機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--多尺度模擬復合材料和結構與DIGIMAT ANSYS

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畢業(yè)設計外文資料翻譯 設計題目 :手機前蓋沖壓工藝分析及級進模設計 譯文 題目 : 注塑模具 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 正文： 外文資料翻譯譯文 附件： 外文原文 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 正文：外文資料翻譯譯文 多尺度模擬復合材料和結構與 件版本 009 年 2 月 ,2009 年版權 料 ： 工程塑料、 增強塑料 ． 術 ： 析數(shù)據(jù)映射圖 。 術 。 分析軟件： 行業(yè)： 材料供應商、汽車、航空、消費者和工業(yè)產(chǎn)品。 法律通告 ： 程 是 程的注冊商標。 其他產(chǎn)品及公司名稱和商標的商標 權 或注冊商標 權歸 他們的各自的主人 所有 。 概要 在這篇文章中 , 簡要的 介紹兩個尺度的建模方法 ，平均場均化處理和有限元同化 方法， 在進行建模時，這些強大的技術用與微觀和宏觀的應力和應變場 ,可以通過影響 (改變 )材料 內(nèi)部 微觀組織來控制材料在宏觀上表現(xiàn)出來的 性能 (例如：纖維取向、纖維含量、纖維長度，等等 ) 。 說明這些技巧 , 我們 目前的狀況是：（一） 應用有限元分析均到納米二氧化鈦 ； (二 )研究了注入玻璃纖維增強塑料霓虹燈扣使用有限元計算的宏觀尺度結合 中值場 均在微 觀的 尺度 上 。 多尺度建模：簡介 作為一種激勵 人心的例子 , 讓我們來看一個由短玻璃纖維加固的熱塑性聚合物塑料部件。 作為典型的注塑生產(chǎn)過程，這種分布于成品內(nèi)部的纖維將毫無疑問的會在走向和長度上發(fā)生普遍的改變。 看圖（ 1）， 該復合材料 同時呈現(xiàn)各向異性與非均質(zhì)性， 這使它極難得 到一個可靠準確的產(chǎn)品模擬，因為所利用經(jīng)典的方法是基于宏觀的本構模型。 然而，通過多尺度的方法使預測模擬成為可能 ,這種預測模擬可以把這種復合材料用相當簡單的方式進行描述，如圖： 圖（ 1） ： 在注射玻璃纖維增強塑料后的離合器踏板中的纖維取向分布圖 （有羅地亞公司和特瑞 堡 集團提供） 此圖 讓我們研究學習了異構實體的顯微組織組成的矩陣資料并且這些所謂的“夾雜物”可以是短纖維、小片晶體、顆粒、微小孔或微裂紋。 我們的目標是根據(jù)它的顯微結構，模擬預測產(chǎn)品在施加載荷和增加邊界條件 （ 下所產(chǎn)生的變化和影響。 我們能區(qū)分出兩種 尺度 ,分別是微觀層次和宏觀層次。 這個模型在微觀結構尺度上與異質(zhì)性質(zhì)相符 ,然而從宏觀尺度上看，可以認為是局部均勻的。如圖： 圖（ 2） ：在實踐中 ,解決力學問題時的計算不可能停留在微尺度層面上。因此 ,我們考慮的是宏觀尺度 ， 并且假設每個質(zhì)點是大量代表性 的等效體積單元 (中心 ,這些質(zhì)點包含潛在的異質(zhì)性的微觀結構。 經(jīng)典的固體力學是進行宏觀尺度分析的 ,只可惜在計算每個點后，應力、應變值像 邊界條件 傳送到潛伏的 等效體積單元 一樣被傳送了。 換句話說 :每個數(shù)值的縮放就被認為是一個宏觀點。這樣等效 體積 單元的問題都解決了濱 且每個單元都返回應力和剛度的測試值 ,這個方法被用于宏觀尺度的計算中。 圖 2:多尺度的材料建模的插圖，現(xiàn)在唯一的困難在于 這種用二尺度的方法（和更多一般的多尺度的方法）來解決等效體積單元的問題。它可以被等價為一個在經(jīng)典邊界條件作用下的等效體積單元 ,此時宏觀上的應變與應力等于所有等效體積單元內(nèi)部未知的區(qū)域內(nèi)微應變和應力的體積平均值。 在線彈性的條件下 ,運用復合材料的宏觀尺度時，涉及到了那兩個能給出有效剛度或總體剛度的均值。為了解決這個問題 ,你可以使用等效體積單元有名的有限元方法算法 ,見圖 7到 10。該方法的優(yōu)點是既簡 單又非常準確。