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面向热固性复合材料全寿命周期的多尺度多物理场仿真方法

multiscale,multiphysics,finite element method

碳纤维-环氧树脂复合材料广泛使用在先进制造领域。相比较均质结构材料，复合材料在细观上非均质的本质带来了更为复杂的破坏模式。近年来，工程领域对复合材料的认识更为丰富、全面，并且复合材料损伤问题的仿真需求逐渐从重复实验、模拟现象，提高至预测机理、解释现象。多尺度方法由于其可以从细观结构的非线性演化均质化得到宏观非线性现象的机理，因此，一直以来，多尺度方法受到复合材料仿真领域的重视。然而，复合材料的宏观失效往往来源于细观的缺陷，而这些缺陷则可以溯源至制备工艺环节。制备工艺环节的数值仿真需要更好的理解力学、热传导、复杂化学反应等多种物理场在细观尺度耦合行为。报告提出了一种基于力学-热传导-化学固化反应的多尺度多物理场方法框架，用以模拟碳纤维-环氧树脂复合材料固化过程产生的残余应力以及可能的初始损伤。此外，报告还给出了复合材料层合板的损伤破坏模拟方法，以及疲劳寿命的预测。从而行程了一种面向热固性复合材料全寿命周期的多尺度多物理场仿真方法框架。