×

非线性复合材料材料知识系统。 (英语) Zbl 1440.74105号

小结:在本文中,我们提出了一个新的材料知识系统框架,用于预测复合材料中的有效应力应变响应的微观结构敏感性。该模型是为具有多种应变硬化规律和成分拓扑组合的复合材料开发的。该模型的理论基础受到了统计连续体理论的启发,利用了自洽模型的平均场近似,并根据微机械有限元模拟获得的数据进行了校准。该模型还依赖于微机械响应(相平均应变速率和有效强度)与微观结构以及成分强度对比之间新制定的数据驱动联系。本文详细描述了该模型的理论发展,将其实现为一个有效的计算塑性框架,连杆的校准,以及对具有各向同性成分的两相复合材料的模型预测的演示,该两相复合材料具有线性和幂律应变硬化规律。结果表明,该模型较好地再现了有限元结果,并显著节省了计算成本。

MSC公司:

74E30型 复合材料和混合物特性
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] F.Roters、P.Eisenlohr、T.R.Bieler、D.Raabe、C.Plasticity、F.Element、Crystal Plasticiity有限元方法,2010年。http://dx.doi.og/10.1002/9783527631483; F.Roters、P.Eisenlohr、T.R.Bieler、D.Raabe、C.Plasticity、F.Element、Crystal Plasticiity有限元方法,2010年。http://dx.doi.og/10.1002/9783527631483
[2] Rickman,J.M。;Viñals,J.,材料中位错结构的建模,Phil.Mag.A,75,5,1251-1262(1997)
[3] 徐,S。;拉提波夫,M.I。;Su,Y.,金纳米/亚微米柱单轴压缩的并发原子组分模拟,Phil.Mag.Lett。,98, 5, 173-182 (2018)
[4] 麦克道尔,D.L。;Panchal,J.H。;Choi,H.J。;西帕萨德,C.C。;艾伦·J·K。;Mistree,F.,《多尺度、多功能材料和产品的集成设计》(2010),巴特沃斯-海涅曼出版社
[5] Nemat-Nasser,S.公司。;Hori,M.,《微观力学:异质材料的总体特性》,第37卷(2013年),爱思唯尔科学出版社·Zbl 0924.73006号
[6] Suquet,P.M.,《非弹性固体力学均匀化元素》,(复合介质均匀化技术,第105卷(1987),Springer-Verlag),193-278·Zbl 0645.73012号
[7] 马图什,K。;Geers,M.G.D。;库兹涅佐娃,V.G。;Gillman,A.,《异质材料多尺度建模预测非线性理论综述》,J.Compute。物理。,330, 192-220 (2017)
[8] Castañeda,P.P.,《非线性各向同性复合材料的有效力学性能》,J.Mech。物理学。固体,39,1,45-71(1991)·Zbl 0734.73052号
[9] Garmestani,H。;Lin,S。;Adams,B.L.B.,两相介质非弹性行为的统计连续体理论,国际塑料杂志。,14, 8, 719-731 (1998) ·Zbl 0969.74007号
[10] Eshelby,J.D.,《椭球体包裹体弹性场的测定及相关问题》,Proc。罗伊。Soc.A数学。物理学。工程科学。,241, 1226, 376-396 (1957) ·Zbl 0079.39606
[11] Hutchinson,J.W.,《多晶材料蠕变的界限和自洽估计》,Proc。罗伊。Soc.A数学。物理学。工程科学。,348、1652、101-127(1976年)·Zbl 0319.73059号
[12] 斯特林费罗,R.G。;Parks,D.M.,《多相材料各向同性粘塑性行为的自洽模型》,国际塑料杂志。,7, 529-547 (1991) ·Zbl 0825.73192号
[13] 沃伊格特,《晶体物理手册》,1928年。;沃伊格特,《晶体物理手册》,1928年。
[14] Reuss,A.,Berechnung der fließgrenze von mischkristallen auf grund der plastizitätsbeding für einkristelle,ZAMM J.应用。数学。机械。Z.安圭。数学。机械。,9, 1, 49-58 (1929) ·JFM 55.1110.02标准
[15] Kröner,E.,Zur plastischen verformung des vielkristalls,金属学报。,9, 2, 155-161 (1961)