然而 ,它有兩個主要的缺點是 :在計算實際的微結構時網(wǎng)格化分非常困難和在處理非線性問題時占用大量的 算時間 ,比如在模擬計算非彈性材料性能的時候。 另一個完全不同的方法是平均場均質(zhì)法 ,這種方法是基于應力體積平均值和一個等效體積單元的每個相的應變場之間的假設關系而形成的方法 ;見圖 3。 與絕對的有限元方法和其他所有現(xiàn)存的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法相比 ,平均場均質(zhì)法（ 僅是最好用的而且在占用 間方面明顯是最快的。然而 ，平均場均質(zhì)法 也有兩個缺點 ,一是它無法給出每個相中的詳細應變和應力場數(shù)值 ,二是局限于夾雜 物的橢球面形狀。 圖 3:平均場均質(zhì)法的過程。 (1)局部應變根據(jù)宏觀應變計算； (2)局部應力根據(jù)局部應變和每個相的組織模型來計算； (3)宏觀應力根據(jù)平均局部應力計算。 一個典型的等效體積單元的例子是 型，已經(jīng)成功適用于具有相同和對齊尺寸的橢圓形夾雜物的兩相復合材料中。該模型假定了，如果等效體積單元是單獨存在于一個無限的由實際的基體材料組成的空間中時，每個夾雜物都包含了等效體積單元。邊界條件在解決單一的夾雜問題時相當于實際的等效體積單元的基體相應變場體積平均值的計算方法。 單夾雜物分析 問題已經(jīng)被 是平均場均質(zhì)模型劃時代的基石。 圖四：原理的 質(zhì)化的程序 型和其它 平 均場均質(zhì)模型已經(jīng)推廣到 許多 案例中了 ,如熱耦合、兩相非直線纖維的復合材料（使用多步驟分步處理的途徑）或多相復合材料（使用一個多層次的方法） 。 這個預測已經(jīng)直接廣泛地驗證了均場均質(zhì)模型的有限元模擬和實驗結果的校驗。 作為一種普遍的結論 ,人們發(fā)現(xiàn)在線 (熱 )彈性條件下 ,平均場均質(zhì)可給出有效特性的精確預測值 ,盡管是分布式取向 ,然而在終止近似 值法上取得的進步仍然是受歡迎的。 另外 ,確定平均場均質(zhì)模型可用于 可用在復合材料每個微結構中像用在機織織物的每根紗線中一樣。 一個重要并且仍持續(xù)在理論模型和計算方法上努力的在材料或幾何非線性領域推廣。這種擴展包括一些主要的困難：第一個是線性化 ,在微觀尺度上本構方程需要線性化 ,需要微線彈性 二個問題是對所謂的對比資料，即定義每個相中具有均勻瞬時剛度的控制運算符。接下來需要解決的問題是一階和二階同化，在一階均以真正的本構模型計算作為比較材料 ,但不是每個相的應變和應力場的體積平均值。在一 個二階配方 ,充足的統(tǒng)計信息 ,即每個相的應變和應力場的方差也考要慮進去。 最后 ,非常難的技術難點涉及 希爾的與各向異性的瞬時剛度相關算子比較的張量計算方法。 在多尺度分析耦合有限元方法用于宏觀尺度 ,同時 ,確定各高斯點進行了計算 ,無論是在線性或非線性的狀態(tài)。 這是實踐中最可行的方法。見圖 5。 圖 5： 經(jīng)典的鐵和耦合的有限元 / 法對比。 廣泛的驗證和驗證結果表明 ,平均場均質(zhì)模型確定可用于實踐中存在的非線性問題 ,并且一般情況下可以帶來良好的非線性預測值 ,然而在某些情況下工作可以持續(xù)提高 精度 (和減少 間與多尺度分析相結合）。 有限元均值處理法 ： 一種納米復合材料的應用方法 未來材料最有可能的是納米材料 ,它廣泛的為未來各種領域提供新的劃時代的應用 ,例如如納米電子學 ,納米生物科技和納米醫(yī)學等領域。 這樣 ,越來越多的精力放在理解和模擬他們的性狀上以及得知什么是納米效應。而目前正在開發(fā)的新工具 ,來解決這個工程上的挑戰(zhàn) ,今天有些新工具已經(jīng)提供給工程師使用。其中 :有限元素均值法應用的最多。 模型聚合物類填料 ,一種典型的納米效果填料。材料科學家在納米尺度上，面臨一些有關設計和加工的納米復合尺度的挑戰(zhàn) ,這些新的物理現(xiàn)象 ,從宏觀尺度上看是可以忽略不計的。舉例來說， 納米填料均勻的分散在復合基體中，被認為可以改善材料的機械性能 ,然而期望具有導電率的聚和物類和滲透類導熱或?qū)щ娦远夹枰黾拥幕A材料。 參見圖 6，實現(xiàn)完成一個或其他如今是在材料加工和對其研究方面構成的挑戰(zhàn)。 