《薄膜結構屈曲褶皺現象的多尺度建模與仿真》是依託武漢大學，由胡衡擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：薄膜結構屈曲褶皺現象的多尺度建模與仿真
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡衡
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
薄膜結構的屈曲褶皺現象廣泛存在於工程技術領域中，尋求其快速準確的建模與仿真方法，探知其關鍵影響因素，對預測及預防該類現象有重要的科學意義。項目旨在綜合運用慢變傅立葉係數法、橋域多尺度方法及數值漸近法，提出一套兼顧計算效率與精度的多尺度建模與仿真方法。其中，套用在結構大部分區域的巨觀模型由慢變傅立葉係數法建立，其在提高計算效率的同時能夠通過選擇失穩模態控制非線性求解路徑，而套用在邊界處的細觀模型則用來精確描述邊界效應。宏細觀力學模型的耦合通過橋域多尺度方法實現。建立起來的多尺度強非線性系統由具有收斂速度快、計算精度高等特點的數值漸近法求解。同時，項目將試製雙軸載入實驗裝置，採用非接觸式三維全場變形測量系統，完成對金屬薄膜失穩現象的實驗研究，以驗證上述數值方法。項目成果以期為快速預測薄膜失穩及研發合理的預防措施提供理論支持與技術工具，並為其它具有周期性變化特性的失穩問題研究打下堅實的科學基礎。
結題摘要
薄膜結構的屈曲褶皺現象廣泛存在於工程技術領域中，探知其關鍵影響因素， 尋求其快速準確的建模與仿真方法，對預測及預防該類現象有重要的科學意義。項目綜合運用了慢變傅立葉係數法、橋域多尺度方法及數值漸近法，開發了一套兼顧計算效率與精度的多尺度建模與仿真方法。其中，套用在結構大部分區域的巨觀模型由慢變傅立葉係數法建立，其在提高計算效率的同時能夠通過選擇失穩模態控制非線性求解路徑，而套用在邊界處的細觀模型則用來精確描述邊界效應。宏細觀力學模型的耦合通過橋域多尺度方法實現。建立起來的多尺度非線性系統由具有收斂速度快、計算精度高等特點的數值漸近法求解。同時，項目試製了雙軸載入實驗裝置，採用非接觸式三維全場變形測量系統，開展了對金屬薄膜失穩現象的實驗研究。 本項目通過構建傅立葉包絡線模型豐富了雙尺度漸近理論，通過縮減耦合最佳化了跨尺度關聯方法，通過多尺度建模實現了薄膜失穩的高效數值仿真，通過無量綱分析揭示了薄膜失穩的相關機理，並確立了一個影響薄膜失穩的關鍵參數，通過實驗研究部分驗證了數值仿真的可靠性，從而為快速預測薄膜失穩及研發合理的預防措施提供理論支持與技術工具。在以上研究成果的基礎上，本項目將研究內容擴展至其它兩種空間上具有近似周期性變化的失穩問題研究：薄膜/襯底系統的微觀褶皺以及夾層結構整體失穩與局部褶皺現象。研究成果顯示，本項目提出的多尺度建模與仿真方案在保證計算精度的同時能夠大幅提高上述各類問題的計算效率。
