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基于自洽聚类分析的热残余应力和应变的高效双尺度分析。 (英语) Zbl 1508.74010号

热残余应力和应变在金属合金和其他复合材料的工业制造过程中至关重要。在这些复杂复合材料结构的代表性体积元(RVE)中,如何准确有效地模拟考虑热残余应力和应变的响应也是至关重要的,可以作为多尺度分析的基础。最近提出了一种有效的降阶方法,称为自洽聚类分析(SCA),用于求解RVE中的微观响应。本文对热弹性和热弹塑性问题的SCA方法进行了改进,并将RVE的微观响应与解析法和快速傅里叶变换(FFT)方法的结果进行了比较,以验证其准确性和可行性。然后,本研究论证了不同聚类策略在离线阶段的影响,进行了聚类数优化,并讨论了使用改进的SCA方法在微尺度下有/无热残余应力和应变的双尺度分析。在双尺度分析中,研究宏观和微观响应,以探索热残余应力和应变的影响。本文提出的基于改进SCA方法的双尺度分析框架在考虑热残余应变和应力的复合材料模拟中被证明是有效的。

MSC公司:

74F05型 固体力学中的热效应
74E30型 复合材料和混合物特性
74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
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参考文献:

[1] ABAQUS用户手册。
[2] Abbas,I.A.,分数阶热弹性理论下的功能梯度材料问题,Theor。申请。分形。机械。,74, 18-22 (2014)
[3] Abbas,I.A.,功能梯度材料与分数阶三相滞后传热的广义热弹性相互作用,J.Cent。美国大学,221606-1613(2015)
[4] 安格林,B。;勒本松,R。;Rollett,A.,通过与解析解的比较,验证基于快速傅里叶变换的非均匀热弹性材料数值方法,计算。马特。科学。,87, 209-217 (2014)
[5] 阿特金森,A。;Sun,B.,平面固体氧化物燃料电池的残余应力和热循环,马特。科学。技术。,231135-1143(2007年)
[6] Bessa,医学硕士。;博斯塔纳巴德,R。;刘,Z。;胡,A。;阿普利,D.W。;布林森,C。;Chen,W。;Liu,W.K.,《不确定性下材料的数据驱动分析框架:对抗维度诅咒》,计算。方法应用。机械。工程师,320,633-667(2017)·Zbl 1439.74014号
[7] Boso,D.P.,《复合超导导线的热-机械模型的简单有效方法》,Supercond。科学。技术。,26,第045006条pp.(2013)
[8] 陈,W.-H。;Ting,K.,混合型热弹性断裂问题的有限元分析,Nucl。工程设计。,90, 55-65 (1985)
[9] Chobaut,北卡罗来纳州。;Carron,D。;阿尔塞纳,S。;施洛斯,P。;Drezet,J.-M.,《使用Gleeble中断淬火试验预测热处理7xxx铝合金厚板中的淬火诱发残余应力》,J.Mater。过程。技术。,222, 373-380 (2015)
[10] 多尼根,S。;Rollett,A.,使用快速傅里叶变换模拟热障涂层中的残余应力和弹性能量密度,《材料学报》。,96, 212-228 (2015)
[11] 邓恩,M。;Taya,M.,《短纤维复合材料的弹塑性热应力和变形》,J.Mater。科学。,29, 2053-2062 (1994)
[12] 尤芬迪耶夫。;Hou,T.Y.,《多尺度有限元方法:理论与应用》(2009),施普林格科学与商业媒体·Zbl 1163.65080号
[13] El Majaty,Y。;布伦纳,R。;Leblond,J.-B.,基于FFT的相变塑性微观力学模拟。与基于极限分析的理论进行比较,Eur.J.Mech。固体。,86104152(2021)·Zbl 1478.74012号
[14] 方,G。;王,B。;Liang,J.,弯曲载荷下三维编织复合材料梁渐进损伤分析的FE-FFT多尺度耦合方法,Compos。科学。技术。,181, 107691 (2019)
