《考慮微結構隨機性的三維高階MRCT多尺度計算理論研究》是依託華中科技大學，由劉小虎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：考慮微結構隨機性的三維高階MRCT多尺度計算理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉小虎
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
材料的微結構決定了材料所具有的性能，材料性能本質上是材料中各個不同尺度變形下的微觀相互作用，通過多尺度數值方法建立材材料微結構與材料性能間的聯繫是既能滿足效率又能滿足精度的第一選擇。本課題以現有的MRCT(miltiresoluiton continuum thoery)理論框架為基礎，保留其套用範圍廣、能夠考慮尺度效應、能夠建立微結構與巨觀性能之間聯繫的優點，通過引入高階的速度梯度分布和對應的高階應力，以及材料內部特徵(孔隙、顆粒、雜質等)大小、空間分布隨機性對料性能的影響，提出代表體元RVE的三維建模方法以及各級代表體元特徵尺寸的定量確定準則，建立考慮材料微結構形貌隨機性的三維高階多尺度計算理論。
結題摘要
材料的微結構決定了材料所具有的性能，材料性能本質上是材料中各個不同尺度變形下的微觀相互作用。通過多尺度數值方法建立材材料微結構與材料性能間的聯繫是既能滿足效率又能滿足精度的第一選擇。除MRCT(多解析度連續介質方法，multi-resolution continuum theory approach)外還包括有：多尺度均勻化方法、多尺度再生核質點法、多尺度有限元法、非均勻化多尺度法、多尺度有限體積法、準連續介質法、尺度橋接法、多尺度邊界元方法等。而相對於上述方法MRCT具有以下三個重要優勢：（a）套用範圍廣；（b）能夠考慮尺度效應; （c）能夠建立微結構與材料性能之間的聯繫。本課題以已有的MRCT理論框架為基礎，通過引入高階的速度梯度分布和對應的高階應力，以及材料內部特徵(孔隙、顆粒、雜質等)大小、空間分布隨機性對料性能的影響，提出代表體元RVE的三維建模方法以及各級代表體元特徵尺寸的定量確定準則，結合基於稀疏格線隨機配置點法，建立考慮材料微結構形貌隨機性的三維高階多尺度計算方法。 代表體元特徵尺度的定量準則為後續RVE分析提供了理論支持；基於微CT掃描圖片的三維微結構建模方法不僅僅可以運用到微CT掃描中並為後續研究提供數據，也可以運用到CT掃描中為巨觀骨結構分析中；考慮藥物作用和應變刺激下的骨微結構演化能夠定性和定量的分析骨重建過程。可以運用到對骨醫學的矯形、植入等手術後的重建進行預測。而實際上該算法也是結構最佳化的一種，在穩定載荷下骨重建後的微結構是質量最小結構。該方法也為後續松質骨微結構隨機性提供了大量的樣本點。 傳統的MRCT理論假定材料只具有一種微結構，對於均質材料或者是周期性材料，建立一種RVE是可以代表該材料的。但是絕大多數材料是非均勻材料，並不具有周期性，這些材料內部微結構是具有隨機性的，只用一種RVE來代表材料的內部結構已經不合適了。而依據傳統MRCT理論對這些材料進行數值模擬時，只能獲得確定解，這在材料隨機性不占主導地位時是合適的。一旦我們獲得的信息有限，或者說材料隨機性必須考慮時，得到的相應解的分布將更為合理。