圖六 ： 納米填料的擴散 有限元均值法：它需要進行幾何研究并被明確的產(chǎn)生并且是網(wǎng)狀的 ,可以準確模擬滲流和集群效應。如圖所示 ,介紹了宏觀材料質(zhì)點的彈性力學性能目前在塑料聚合物上的影響。 圖 7 給出了兩種周期性納米結構 ,也稱為等效體積元素 (這已 經(jīng)在使用 法。 介紹了聚合類材料參數(shù)已經(jīng)產(chǎn)生最終的幾何坐標，聚合材料內(nèi)含物集中的聚類附近的兩個截然不同的地方。體積分數(shù) 5%的相位和夾雜物是球形的。 一旦包圍 ,這些結構將在等效體積單元中只受單向拉伸條件 ,運用 x， y，z 軸的負向和有限元方法。利用 限元求解器進行求解之后問題就解決了。 圖 7:微結構與均勻分布夾雜物 (左 )與群集 (右 )。 結果比較 ： 圖 8: 應力分布在夾雜物 (左 )和矩陣 (右 )為隨機放置的雜質(zhì) 圖 8 到 10 個說明應力分布矩陣和夾雜物的階段 ,在這個案例中介紹的是 試驗測試。由于最近的聚類中心附近的包裹 ,應力集中現(xiàn)象出現(xiàn)。這樣 ,可以提高了 30%的拉應力進行了觀察 ,對聚類情況 x 軸向單向拉伸加載條件下進行觀察 ,見圖 10。 圖 11 是在等效體積單元中 應力與應變分布和 應變分布和基質(zhì)材料的相。 觀察夾雜的相時候應用了一個明顯的更高的應力水平。這種更高的應力集中 ,不會隨機或均勻分布內(nèi)含的夾雜物 ,而且在施加載荷的時候可能會導致脫粘。 圖 9:力分布在夾雜物 (左 )和矩陣 (右 )為聚物。 圖 10： 2D 等效體積單元的部分觀點的群集 (左 )和隨機 (右 )。拉應力分布。 圖 11: )和 右 )分布在等效體積單元的納米階段 ,對這兩種情況下 ,一個沿 在這個低體積分數(shù)的內(nèi)含物中 ,我們看到這類不明顯改變其宏觀力學性能的資料 ,請參閱表 1。 處在這樣一個位置 ,最好的方法是避免納米夾雜物材料的出現(xiàn)，當試圖增加基材的剛度 (基質(zhì)剛度 = 2195 合納米填料 (填料剛度 = 7000 有限元法和平均場均值處理法耦合計算 ： 已經(jīng)應用到一部分的工業(yè)中 。 出于許多原因 (制造成本、適應性、加工方法、高強度對抗 ) 注射部分由短的玻璃纖維增 強塑料在我們的日常生活中已經(jīng)無處不在。 但當它用這樣的材料做成的模型 ,能夠模擬宏觀模型構成的物質(zhì)模型受到捕捉效應的影響，例如注射過程？答案是否定的 ,因為他們并沒有從中捕獲的由注塑工藝決定的對纖維的分布方向產(chǎn)生的影響。 下面的例子中 ,它由一個霓虹燈扣受載荷的過程 ,介紹了耦合分析和有限元軟件 間的區(qū)別。這個過程在圖 12 中表現(xiàn)的很清楚 ,并且包括下列步驟： 1、注射成型工藝過程使用 行了數(shù)值模擬?，F(xiàn)有結果是纖維取向張量 ,將作為輸入 構仿真。 2、張量計算的定位可用映射圖在準備從注射網(wǎng)格映射到粗糙的結構性沖突的映射工具 (在 )。 3、 這個結構仿真是利用 限元求解加上 尺度的材料建模 ,模具制作的每個整合平均場均值方法進行結構模型。 圖 12:耦合分析的過程。 獲得 維取向張量作為輸入 ,除了材料性能之外還有作為塑料模型采用了 限元模擬。 問題的說明： 這個輕環(huán)由四個獨立的部分組成 ,見圖 13,也顯示了不同的零件之間的接觸結果。 他們兩個都由 30%的玻璃纖 維增強尼龍和 種新型復合材料）注入。他們的注射過程都在 進行了注塑模擬。 滑塊和支座組建假設是由鋼鐵制作的。 關閉的卡環(huán)是模擬位移滑而擋住了支持和部分的內(nèi)部。對稱性邊界條件來限制也被應用到一半的部分研究。這個目標是為了評價模擬零件表面的平均應力最大值 ,在負載期間 ,比較了利用線性彈性響應模型 ,利用材料的彈性模量進行確定 龍與玻璃纖維和彈塑性模型進行平均場均值法計算的結果。 材料建模 為了模仿在 的型 ,做了以下假設 : 1、 玻璃纖維仍舊在線性彈性的領域。 2、 聚酰胺（尼龍）具有可塑性和線彈性。 3、 纖維的縱橫（長度 /直徑）比值為30。 參見圖 14：拉伸反應的材料模型。 圖 13：表述的是霓虹燈扣和四個獨立部件之間觸體的關系。由 圖 14： 龍材料的模型。