[15] Feng,Y。;Yong,H。;Zhou,Y.,基于自洽聚类分析的单轴载荷下圆柱结构的并行多尺度框架,113827(2021),复合材料结构
[16] 费耶尔,F。;Chaboche,J.-L.,FE2长纤维SiC/Ti复合材料弹粘塑性行为建模的多尺度方法,计算。方法应用。机械。工程,183,309-330(2000)·Zbl 0993.74062号
[17] 吉尔登,C。;Kochmann,J。;Waimann,J。;Kinner-Becker,T。;Sölter,J。;斯文森,B。;Reese,S.,基于FE-FFT的有限应变弹塑性多晶体的高效双尺度机械过程模拟,计算。方法应用。机械。工程师,374,113566(2021)·Zbl 1506.74073号
[18] Guyot,Y。;马海尔,C。;勒贝雷,M。;香槟,B。;Sibai,A。;Bustarret,E。;Barbier,D.,氧化硅膜中热弹性应力分布的微观拉曼研究及其与有限元建模的相关性,Mater。科学。工程师,B,46,24-28(1997)
[19] 韩,X。;高杰。;弗莱明,M。;徐,C。;谢伟。;孟,S。;Liu,W.K.,基于自洽聚类分析的机织复合材料高效多尺度建模,计算。方法应用。机械。工程,364112929(2020)·Zbl 1442.74057号
[20] Hartigan,J.A。;Wong,M.A.,《算法AS136:一种k-means聚类算法》,英国皇家统计学会杂志。c系列(应用统计),28,100-108(1979)·Zbl 0447.62062号
[21] 他,C。;高杰。;李,H。;葛,J。;陈,Y。;刘,J。;Fang,D.,三维编织复合材料渐进损伤行为的数据驱动自洽聚类分析,112471(2020),复合结构
[22] 他,C。;高杰。;李,H。;葛,J。;陈,Y。;刘,J。;Fang,D.,三维编织复合材料渐进损伤行为的数据驱动自洽聚类分析,Compos。结构。,249, 112471 (2020)
[23] 伊林,Y。;Nijhuis,A。;Wessel,W。;Van Den Eijnden,N。;Ten Kate,H.H.,(36 rm Nb_3rm Sn)股电缆的轴向拉伸应力应变特性,IEEE Trans。申请。超导体。,16, 1249-1252 (2006)
[24] Jing,Z。;Yong,H。;周瑜,扭转对多芯Nb_3Sn超导绞线性能影响的理论建模,IEEE Trans。申请。超导体。,23, 6000307 (2013), 6000307
[25] 卡夫卡,O.L。;Jones,K.K。;Yu,C。;Cheng,P。;Liu,W.K.,《实验中空间变化微观结构的基于图像的多尺度建模:用额外制造的金属进行疲劳和断裂演示》,J.Mech。物理学。固体。,150, 104350 (2021)
[26] Lebensohn,R.A。;Idiart,M.I。;卡斯塔涅达,P.P。;Vincent,P.-G.,带晶间空腔的多晶固体的膨胀粘塑性,Phil.Mag.,91,3038-3067(2011)
[27] Leblond,J.-B.,《钢的相变塑性数学模型II:与应变硬化现象的耦合》,国际塑料杂志。,573-591(1989年)
[28] Leblond,J.-B。;德沃,J。;Devaux,J.,《钢的相变塑性数学模型I:理想塑性相的情况》,国际塑料杂志。,5, 551-572 (1989)
[29] Li,S.,单向复合材料微观力学分析的通用单元,合成。申请。科学。制造,32815-826(2001)
[30] 李,H。;卡夫卡,O.L。;高杰。;Yu,C。;聂,Y。;张,L。;Tajdari,M。;唐,S。;郭,X。;Li,G.,机器学习和设计优化中生成材料性能数据库的聚类离散化方法,计算。机械。,64281-305(2019)·兹比尔1470.74073
[31] 刘,Z。;Wu,C.,《探索数据驱动多尺度力学中深层材料网络的三维结构》,J.Mech。物理学。固体。,127, 20-46 (2019) ·Zbl 1477.74006号
[32] 刘,Z。;贝萨,M。;Liu,W.K.,自洽聚类分析:非弹性非均匀材料的有效多尺度方案,计算。方法应用。机械。工程,306319-341(2016)·Zbl 1436.74070号
