【摘 要】
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复合材料凭借优良的综合性能和可设计的特点，现实中被广泛应用在各个行业中。然而复合材料通常具有复杂的微结构，传统的数值和解析方法往往很难直接对其进行分析。本文基于渐进
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复合材料凭借优良的综合性能和可设计的特点，现实中被广泛应用在各个行业中。然而复合材料通常具有复杂的微结构，传统的数值和解析方法往往很难直接对其进行分析。本文基于渐进均匀化理论与有限元分析方法，建立了复合材料的分析模型，从宏、细观两次度对材料进行了多尺度研究，并借助ANSYS大型有限元分析软件，对纤维增强复合材料性能进行了预测与分析。主要研究内容如下: 本文首先对短切碳纤维增强木质复合材料的生产工艺进行详细介绍，并加工出不同型号和参数的复合材料板。使用实验室设备对材料的力学和电学性能进行测量，得到关于材料板的各项实验数据，如弹性模量、内结合强度、电阻率、介电常数等，并以此作为后续研究的基础。接下来基于有限元分析方法，在ANSYS有限元仿真平台上建立了单胞模型，为保证模型的精度对其施加周期性边界条件。针对宏、细观关联问题，本文利用能量原理对材料的平衡方程进行推导，得到纤维材料的结构控制方程。基于渐进均匀化理论和摄动理论，将小参数渐进展开的力学场量带入材料的控制方程中，经过一系列推导最终得到单胞等效弹性模量的求解方程，实现了宏观与细观的耦合。为求解等效弹性模量，本文利用大型有限元分析软件ANSYS，对建立的等效弹性模量方程进行求解，并给出了求解纤维增强复合材料等效性能的新求解办法。该方法可快速的求解材料等效性能，不仅具有代表体元法的简便性，而且可直观的分析材料内部各场量的分布状态。最后通过前面建立的单胞模型，使用ANSYS软件对纤维增强复合材料的力学和电学性能进行了综合仿真，给出材料细观结构内部力学和电学场量的分布状态。通过以上构建的模型与分析方法，本文致力于为纤维增强复合材料的制备、设计及其应用提供一定的参考与指导。
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