各向同性案例的拉伸響應 ,固定的纖維取向 (1D)、隨機二維定位 (2D)和隨機三維定位 (3D)。由 份有限公司提供。 仿真結果 而有限元均值法具有明顯的在等效體積單元中準確的應變 /應力場優(yōu)勢，平均場均值 法只能得到微觀層面的平均的應力與應變值。 盡管如此 ,它給我們的信息如果我們用宏觀的本構模型我們將不能使用這個方法。 同樣地 ,在這個基質(zhì)的相中平均累積塑性應變的可以直接的在塑料部件中去觀察可塑性的分布。 最大的塑性變形都可以從外圍表面部分觀察到。如圖 15。 圖 15:平均分布于塑性應變積累在基體相的內(nèi)部和外部的部分。范圍 藍色 )紅色 )。由 份有限公司提供。 圖 16：線性彈性各向同性反應 (經(jīng)典的有限元法 )與各向異性非線性 (有限元法和平均場均值法 )的對比。 提高到 21%的不 同是觀察應力大小 ,用硬線彈性模型得到更高的應力。 圖 16:各向同性彈性鉤 (左 )和各向異性非線性模型 (右 )。由 份有限公司提供。 參考書目： 1. M. 異構體的整體性能 ． 艾斯維爾科學出版社， 1993。 2. 莫里，田中．具有彈性能量雜質(zhì)的材料的基質(zhì)的平均應力．金屬學報， 1973年 ,571 21 卷。 3. 彈性模量的確定的領域中的相關問題． 士， 1226 年，倫敦 :倫敦皇家學會 ． 1957 年 ,第 241 卷， 376 4. 概述聚合物基納米復合材料的工程應用前景． 一卷。 5. 有納米壓痕的納米硅基的納米復合材料聚合物概要．郭等人．強化塑料和復合材料雜志， 2004 年。 附件：外文原文 009 2009 of A. or of In we of on To we i) an of to a of an at F at an As a us a up of a As of in of . be it to a of a on a is a be in a as : in an us a of a of , be or is to of on We to of at be as . In it be to at we is of a is at at or Cs to In a is at VE of at : of 1). in is to VE It be a to VE of In or of at In to VE 0. of it a PU as is is on of or in of a . to E to is to in PU FH it is to in it is to : (i) on (on to by A FH is 2) is to of VE as if it in an of Cs in to of in of 3) in a is FH : of FH to as a or a E or As a it in of in be FH be D, in An in in is FH to or is at to be or is of to in to be is vs In of or In a of or is a s s is to of a FE is at at is in or is in . : E E/FH be in to in on in PU an to be of as of in a of As is in as as to to of a to of at at of is to of a or to be . or a in of : as it to be an of As an we of on of a to to of % be to in VE y- be : : in in 0 in in of to of As up 0% 0. 1 33 33 in as as in in or to : in in 0: 2D of 1: 33 in in VE a At of we of . a of is by to of a 2195 by a 7000 an to an or , up of in it to as is as do of on of a to of a is 2, of 1. is as in 2. . 3. is FH at of 2: fib