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论文类型：会议论文

发表时间：2014-08-10

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关键字：仿生智能材料;液压驱动;几何非线性;扩展多尺度有限元方法;共旋坐标法

摘要：　　仿生植物运动智能材料是一类可将生物化学能转化为机械能的新型高能量密度材料。该类型仿生智能材料的形状自适应结构能提供较均衡的作动力和较大的作动位移，且兼具承载和作动一体化的优点。本工作建立了仿生植物智能材料在液压驱动作用下几何非线性扩展多尺度有限元分析方法，用于快速求解分析该类含液闭孔材料的几何非线性(大位移-小应变)的多尺度力学行为。该方法可分为三个主要步骤：首先，运用扩展多尺度有限元方法，在含液闭孔胞元层次构造液体压强和位移相关的多尺度数值基函数，并利用该基函数将非均质单胞等效为宏观单元(粗单元)；其次，在宏观单元尺度上运用共旋坐标列式来计算宏观单元的等效切线刚度矩阵，集成整个结构的等效切线刚度矩阵，并在宏观尺度上进行几何非线性迭代直到最终平衡；最后，提取宏观单元在局部坐标系下的位移结果，根据此宏观位移进行降尺度计算，求解出细网格上驱动胞元的位移、应力及压强响应。数值算例表明，本文发展的几何非线性扩展多尺度有限元方法具有很高的计算精度和效率，可在粗尺度上快速求解出含液闭孔材料的非线性响应，且能方便进行降尺度分析，求解细观尺度上的微结构响应。