Fiber-Reinforced Polymeric Material Systems: A Multi-Scale, Elasto-Viscoplastic Homogenization Approach

纤维增强聚合物材料系统:多尺度弹粘塑性均质化方法

基本信息

  • 批准号:
    0969570
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-05-01 至 2014-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project addresses multi-scale homogenization (averaging) techniques for fiber-reinforced polymer systems, including long-fiber reinforced polymers, and thermoplastic elastomers with cylindrical structures. The goal is to develop general and computationally efficient constitutive models that are capable of handling coupled elasto-visco-plastic behavior and the effect of microstructure--and its evolution--at two different length scales. The possible development of macroscopic and microscopic instabilities will also be investigated. The techniques to be developed in this work will be of broad application to large classes of polymeric, metallic, biological and geological material systems, and will lend themselves to numerical implementation in constitutive subroutines for use with standard finite element method packages. Once fully developed, they will replace current models based on linear-elastic analyses, requiring the use of large safety factors in industrial applications. This project includes two international collaborations, one with Pierre Suquet (CNRS, Marseilles) and the other with Javier Llorca (IMDEA, Madrid), on complementary aspects of the proposed work. They will allow the students involved in this project to acquire valuable international experience through participation in multi-country, multi-laboratory collaborative projects. The principal investigator will teach a course on Homogenization Methods, and is also writing a book that is based on this course, which aims to make the recent progress in nonlinear homogenization available to a larger audience. Improvements in the modeling and performance of long-fiber-reinforced polymers should lead to significant energy savings in the aerospace and other industries, while better understanding of thermoplastic elastomers is highly desirable because of their recyclable properties, and consequent positive implications for the environment.
该项目针对纤维增强聚合物系统的多尺度均质化(平均)技术,包括长纤维增强聚合物以及具有圆柱体结构的热塑性弹性体。目的是开发能够处理耦合的弹性弹塑性行为以及微观结构及其进化的效果的一般和计算有效的本构模型,以两个不同的长度尺度。还将研究宏观和微观不稳定性的可能发展。这项工作中要开发的技术将广泛应用于大量的聚合物,金属,生物学和地质材料系统,并将其用于本构型子程序中的数值实现,以与标准有限元方法软件包一起使用。一旦完全开发,他们将根据线性弹性分析替换当前模型,需要在工业应用中使用大型安全因素。该项目包括两项国际合作,一次与Pierre Suquet(CNRS,Marseilles),另一个与Javier Llorca(Madrid,Madrid)的合作,在拟议的工作的互补方面。他们将允许参与该项目的学生通过参与多国,多实验室合作项目获得宝贵的国际经验。首席研究者将教授有关均化方法的课程,并正在写一本基于本课程的书,该课程旨在使更大的受众可用于非线性同质化的最新进展。长纤维增强聚合物的建模和性能的改善应导致在航空航天和其他行业中节省大量能源,而对热塑性弹性体的更好理解是非常需要的,因为它们具有可回收性能,并对环境产生积极的含义。

项目成果

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