Micromechanics of Interacting Smart Composite Structures, Nano-Composites and Advanced Composite Materials
相互作用的智能复合材料结构、纳米复合材料和先进复合材料的微观力学
基本信息
- 批准号:RGPIN-2020-03899
- 负责人:
- 金额:$ 2.33万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2021
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2021-01-01 至 2022-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Exceptional expansion in applications of advanced composite materials and structures, nano-composites and smart structures in the modern technology calls for the development of rigorous modeling, design and optimization techniques. The existing mechanical models are commonly based on certain approximations and simplifications. As a result, they often lead to wrong values of local and effective properties. Accurate calculation of these properties is essential for the refined analysis and optimal design. The present proposal is aimed to solve these issues. It consists of rigorous analytical studies in modeling, design and optimization of smart composite structures and nano-composites. It includes development of micromechanical models capable of investigating effects of micro-structure and taking into account non-linearity, anisotropy, defects, interaction, coupled fields and actuation properties of smart composite materials. The key advantage of smart composite structures is in interaction with the environment. They are subjected to external loading in the form of distributed loads and, in many applications, in form of fluid or gas interactions, i.e., air for aerospace applications and fluid/gas for naval and oil/gas applications. Therefore, it is foremost important to analyze the smart composite structures interacting with the environment. The purpose of earlier studies was calculating effective properties without taking into account external loading. The present proposal makes a very significant fundamental innovation in developing micromechanical modeling in the ensemble with the external loading on the local scale of unit cell of a smart composite structure. The proposed new rigorous analytical approach will allow taking into account all interactions on local (unit cell) level, as the multi-scale Asymptotic homogenization procedure will be applied to the rigorously formulated coupled 3D boundary-value problems. This method allows taking into account influence of the surface geometry, interaction with fluid or gas on local level, specifically capturing effects of actuator actions within each unit cell of the smart structure. Special attention is paid in the present proposal to the advancing nano-composites. Quantum dots-based semiconductor nano-composites enable never seen before applications to science and technology. The carbon nanotubes have extraordinary mechanical properties. The new rigorous micromechanical models will be developed for the quantum dots-based nano-composites and for the carbon nanotube reinforced nano-composites. The proposed research will represent major fundamental contribution, and it will generate results of a high practical importance to the Canadian industry in creating novel exiting opportunities in mechanical engineering and infrastructure. The major feature of the proposal is a high degree of training of HQP in the frontier research area. In five years 2 PhD, 6 Master and 20 undergraduate students will be trained.
先进复合材料与结构、纳米复合材料和智能结构在现代技术中的应用日益广泛,迫切需要发展严格的建模、设计和优化技术。现有的力学模型通常基于某些近似和简化。因此,它们经常导致局部和有效属性的错误值。这些性质的精确计算对于精细分析和优化设计是必不可少的。本提案旨在解决这些问题。它包括对智能复合材料结构和纳米复合材料的建模、设计和优化的严格分析研究。它包括开发能够调查微观结构的影响并考虑到智能复合材料的非线性、各向异性、缺陷、相互作用、耦合场和致动特性的微观力学模型。智能复合材料结构的关键优势在于与环境的相互作用。它们受到分布载荷形式的外部载荷,并且在许多应用中,受到流体或气体相互作用形式的外部载荷,即,用于航空航天应用的空气和用于海军和石油/天然气应用的流体/气体。因此,研究智能复合材料结构与环境的相互作用显得尤为重要。早期研究的目的是在不考虑外部载荷的情况下计算有效特性。本建议是一个非常重要的基本创新,在发展中的合奏与外部加载的智能复合材料结构的单元格的局部尺度上的微观力学建模。所提出的新的严格的分析方法将允许考虑到所有的相互作用的局部(单元格)水平上,作为多尺度渐近均匀化程序将被应用到严格制定耦合的三维边值问题。该方法允许考虑表面几何形状的影响,与局部水平上的流体或气体的相互作用,特别是捕获智能结构的每个单元格内的致动器动作的影响。特别注意的是在本提案中的先进的纳米复合材料。基于量子点的半导体纳米复合材料使科学和技术的应用前所未有。碳纳米管具有非凡的机械性能。为量子点基纳米复合材料和碳纳米管增强纳米复合材料建立了新的严格的细观力学模型。拟议的研究将代表重大的基本贡献,它将产生一个高度的实际重要性,加拿大工业在机械工程和基础设施创造新的退出机会的结果。该提案的主要特点是在前沿研究领域对HQP进行高度培训。在五年内,将培养2名博士,6名硕士和20名本科生。
项目成果
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$ 2.33万 - 项目类别:
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