[16] Hill,R.,《复合材料的自持力学》,J.Mech。物理学。固体,13,4,213-222(1965)
[17] Budiansky,B.,关于一些非均质材料的弹性模量,J.Mech。物理学。固体,13,4,223-227(1965)
[18] Molinari,A。;Tóth,L.S.,通过有限元结果调整自洽粘塑性模型。建模,金属学报。材料。,42, 7, 2453-2458 (1994)
[19] Idiart,M.I。;穆利内克,H。;Ponte Castañeda,P。;Suquet,P.,《粘塑性复合材料的宏观行为和场波动:二阶估计与全场模拟》,J.Mech。物理学。固体(2006)·Zbl 1120.74720号
[20] 俄亥俄州卡斯特尔诺。;布伦纳,R。;Lebensohn,R.A.,《应变不均匀性对通过平均场方法预测的多晶体加工硬化的影响》,《材料学报》。(2006)
[21] Lebensohn,R.A。;C.N.Tomé。;Castañeda,P.P.,结合粒内场波动的粘塑性多晶体力学行为的自洽模型,Phil.Mag.(2007)
[22] Kroner,E.,多晶体弹性中的自洽方案和梯度无序,J.Phys。F金属物理。(1978)
[23] 亚当斯,B.L。;Kalidindi,S.R。;Fullwood,D.T.,《性能优化的微观结构敏感设计》(2012),爱思唯尔科学,URLhttp://www.sciencedirect.com/science/book/9780123969897
[24] 亚当斯,B.L。;Olson,T.,《多晶体中的细观结构-性能联系》,Prog。马特。科学。,43, 1, 1-87 (1998)
[25] 亚当斯,B.L。;高,X。;Kalidindi,S.R.,单相多晶体中二阶性质闭合的有限近似,材料学报。,53, 13, 3563-3577 (2005)
[26] Torquato,S.,《随机非均匀介质:微观结构和有效性能的改进界限》,应用。机械。修订版,44、2、37(1991年)
[27] Fullwood,D.T。;尼兹戈达,S.R。;亚当斯,B.L。;Kalidindi,S.R.,用于性能优化的微结构敏感设计,Prog。马特。科学。,55, 6, 477-562 (2010)
[28] Lebensohn,R.A。;Tome,C.N.,《模拟锆合金多晶应用的塑性变形和织构发展的自洽各向异性方法》,《金属学报》。材料。,41, 9, 2611-2624 (1993)
[29] Tome,C.N.,《自洽多晶体模型:描述晶粒相互作用的方向顺应性标准》,建模模拟材料。科学。工程师,7,5,723-738(1999)
[30] Nebozhyn,M.V。;Gilormini,P。;Ponte Castañeda,P.,立方粘塑性多晶体的变分自洽估计:晶粒各向异性和形状的影响,J.Mech。物理学。固体,49,2,313-340(2001)·Zbl 1048.74010号
[31] Brown Jr,W.F.,《固体混合物介电常数》,J.Chem。物理。,23, 8, 1514-1517 (1955)
[32] Kröner,E.,无序材料有效弹性模量的界限,J.Mech。物理学。固体,25,2,137-155(1977)·Zbl 0359.73020号
[33] Kröner,E.,《统计连续介质力学》,第92卷(1972年),施普林格出版社·Zbl 0315.73007号
[34] Torquato,S.,复合介质的有效刚度张量。精确级数展开,J.Mech。物理学。固体,45,9,1421-1448(1997)·Zbl 0974.74553号
[35] Torquato,S.,《随机异质材料:微观结构和宏观性能》(2013年),纽约斯普林格-Verlag出版社·Zbl 0988.74001号
[36] 亚当斯,B.L。;卡诺瓦,G。;Molinari,A.,《非均匀多晶体粘塑性行为的统计公式》,《织构-微观结构》。,11, 57-71 (1989)
[37] 宾奇,M。;Fullwood,D。;Kalidindi,S.R.,《建立复合材料弹性行为局部化关系的新光谱框架及其对有限元模型的校准》,《材料学报》。,第56页,第10页,第2272-2282页(2008年)
[38] J.Segurado,R.A.Lebensohn,J.LLorca,多晶体的计算均匀化,arXiv预印本arXiv:1804.02538;J.Segurado,R.A.Lebensohn,J.LLorca,多晶体的计算均匀化,arXiv预印本arXiv:1804.02538
