Zagadnienia wrażliwości własności efektywnych materiałów kompozytowych

• Autorzy: Kamiński M.

Warianty tytułu

EN

Sensitivity problems of the effective properties for composite materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Teoretyczne i numeryczne aspekty wrażliwości własności efektywnych materiałów kompozytowych o składnikach liniowo-spreżystych i poprzecznie izotropowych są tematem niniejszej pracy. Zostały one przedyskutowane i zilustrowane przykładami inżynierskimi dotyczącymi kompozytów periodycznych i dwuskładnikowych o osiowo rozłożonych niejednorodnościach oraz struktur włóknistych, jednakże model ogólny został sformułowany dla kompozytów o dowolnej liczbie składników. Obliczenia numeryczne zostały wykonane za pomocą systemu komputerowego MAPLE do rachunku symbolicznego, a także wykorzystując specjalnie zmodyfikowany program Metody Elementów Skończonych MCCEFF. W celu zweryfikowania wrażliwości różnych kompozytów na ogólny stan odkształcenia/naprężenia wprowadzono funkcjonał wrażliwości oparty na energii odkształcenia w jednostkowym stanie równomiernego osiowego i postaciowego odkształcenia komórki periodyczności. Dalsze analizy numeryczne w tym zakresie pozwolą na analizę wrażliwości innych materiałów kompozytowych, optymalizacją różnych kompozytów, rozwiązywanie zagadnień identyfikacji w kompozytach, jak również analizę wrażliwości na kształt struktur ujednorodnionych oraz modelowanie wrażliwości materiałów kompozytowych o własnościach losowych.

EN

The main aim is to present theoretical aspects and the Finite Element Method implementation of sensitivity analysis in homogenization of composite materials with linear elastic components using the effective modules theory. Sensitivity analysis of effective material properties is presented in a general form for n-component periodic composite and is illustrated by the examples of periodic 1D as well as 2D heterogeneous structures; sensitivity coefficients are determined for the effective elasticity tensor components. The structural response functional for the fiber-reinforced elastic composite is proposed in a form of total strain energy resulting from some uniform strain state imposed on the composite Representative Volume Element (RVE). Numerical results confirm the usefulness of the homogenization method in computational analysis of composite materials sensitivity and may be applied in composite optimization, identification, shape sensitivity studies as well as in stochastic sensitivity analysis of random composites.

Słowa kluczowe

PL

homogenizacja; analiza wrażliwości; metoda elementów skończonych; kompozyty; obliczenia symboliczne

EN

homogenization; design sensitivity analysis; finite element method; elastic periodic composites; symbolic computations

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 7
• Strony: 232--237
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kamiński M.

• Politechnika Łódzka, Katedra Mechaniki Materiałów, al. Politechniki 6, 93-590 Łódź

Bibliografia

• [1] Bensoussan A., Lions J.L., Papanicolaou G., Asymptotic Analysis for Periodic Structures, North-Holland, Amsterdam 1978.
• [2] Christensen R.M., Mechanics of Composite Materials, Wiley 1979.
• [3] Dems K., Mróz Z., Variational approach to sensitivity analysis in thermoelasticity, J. Thermal Stresses 1987, 10, 283-306.
• [4] Fish J., Ghouali A., Multiscale analytical sensitivity analysis for composite materials, Int. J. Num. Meth. Engrg. 2001, 50, 1501-1520.
• [5] Kalamkarov A.L., Kolpakov A.G., Analysis, Design and Optimization of Composite Structures, Wiley 1997.
• [6] Kamiński M., Material sensitivity analysis in homogenization of the linear elastic composites, Arch. Appl. Mech. 2001, 71, 10, 679-694.
• [7] Lewiński T., Telega J.J., Plates, Laminates and Shells, Asymptotic Analysis and Homogenization, World Sci. Publ., Singapore 2000.
• [8] Lund E., Finite Element Based Design Sensitivity Analysis and Optimization, PhD Thesis, Aalborg University Press 1994.
• [9] Milton G., The Theory of Composites, Cambridge University Press 2002.
• 10] Sanchez-Palencia E., Non-homogeneous Media and Vibration Theory, Springer-Verlag 1980.