随机结构材料热-力耦合分析和强度预测的双尺度有限元方法

本项目拟对热力场耦合作用的具有细观随机结构的复合材料，特别是具有随机颗粒增强复合材料运用双尺度方法及相应的有限元方法进行物理力学性能和强度预测的评价研究，建立既能够考虑细观结构特征对宏观性能的影响，又能够在结构分析中获得宏观应力、应变场的同时，获得细观应力、应变场的多尺度理论和计算方法；分析复合材料多尺度构造的关联特征及均匀化参数；并给出相应的有限元算法设计与数学理论分析。通过上述的分析研究，为对热力场耦合作用下复合材料构件损伤、破坏分析预测提供理论依据和有效的算法。

本课题的研究对象是随机结构材料热-力耦合分析和强度预测的双尺度有限元方法。主要进展如下：给出了随机结构材料细观单胞结构中夹杂和基体几何和物理参数的表征及计算机生成算法，并将相应的算法拓展到一些随机结构材料如混凝土材料细观孔隙网络的生成。然后，研究了一种特殊的随机结构材料即混凝土材料的热力耦合问题及强度分析，数值计算与实验对比分析显示我们的方法是有效的。另外，还讨论了随机结构复合材料对应数学问题的有限元收敛性分析和误差估计，得出一些新的结果。这对下一步研究具有随机分布孔隙随机结构材料渗流问题有很大帮助，建立了理论基础。