Non-isothermal energy–momentum time integrations with drilling degrees of freedom of composites with viscoelastic fiber bundles and curvature–twist stiffness
Non-isothermal energy–momentum time integrations with drilling degrees of freedom of composites with viscoelastic fiber bundles and curvature–twist stiffness
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具有粘弹性纤维束和曲率扭转刚度的复合材料的钻孔自由度的非等温能量动量时间积分
DOI：
10.1016/j.cma.2020.112973
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发表时间：
2020
影响因子：
7.2
通讯作者：
Röbiger C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Groß M;Dietzsch J;Röbiger C.
三维纤维增强复合材料由纤维束组成，需要特殊的模拟技术。因此，在这些超材料的相应代表性体积单元中，必须记住作为微惯性和曲率扭转刚度的二次效应。后者由于纤维束的单独扭转和弯曲刚度而增加薄壁轻质结构的强度重量比。在本文中，这些二次效应被引入到一个连续的制定通过独立的钻孔自由度。由此产生的非等温约束的微极连续体是由虚功率的原则，同时产生的离散设置的混合B-杆方法和基于Galerkin的能量动量计划的高阶。这项工作还考虑到粘弹性材料的行为，在纤维束，这是由有机和无机纤维的混合物。在这里，粘性发展方程求解elementwise通过使用一个混合场作为粘性内变量。有代表性的数值例子证明了非弹性材料的行为，微惯性的连续体的物理性质的影响，以及在其空间和时间离散化，最后，扭转和弯曲刚度的纤维束。此外，非标准的边界条件应用在高阶能量动量格式进行动力学模拟。
3D fiber-reinforced composites demand for a special simulation technique, because they consist of fiber bundles. Therefore, in the corresponding representative volume element of these metamaterials, secondary effects as a micro inertia and a curvature–twist stiffness have to bear in mind. The latter increases the strength-to-weight ratio of thin-walled lightweight structures due to a separate twisting and bending stiffness of the fiber bundles. In this paper, these secondary effects are introduced in a continuum formulation by means of independent drilling degrees of freedom. The resulting non-isothermal constrained micropolar continuum is derived by a principle of virtual power, which simultaneously generates in the discrete setting a mixed B-bar method and a Galerkin-based energy–momentum scheme of higher order. This work also takes into account viscoelastic material behavior in the fiber bundles, which arises from a mixture of organic and inorganic fibers. Here, the viscous evolution equation is solved elementwise by using a mixed field as viscous internal variable. Representative numerical examples demonstrate the inelastic material behavior, the effect of micro inertia on the physical properties of the continuum as well as on its space and time discretization and, finally, the twisting and bending stiffness of the fiber bundles. Further, non-standard boundary conditions are applied in the dynamic simulations performed by higher order energy–momentum schemes.
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DOI：
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