[39] Gilormini,P。;Germain,Y.,幂律粘性材料夹杂物问题的有限元分析,国际固体结构杂志。,23, 3, 413-437 (1987) ·Zbl 0605.73012号
[40] Ghosh,S。;Lee,K。;Moorthy,S.,使用均匀化理论和voronoi单元有限元法对非均质弹性结构进行多尺度分析,国际固体结构杂志。,32, 1, 27-62 (1995) ·Zbl 0865.73060号
[41] Segurado,J。;Llorca,J.,《球形增强复合材料弹性性能的数值近似值》,J.Mech。物理学。固体,50,10,2107-2121(2002)·Zbl 1151.74335号
[42] Geers,M.G。;库兹涅佐娃,V.G。;Brekelmans,W.A.,《多尺度计算均匀化:趋势和挑战》,J.Compute。申请。数学。,234,72175-2182(2010年)·兹比尔1402.74107
[43] Bosco,E。;库兹涅佐娃,V.G。;科宁,E.W。;Geers,M.G。;Salvadori,A.,面向宏观不连续性开始定位微观结构的多尺度框架,计算。机械。,54, 2, 299-319 (2014) ·Zbl 1398.74308号
[44] Brands,D。;巴尔扎尼,D。;Scheumnemann,L。;施罗德,J。;Richter,H。;Raabe,D.,基于从EBSD数据中获得的代表性三维微观结构的双相钢的计算建模,Arch。申请。机械。,86, 3, 575-598 (2016)
[45] 拉提波夫,M.I。;Shin,S。;德库曼,不列颠哥伦比亚省。;Kim,H.S.,多相中锰TWIP+TRIP钢应变分配的微观力学有限元分析,材料学报。,108, 219-228 (2016)
[46] 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,157,1-2,69-94(1998)·Zbl 0954.74079号
[47] J.C.米歇尔。;穆利内克,H。;Suquet,P.,《具有周期性微观结构的复合材料的有效性能:计算方法》,计算。方法应用。机械。工程,172,14,109-143(1999)·兹比尔0964.74054
[48] Lebensohn,R.A.,《使用快速傅里叶变换对三维粘塑性多晶体进行N位置建模》,《材料学报》。,49,142723-2737(2001年)
[49] 艾森洛尔,P。;Diehl,M。;Lebensohn,R.A。;Roters,F.,《有限应变下晶体弹塑性的光谱法解》,《国际塑料杂志》。,46, 37-53 (2013)
[50] 于伟(Yu,W.)。;Tang,T.,周期性非均匀材料单元均匀化的变分渐近方法,国际固体结构杂志。,44、11、3738-3755(2007),网址http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768306004264 ·兹比尔1144.74033
[51] Kalidindi,S.R.,《分层材料信息学:材料数据的新分析》(2015),Elsevier,URLhttp://www.sciencedirect.com/science/book/9780124103948
[52] Panchal,J.H。;Kalidindi,S.R。;McDowell,D.L.,集成计算材料工程中的关键计算建模问题,计算。辅助设计。,45, 1, 4-25 (2013)
[53] 刘,Z。;Bessa,医学硕士。;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
[54] Kalidindi,S.R.,《数据科学和网络基础设施:加速分级材料开发的关键推动者》,国际材料学会。版次:60、3、150-168(2015)
[55] Yabansu,Y.C。;帕特尔·D·K。;Kalidindi,S.R.,《多晶集料弹性响应的校准局部化关系》,《材料学报》。,81, 151-160 (2014)
[56] 古普塔,A。;Cecen,A。;戈亚尔,S。;辛格,A.K。;Kalidindi,S.R.,《使用数据科学方法的结构-性能联系:非金属夹杂物/钢复合系统的应用》,《材料学报》。,91, 239-254 (2015)
[57] 拉提波夫,M.I。;Kalidindi,S.R.,多相材料中有效屈服强度和应变分配的数据驱动降阶模型,J.Compute。物理。,346242-261(2017)
[58] 新罕布什尔州保尔森。;Priddy,M.W。;麦克道尔,D.L。;Kalidindi,S.R.,基于两点统计的多晶微结构的降阶结构-性能联系,材料学报。,129, 428-438 (2017)
