摘要
颗粒增强复合材料具有良好的可设计性和优异的综合力学特性，广泛应用于船舶、汽车、航空航天等领域。随着数学、物理以及计算机技术的发展，除了传统的实验研究方法，许多学者通过建立理论模型，研究颗粒增强复合材料的力学性能。早期的理论模型将颗粒增强相简化为球体、椭球体等简单几何模型，借助于弹性力学等理论，预测颗粒增强复合材料的力学性能，其应用具有较大的限制。随着有限元法、边界元法等数值仿真技术的兴起，由于其具有强大的材料本构、边界条件以及复杂几何形状的适用性，逐渐被用于材料力学性能的研究。随着颗粒增强复合材料的研究和应用，越来越多的学者开始研究其微观结构对力学性能的影响。本文基于细观力学和有限元法理论，研究颗粒增强复合材料的微观结构对其宏观等效力学参数以及材料损伤的影响。本文的主要研究工作如下： 1.基于UG/OPENAPI与C语言混合编程，构建了使增强颗粒在基体内弥散分布的颗粒增强复合材料代表性体积单元（RVE）模型，其中，颗粒形貌有球状、立方体状和不规则状；同时，分别构建了7.5%、10%和12.5%三种颗粒体积分数的周期性和非周期性RVE模型；并构建了具有非理想界面相RVE模型。 2.基于Python语言对ABAQUS进行二次开发，本文考虑理想界面、无厚度界面和有厚度的实体界面相三种不同的界面模型，预测颗粒增强复合材料宏观等效力学参数，研究了颗粒增强相的形貌、尺寸、体积分数及颗粒/基体间界面的特性等因素对其宏观等效力学参数的影响规律。 3.界面作为复合材料重要的微观结构特征，基于ABAQUS软件中的牵引-分离模型，模拟了界面的损伤起始和发展过程，分别从增强相的形貌、尺寸、体积分数及颗粒/基体间界面的特性，研究其对材料微观结构损伤的影响。分析了微观结构变化对材料的力学响应、局部的载荷分配和应力应变场分布。
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