[33] 刘,B。;Jing,Z。;Yong,H。;周,Y.,带扭丝的超导绞线中的应变分布,Compos。结构。,174, 158-165 (2017)
[34] 刘,Z。;弗莱明,M。;Liu,W.K.,弹塑性应变软化材料自洽聚类分析的微观结构材料数据库,计算。方法应用。机械。工程,330,547-577(2018)·Zbl 1439.74063号
[35] 刘,Z。;卡夫卡,O.L。;Yu,C。;Liu,W.K.,具有晶体塑性的异质材料的数据驱动自洽聚类分析,计算塑性进展,221-242(2018),Springer·兹比尔1493.74017
[36] 刘,Y。;王,X。;Gao,Y.,Bi-2212高温超导圆线在轴向载荷作用下的三维复丝有限元模型,Compos。结构。,211, 273-286 (2019)
[37] 刘,D。;张伟。;Yong,H.先生。;周瑜,无绝缘高温超导层绕线圈热稳定性和机械响应的数值分析,超导体。科学。技术。,32,第044001条pp.(2019)
[38] J·米歇尔。;穆利内克,H。;Suquet,P.,《具有任意相位对比度的线性和非线性复合材料的计算方案》,国际期刊Numer。方法工程,52,139-160(2001)
[39] Mojumder,S。;高杰。;Liu,W.K.,热塑性非均匀材料建模的自洽聚类分析(AIP Conference Proceedings(2021),AIP Publishing LLC),30029
[40] 穆利内克,H。;Suquet,P.,一种计算具有复杂微观结构的非线性复合材料整体响应的数值方法,Compute。方法应用。机械。工程,157,69-94(1998)·Zbl 0954.74079号
[41] Mura,T.,《固体中缺陷的微观力学》(2013),Springer Science&Business Media
[42] 牛,M。;夏,J。;Yong,H。;Zhou,Y.,稀土钡铜氧化物煎饼线圈淬火传播过程中的淬火特性和机械响应,应用。数学。机械。,42, 235-250 (2021)
[43] Omairey,S.L。;邓宁,P.D。;Sriramula,S.,《用于周期性RVE均质化的ABAQUS插件工具的开发》,Eng.Comput。,35, 567-577 (2019)
[44] 大冢,T。;布伦纳,R。;Bacroix,B.,基于FFT的扩散相变过程中多晶材料相变塑性建模,国际工程科学杂志。,127, 92-113 (2018) ·Zbl 1423.74717号
[45] 帕帕佐普洛斯,V。;Tavlaki,M.,《界面性质对碳纳米管复合材料宏观性能的影响》。基于FE2的多尺度研究,Compos。结构。,136582-592(2016)
[46] 彭,X。;Yong,H。;张,X。;周,Y.,使用内聚区模型分析环氧浸渍煎饼线圈的分层和导热性,工程分形。机械。,245, 107555 (2021)
[47] 拉梅什,G。;Prabhu,N.K.,《纳米流体的热物理性质、润湿和传热特性及其在工业淬火热处理中的适用性综述》,纳米研究信函,6334(2011)
[48] Ru,Y。;Yong,H。;周瑜,用电磁-热模型对块状超导体动态断裂行为的数值模拟,超导体。科学。技术。,32,第074001条pp.(2019)
[49] 萨哈,S。;卡夫卡,O.L。;卢,Y。;Yu,C。;Liu,W.K.,《通过先进材料模型参数识别在625年额外制造的微尺度结构与性能预测》,《材料与制造创新集成》,1-15(2021)
[50] 施罗德,J。;拉布什,M。;Keip,M.-A.,《电磁-机械耦合问题的算法双尺度转换:FE2-方案:局部化和均匀化》,计算。方法应用。机械。工程师,302253-280(2016)·Zbl 1425.74393号
[51] Shakoor,M。;卡夫卡,O.L。;Yu,C。;刘伟凯,延性材料有限应变力学的数据科学,计算。机械。,64,33-45(2019)·Zbl 1467.74017号
[52] 斯帕恩,J。;安德拉,H。;卡贝尔,M。;Müller,R.,使用快速傅里叶变换建模复合材料渐进损伤的多尺度方法,计算。方法应用。机械。工程,268,871-883(2014)·Zbl 1295.74006号
