和等于 1 1 18 有限元中整体刚度矩阵的特点 整体刚度矩阵具有对称性 稀疏性 非零系数呈带形分布的显著特整体刚度矩阵具有对称性 稀疏性 非零系数呈带形分布的显著特点 点 19 在用有限元分析轮胎这类复合材料结构时 常遇到哪些非线性问题 轮胎具备典型的材料非线性 接触非线性以及大变形等复杂的力学特性 这给轮胎设计轮胎具备典型的材料非线性 接触非线性以及大变形等复杂的力学特性 这给轮胎设计 研究人员带来了极大困难研究人员带来了极大困难 20 流变学的概念 流变学 研究物质流动和变形的科学 流变学 研究物质流动和变形的科学 21 树脂基复合材料的成型工艺有哪些 手糊成型工艺手糊成型工艺 喷射成型工艺喷射成型工艺 袋压成型工艺袋压成型工艺 层压成型工艺层压成型工艺 模压成型工艺模压成型工艺 缠缠 绕成型工艺绕成型工艺 拉挤成型工艺拉挤成型工艺 挤出成型工艺挤出成型工艺 注射成型工艺等注射成型工艺等 22 简述橡胶制品有限元分析的流程 23 在用有限元分析轮胎时常用两种单元类型来描述帘线 橡胶复合材料 复合材料层合壳模型的理论基础是纤维增强复合材料的力学理论 复合材料的各组成部复合材料层合壳模型的理论基础是纤维增强复合材料的力学理论 复合材料的各组成部 分在分在同一单元中或同一单元中或在同一层内的性能用平均值代替 可用正交各向异性或一般各向异性描在同一层内的性能用平均值代替 可用正交各向异性或一般各向异性描 述述 24 简述高分子材料几种奇异流变现象 至少三种 高分子材料有一些奇异的流变现象 如挤出胀大 无管虹吸现象 爬杆现象高分子材料有一些奇异的流变现象 如挤出胀大 无管虹吸现象 爬杆现象 维森伯格维森伯格 效应效应 KayeKaye 效应 剪切变稀现象等效应 剪切变稀现象等 25 复合材料成型加工过程数值模拟的目的是什么 通过对成型加工过程进行数值模拟 研究加工条件的变化规律 预测制品的结构和性能 通过对成型加工过程进行数值模拟 研究加工条件的变化规律 预测制品的结构和性能 选择制品 模具设计及工艺条件间的最佳方案 实现科学的