本书以作者团队在复合材料力学建模领域多年的研究成果为依托，系统性地论述了复合材料宏细观统一本构模型以及多尺度的分析方法。发展了改进算法的二维、三维高精度通用单胞模型，提出了高精度四边形和节点插值子胞模型，建立了新的宏细观统一本构模型理论框架，实现了细观周期结构的多尺度分析，并以复合材料叶环结构为例进行了多尺度有限元分析。

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1987.9—1997.3 南京航空航天大学本科、硕士、博士2002.07-2024.03 南京航空航天大学教授、博士生导师 1998.09-2002.06 南京航空航天大学副教授 1997.04-1998.09 南京航空航天大学讲师；南京理工大学应用力学系博士后1.国家“航空发动机和燃气轮机”重大专项基础研究结构强度与可靠性专业组副组长 2.国防科技奖航空专业组评审委员会成员 3.工信部民机科研专项航空发动机专业组专家 4.空军航空装备可靠性工作决策支持系统发动机专业组专家 5.中国航空学会动力分会小发动机专业委员会副主任

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 复合材料力学的研究方法 1
1.2 宏细观统一本构模型及多尺度分析方法 3
1.3 通用单胞模型的发展历程 5
1.3.1 通用单胞模型的理论发展 5
1.3.2 通用单胞模型的应用进展 10
1.4 基于通用单胞模型的复合材料结构多尺度分析软件 14
第2章 通用单胞模型及其改进算法 16
2.1 通用单胞模型的基本理论 16
2.2 改进算法的二维通用单胞模型 19
2.2.1 子胞正应力与宏观应变间的关系 20
2.2.2 子胞剪应力与宏观剪应变间的关系 22
2.2.3 由细观力学方程推导宏观本构方程 23
2.2.4 算例与结果分析 26
2.3 改进算法的三维通用单胞模型 32
2.3.1 模型表达式的推导 32
2.3.2 算例与结果分析 38
第3章 高精度通用单胞模型41
3.1 二维高精度通用单胞模型 41
3.1.1 二维子胞的定义 41
3.1.2 二维子胞问题的求解方法 42
3.1.3 二维本构关系表达式.49
3.2 改进的二维高精度通用单胞模型 50
3.3 算例与结果分析 65
3.3.1 复合材料宏观弹性性能的计算 65
3.3.2 平均应力的计算 66
3.3.3 弹塑性应力–应变曲线的计算 67
3.3.4 偏轴弹性性能的计算 70
3.3.5 复合材料细观应力场的预测 73
3.4 三维高精度通用单胞模型 88
3.4.1 三维子胞问题的求解方法 89
3.4.2 三维本构关系表达式 97
3.4.3 平衡方程及连续条件的推导 98
3.5 改进的三维高精度通用单胞模型 102
3.6 算例与结果分析 131
3.6.1 球形颗粒增强复合材料弹性性能的计算 131
3.6.2 球形颗粒增强复合材料细观应力场的计算 131
第4章 高精度四边形子胞模型 133
4.1 高精度四边形子胞模型的建立.133
4.2 HFQCM模型的计算精度与效率分析 140
4.2.1 连续性评价 140
4.2.2 收敛性评价 142
4.2.3 效率评价 147
4.3 HFQCM模型在复合材料力学分析中的应用 149
4.3.1 预测复合材料弹性常数 149
4.3.2 复合材料细观应力场的计算 151
4.3.3 纤维形状对宏观性能和细观应力场的影响 152
4.4 HFQCM模型软件设计 153
4.4.1 HFQCM模型软件概述 153
4.4.2 计算流程 153
4.4.3 I/O数据文件说明 154
4.4.4 使用ANSYS作为前处理 155
第5章 节点插值子胞模型 158
5.1 节点插值子胞模型的建立 158
5.1.1 宏细观统一的虚位移原理.158
5.1.2 NICM模型的基本方程 159
5.1.3 复合材料宏观本构关系 160
5.1.4 平面四节点子胞 NICM 模型计算格式 161
5.1.5 三维八节点子胞 NICM 模型计算格式 163
5.2 NICM模型的计算精度分析166
5.2.1 连续性评价 167
5.2.2 收敛性评价 168
5.2.3 周期性评价 175
5.3 NICM模型在复合材料力学分析中的应用 177
5.3.1 颗粒增强复合材料弹性性能的计算 177
5.3.2 颗粒增强复合材料细观应力场的计算 177
5.3.3 偏轴弹性性能的计算 178
5.4 NICM模型软件设计 181
5.4.1 NICM模型软件概述 181
5.4.2 计算流程 182
第6章 基于宏细观统一本构模型的多尺度分析 185
6.1 宏细观统一本构模型的建立 185
6.1.1 细观力学基本方程 185
6.1.2 RVE 的几何模型及边界条件 185
6.1.3 宏细观之间的能量等效 186
6.1.4 细观位移模式 187
6.2 基于四边形子胞模型的陶瓷基复合材料损伤耦合宏细观统一本构模型 192
6.3 基于节点插值子胞模型的陶瓷基复合材料损伤耦合宏细观统一本构模型 193
6.4 模型的计算结果与试验验证 195
6.4.1 SiC/CAS陶瓷基复合材料 195
6.4.2 SiC/1723陶瓷基复合材料 197
6.4.3 C/SiC 陶瓷基复合材料 199
6.5 细观参数对材料性能的影响 201
6.5.1 纤维体积比对初始裂纹间距的影响 201
6.5.2 界面强度对应力–应变曲线的影响 202
6.6 宏细观统一本构模型的算例分析 203
6.6.1 复合材料宏观弹性模量的计算.203
6.6.2 复合材料宏观弹塑性应力–应变响应计算 204
6.6.3 复合材料宏观初始屈服面计算.206
6.6.4 细观应力、应变场的计算.206
6.7 宏细观统一本构模型的推广 208
6.7.1 多子胞的宏细观统一本构模型.208
6.7.2 高阶位移模式的宏细观统一本构模型 213
第7章 含周期细观结构复合材料的航空发动机构件多尺度分析 220
7.1 多尺度有限元分析技术基本思路与方法 220
7.1.1 基本思路 220
7.1.2 子增量求解法 221
7.2 通用单胞模型与有限元结构分析软件 ANSYS 的连接 223
7.3 叶环结构的多尺度有限元分析 224
7.3.1 叶环结构 224
7.3.2 仅考虑弹性状态时复合材料叶环的应力场分析 225
7.3.3 弹塑性状态下复合材料圆环的应力场分析 230
参考文献 233