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论文类型：会议论文

发表时间：2014-10-10

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关键字：压电复合材料 力热电耦合 非均质 多尺度有限元 数值基函数

摘要：针对非均质压电复合材料的多尺度力学行为，本工作发展了其力电热多场耦合行为分析的多尺度数值模拟方法。首先，针对带有周期或者非周期微结构特征的压电复合材料力-电两场耦合行为，提出了扩展多尺度有限元数值计算方法。在该方法中，通过建立位移基函数以及电势基函数，分别将细尺度上位移和电压的微扰动信息代入到宏观粗网格计算。从而将复杂多尺度问题转化到粗尺度上进行求解。与此同时，发展了用于构造数值基函数的周期边界条件以及超样本构造方法，以更好的反应出单胞边界上的振荡特征，从而提高该型多尺度计算方法的分析精度。其次，发展了非均质压电复合材料热-力-电三场耦合多尺度行为分析的扩展多尺度有限元计算方法。由于该多场耦合问题中具有热传导及膨胀特征，扩展多尺度有限元方法存在无法精确求解局部响应的问题，比如边界处的应力响应等。我们上述工作基础上，发展了局部放松技术，从而将多尺度降尺度结果中不平衡力进行释放，最终提高问题的求解精度。数值结果表明，上述非均质压电复合材料多场耦合问题的多尺度计算方法，不仅可以在粗网格上有效的求解工程中出现的多尺度压电非均质结构，而且可以快速降尺度重现出压电结构内部微细结构上的微响应，同时具有较高的精度和效率。