復(fù)合材料由于具有常規(guī)材料不可比擬的許多優(yōu)異性能，已經(jīng)在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，其中，最顯著的優(yōu)點——在一定范圍內(nèi)的可設(shè)計性，更使它成為材料科學(xué)研究的重點，針對復(fù)合材料的這種可設(shè)計性，即在微觀組織結(jié)構(gòu)與材料性能之間具有一定的對應(yīng)關(guān)系的特性‘1'2]，研究人員可根據(jù)實際需要，建立適當(dāng)?shù)募?xì)觀力學(xué)模型，開發(fā)設(shè)計軟件，通過選擇基體材料、增強相材料的類型、增強相材料的體積份額、增強相材料在基體中的分布方式以及基體材料與增強相材料間的界面性質(zhì)等因素，得到一個滿足指定性能要求的復(fù)合材料樣品．在復(fù)合材料的各種性能中，有效剛度系數(shù)作為表征復(fù)合材料力學(xué)性能的一個重要參數(shù)，對復(fù)合材料的設(shè)計與開發(fā)有著重要的影響，但目前國內(nèi)尚缺乏依據(jù)復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)的模擬來預(yù)測材料性能的研究工作．基于這一現(xiàn)狀，本文運用已開發(fā)軟件，模擬了復(fù)合材料的虛擬微觀組織結(jié)構(gòu)，預(yù)測了復(fù)合材料剛度系數(shù)，并運用數(shù)理統(tǒng)計方法，探尋復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)與其剛度系數(shù)之間存在的、材料本身固有的內(nèi)在聯(lián)系，用于指導(dǎo)復(fù)合材料微觀組織的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，最終達(dá)到預(yù)測復(fù)合材料設(shè)計方向、縮短設(shè)計周
期、降低開發(fā)成本的目的，實現(xiàn)“性能導(dǎo)向型”的微觀組織結(jié)構(gòu)設(shè)計．

    本文研究的材料樣品是用已開發(fā)的軟件模擬構(gòu)筑的以稀疏模式分布的短纖維增強復(fù)合材料．在一個給定的方形域內(nèi)，由兩維Possion隨機(jī)過程生成的、任意分布的泊松點產(chǎn)生大量形核，在生成的形核的基礎(chǔ)上，用Voronoi晶粒來模擬多晶體集合．樣品中的短纖維被模擬成一個給定長度和直徑范圍、取向任意的橢球體．在模擬中，通過控制短纖維的體積
份額及相鄰短纖維之間的距離來確保短纖維構(gòu)成稀疏型分布．最終模擬形成了一個由相當(dāng)數(shù)量的Voronoi晶粒和短纖維構(gòu)成、受機(jī)械載荷作用的復(fù)合材料樣品微觀組織結(jié)構(gòu)。

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