[53] 唐,S。;张,L。;Liu,W.K.,《从虚拟聚类分析到自我一致聚类分析:数学研究》,计算机。机械。,62, 1443-1460 (2018) ·Zbl 1471.74079号
[54] Tchalla,A。;贝鲁埃塔,S。;Makradi,A。;Zahrouni,H.,《用于多尺度有限元计算的ABAQUS工具箱》,Compos。B工程,52,323-333(2013)
[55] 田,X。;沈毅。;陈,C。;He,T.,广义热弹性问题的直接有限元方法研究,国际固体结构杂志。,43, 2050-2063 (2006) ·Zbl 1121.74477号
[56] Tikarrouchine,E。;Chatzigeorgiou,G。;普劳德,F。;Piotrowski,B。;Chemisky,Y。;Meraghni,F.,用于模拟复合材料结构非线性、速率相关响应的三维FE2方法,Compos。结构。,193, 165-179 (2018)
[57] 托尔斯基,M。;Bouchard,P。;Steuwer,A。;Withers,P.,AISI 316型不锈钢中的残余应力驱动蠕变裂纹,材料学报。,563594-3612(2008年)
[58] Van Den Eijnden,N。;Nijhuis,A。;伊林,Y。;Wessel,W.A。;10 Kate,H.H.,《TARSIS中ITER模型线圈型Nb3Sn绞线的轴向拉伸应力应变特性》,Supercond。科学。技术。,18, 1523 (2005)
[59] 维杜拉,V.R。;Glass,S.J。;塞勒,D.M。;罗勒,G.S。;卡特,W.C。;兰格,S.A。;Fuller,E.R.,《多晶氧化铝中的残余应力预测》,J.Am.Ceram。Soc.,84,2947-2954(2001)
[60] Walpole,L.,复合材料的弹性行为:理论基础,应用力学进展,169-242(1981),爱思唯尔·Zbl 0512.73056号
[61] 王,X。;李毅。;Gao,Y.,拉伸和循环载荷下多丝扭曲超导绞线的力学行为,低温学,73,14-24(2016)
[62] Wang,W。;刘,H。;朱,C。;杜,X。;Tang,J.,残余应力对具有多轴疲劳标准的风力涡轮机渗碳齿轮接触疲劳的影响,国际力学杂志。科学。,151, 263-273 (2019)
[63] 夏,Z。;周,C。;Yong,Q。;Wang,X.,关于复合材料微观力学分析中重复单元模型的选择和统一周期边界条件的应用,国际固体结构杂志。,43, 266-278 (2006) ·Zbl 1119.74359号
[64] 杨,X。;朱,J。;农,Z。;赖,Z。;He,D.,A357铝合金圆柱棒材淬火过程的有限元模拟和通过冷拉伸过程降低淬火残余应力,计算。马特。科学。,69, 396-413 (2013)
[65] 杨,M.-X。;李,R.-G。;江,P。;元,F.-P。;Wang,Y.-D。;朱永泰。;Wu,X.-L.,残余应力在梯度结构材料中提供了显著的强化和延展性,《材料研究快报》,7433-438(2019)
[66] Yang,Y。;张,L。;Tang,S.,《有限应变下基于聚类方法的比较研究》,《机械学报》。罪。(2021)
[67] Yu,C.,层次材料系统的多分辨率聚类分析(2019),西北大学
[68] Yu,C。;卡夫卡,O.L。;Liu,W.K.,有限应变下多尺度建模的自洽聚类分析,计算。方法应用。机械。工程师,349339-359(2019)·Zbl 1441.74309号
[69] Yu,C。;卡夫卡,O.L。;Liu,W.K.,多层材料系统高效建模的多分辨率聚类分析,1-14(2021),计算力学
[70] 张,Z。;Wang,W。;Fu,H。;Xie,J.,淬火冷却速度对Fe-6.5Si合金残余应力、微观结构和力学性能的影响,马特。科学。工程师,A,530519-524(2011)
[71] 张,L。;唐,S。;Yu,C。;朱,X。;Liu,W.K.,基于聚类的均匀化中交互张量的快速计算,计算。机械。,64, 351-364 (2019) ·Zbl 1467.74100号
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