广义多相固体的本征变量边界积分方程数值算法的研究

批准号:
11672173
项目类别:
面上项目
资助金额:
52.0 万元
负责人:
马杭
依托单位:
学科分类:
A0813.计算固体力学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
楚海建、马永其、丁巨岳、潘蒙、唐英杰、周吉成
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中文摘要
广义多相固体是指基体中含有异质体,即含有不同几何形状的增强相、夹杂、孔洞甚至裂纹(在几何上裂纹可视为退化的孔洞)的固体材料,广义相占据的区域定义为子域。遵循Eshelby的思路,抛弃子域本征应变为常量的假定,建立本征变量边界积分方程的计算模型。通过近场群和远场群的划分及合理有效的离散方式,以全新的方式构建反映近场群内在特性和子域相互作用的局部Eshelby矩阵,研究反映远场群影响的数值迭代算法。发展计算精度与效率统一的、能够兼顾局部细节与整体性能的高性能计算方法,实现广义多相固体材料的大规模数值模拟与性能表征。通过计算分析,探讨广义多相固体细观结构参数与整体性能的关系,考察代表性体积单元(RVE)的选择与材料结构多尺度特性的关系,为实现材料性能的研究、预报与元器件结构设计的集成打下基础,促进计算材料科学及相关领域的发展和工程应用。
英文摘要
The generalized multi-phase solids in this application denote the solid materials containing inhomogeneity including reinforcements, inclusions, cavities, etc. with various geometric shapes or crack (a crack can be looked as a degraded cavity). The subdomain is defined as the zone occupied by the multi-phase. Following Eshelby’s idea and by getting rid of the assumption of constant eigenstrains, the computational model of the eigen-variable boundary integral equations will be established. With the aid of dividing the subdomains into the near-field and the far-field groups using reasonable and effective discrete manners, construct the local Eshelby matrix in a new way, reflecting the intrinsic characteristics and mutual effects of subdomains of the near-field group. Study the numerical iteration procedures reflecting the effects of the far-field group. Based on them, develop the high-performance computational methods with both accuracy and efficiency to guarantee both the overall properties and local details to effectuate the large-scale numerical simulation and the property characterization of the generalized multi-phase solids. Through the analysis of computation, investigate the correlations between the meso-structural parameters and the overall properties as well as the correlations between the reasonable choice of the representative volume element (RVM) and the material characteristics with respect to the multi-scaled structures of the generalized multiphase materials. Lay a solid foundation to realize the integration between the research and prediction of materials property and the design of structural components to enhance the advances in the computational materials sciences and their application in engineering.
广义多相固体定义为基体中含有不同几何形状的增强相、液体相、夹杂、孔洞以及裂纹等大量广义相的固体材料,其中裂纹可看作几何退化的孔洞,广义相占据的区域为子域。本项目遵循Eshelby的思路,抛弃子域本征应变为常量的假定,建立了本征变量边界积分方程的计算模型,本征变量由本征应变和本征COD构成。通过近场群和远场群的划分及合理有效的离散方式,构建了反映近场群内在特性和子域相互作用的局部Eshelby矩阵,研究了考虑远场群影响的数值迭代算法。发展了出兼顾计算精度与效率、局部细节与整体性能的统一格式的高性能计算方法,为实现广义多相固体材料的大规模数值模拟与性能表征并促进计算材料科学及相关领域的发展和工程应用打下了基础。. 在闭合单元的基础上,充分利用粒子几何特性构建了高次光滑边界单元,成数量级地提高了二维椭圆粒子和三维椭球粒子数值模拟的计算精度与效率,并成功地将其拓展到圆片状裂纹和椭圆片裂纹的高次光滑裂纹单元的构建。基于Lagrange插值多项式,实现了各种不同节点高次光滑单元形函数系数的计算机自动生成,避免了繁琐的人工推导。高次光滑单元的构建大大降低了广义相模拟时所需的节点数量,并为其他几何形状的广义相如(二维)三角形、四边形粒子、(三维)四面体、六面体、短纤维粒子以及其他形状裂纹的高次单元构建提供了参考。
期刊论文列表
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Efficient Solution of 3D Solids with Large Numbers of Fluid-Filled Pores Using Eigenstrain BIEs with Iteration Procedure
使用特征应变 BIE 和迭代过程高效求解具有大量流体填充孔的 3D 固体
DOI:10.31614/cmes.2019.04327
发表时间:2019
期刊:Computer Modeling in Engineering & Sciences
影响因子:--
作者:Donghong He;Hang Ma
通讯作者:Hang Ma
DOI:10.6052/0459-1879-20-020
发表时间:2020
期刊:力学与实践
影响因子:--
作者:马杭;马永其;丁伟东;丁超
通讯作者:丁超
DOI:DOI: 10.13465 /j.cnki. jvs. 2019. 21. 035
发表时间:2019
期刊:振动与冲击
影响因子:--
作者:徐家琪;马永其
通讯作者:马永其
DOI:https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2020.12.019
发表时间:2021
期刊:Engineering Analysis with Boundary Elements
影响因子:--
作者:Donghong He;Zhao Guo;Hang Ma
通讯作者:Hang Ma
DOI:10.12066/j.issn.1007-2861.2090
发表时间:2020
期刊:上海大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:周吉成;和东宏;马杭
通讯作者:马杭
多尺度多裂纹固体的本征COD边界积分方程数值模拟
- 批准号:11272195
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:78.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:马杭
- 依托单位:
本征应变格式的边界点法及应用
- 批准号:10972131
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:34.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:马杭
- 依托单位:
国内基金
海外基金