[59] 尼兹戈达,S.R。;Yabansu,Y.C。;Kalidindi,S.R.,《理解和可视化微观结构和微观结构变化作为随机过程》,《材料学报》。,59, 16, 6387-6400 (2011)
[60] 韦伯,G。;Anand,L.,各向同性、超弹粘塑性固体的有限变形本构方程和时间积分程序,Computer me,79173-202(1990)·Zbl 0731.73031号
[61] 斯特林费罗,R.G。;Parks,D.M。;Olson,G.B.,亚稳奥氏体钢应变诱发马氏体相变伴随的相变塑性本构模型,《金属学报》。材料。,40, 7, 1703-1716 (1992)
[62] 尼兹戈达,S.R。;Kanjarla,A.K。;Kalidindi,S.R.,《用于微观结构数据的数据库、可视化和分析的新型微观结构量化框架》,集成。马特。制造商Innov。,2, 1, 3 (2013)
[63] R兄弟。;Smiled,A.K.,主成分分析,Anal。方法,6,9,2812-2831(2014)
[64] 拉提波夫,M.I。;Kühbach,M。;贝耶林,I.J。;斯汀维尔,J.-C。;托斯,L.S。;波洛克,T.M。;Kalidindi,S.R.,弦长分布和主成分分析在不同多晶微结构量化和表示中的应用,马特。特性。,145, 671-685 (2018)
[65] 尼兹戈达,S.R。;Fullwood,D.T。;Kalidindi,S.R.,《复合材料系统中两点关联空间的描绘》,《材料学报》。,56, 18, 5285-5292 (2008)
[66] 法斯特,T。;Kalidindi,S.R.,《使用MKS方法制定和校准高阶弹性局部化关系》,《材料学报》。,59, 11, 4595-4605 (2011) ·兹比尔1392.94714
[67] Cecen,A。;法斯特,T。;Kalidindi,S.R.,在量化材料结构中计算两点空间相关性的通用算法,Integr。马特。制造商Innov。,5, 1, 1 (2016)
[68] Groeber,医学硕士。;Jackson,M.A.,DREAM.3D:三维微观结构分析的数字表示环境,集成。马特。制造商Innov。,3, 1-17 (2014)
[69] 切森,A。;法斯特,T。;Kumbur,E.C。;Kalidindi,S.R.,在聚合物电解质燃料电池的多孔传输层中建立微观结构-性能关系的数据驱动方法,J.Power Sources,245144-153(2014)
[70] 希伯特;卡尔森;索伦森,ABAQUS/标准:用户手册,第1卷(1998年),Hibbitt,Karlsson&Sorensen
[71] Hill,R.,《增强固体的弹性特性:一些理论原理》,J.Mech。物理学。固体(1963),arXiv:1008.3574·Zbl 0114.15804号
[72] Mandel,J.,《贡献》,《应用力学(1966),施普林格出版社》,502-509
[73] 詹姆斯·G。;维滕,D。;哈斯蒂,T。;Tibshirani,R.,《统计学习导论》,第112卷(2013年),施普林格出版社·Zbl 1281.62147号
[74] Pearson,K.,关于双亲回归和遗传的注释,Proc。罗伊。伦敦特区,58,-1,240-242(1895),(1854-1905)
[75] 塔桑,C.C。;Diehl,M。;Yan,D。;赞巴尔迪,C。;Shantraj,P。;转子,F。;Raabe,D.,《多相合金中应力和应变分配的综合实验模拟分析》,《材料学报》。,81386-400(2014年)
[76] 皮尔斯,D。;Asaro,R.J。;Needleman,A.,晶体固体中的材料速率依赖性和局部变形,金属学报。,31, 12, 1951-1976 (1983)
[77] M.I.Latypov、A.Khan、C.A.Lang、K.Kvilekval、A.T.Polonsky、M.P.Echlin、I.J.Beyerlein、B.Manjunath、T.M.Pollock、BisQue,《云中三维材料科学:微结构-性能联系》,编制中。;M.I.Latypov、A.Khan、C.A.Lang、K.Kvilekval、A.T.Polonsky、M.P.Echlin、I.J.Beyerlein、B.Manjunath、T.M.Pollock、BisQue,《云中三维材料科学:微结构-性能联系》,准备中。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。