[00786029]纤维复合材料多尺度仿生物中轴有限元建模与设计

复合材料作为性能可设计材料，其微细观结构的优化设计是开发性能优良的复合材料的关键。鉴于影响复合材料宏观性能的微细观结构复杂，设计目标多样，实验数据分散性大及力学本构关系不完善等困难，项目提出并研究了一种新的具有适应性强和求解精度高的任意形体中轴生成算法，并基于形体中轴半径变化，提出并研究了基于形体中轴半径变化的自适应有限元模糊控制算法，该算法应用于类似复合材料带夹杂分布，含奇异边界等求解对象特别有效，应用表明，在模糊控制知识完备的情况下，一次求解即能获得理想的计算精度，因此算法具有求解效率高，适应性强的优点。同时，基于相似理论和中轴在生物复合材料中的增强机理分析，提出利用形体的基本中轴单元和中轴分形角，对任意形状的叠层复合材料结构进行纤维铺层角度和纤维含量的拟中轴分布，并通过数值模拟对比了常规设计与拟中轴分布下的复合材料结构的变形、各应力分量分布及主应力大小，结果表明在相同纤维含量下，按中轴分布的复合材料结构可以明显改善结构的应力集中，使最大主应力减小20%以上，对变形也略有改善，从而提高了复合材料结构的综合力学性能。