Towards General Purpose Design System for Composite Materials and Structures

复合材料和结构的通用设计系统

基本信息

  • 批准号:
    1127810
  • 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:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-01-01 至 2013-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Multiscale science and engineering have so far been largely driven by needs of specific applications, and lack of a mathematical foundation and systematic approach has limited progress. To develop a general purpose theoretical framework and to transform it into a useful design system, this project addresses the following fundamental issues: (1) What is the validity limit of homogenization and how to extend it to boundary layers at a reasonable computational cost? (2) How to deal with the issue of lack of periodicity that naturally arises due to high gradients even in a periodic heterogeneous medium? (3) What should be the size of the representative volume element and how it is affected by large distortions? (4) How to introduce multiple temporal scales arising in mechanical/thermal fatigue problems? (5) How to account for multiple physical processes inherent in environmental degradation problems involving coupled mechanical-diffusion-reaction processes? These issues will be studied and the resulting design system will be validated against experimental data provided by industrial partners.The Multiscale Design System that will grow out of this research program will advance a wide array of fields requiring light weight structural components in aerospace, printed circuit boards, robotic arms, medical prostheses, implants, valves, seals, electronic devices and radiological equipment. This general purpose multiscale design system offers a transformational approach that may lead to life-saving improvements in medical devices, more resilient infrastructure, energy-saving measures that will increase the efficiency of environmental processes, and a variety of more cost-effective products. The education program will extend from undergraduate to graduate work with outreach to women and minorities. Technology transfer to industrial partners from GE, Boeing, GM and Renegade Materials has a potentially of impacting their design processes.
到目前为止,多阶段的科学和工程主要是由特定应用的需求驱动的,缺乏数学基础和系统的方法的进步有限。为了开发一个通用理论框架并将其转换为有用的设计系统,该项目解决了以下基本问题:(1)均质化的有效性限制是什么以及如何以合理的计算成本将其扩展到边界层? (2)如何处理即使在周期性的异质媒介中,由于高梯度也会自然产生的周期性问题? (3)代表体积元素的大小应该是多少?如何受到大扭曲的影响? (4)如何在机械/热疲劳问题中引入多个时间尺度? (5)如何考虑涉及耦合机械扩散反应过程的环境降解问题中固有的多个物理过程?将研究这些问题,并将根据工业合作伙伴提供的实验数据进行验证。将从该研究计划中发展出的多尺度设计系统将推进各种领域,需要在航空航天中,印刷电路中需要轻质的结构组件板,机器人臂,医疗假体,植入物,阀门,密封,电子设备和放射设备。这种通用多尺度设计系统提供了一种变革性的方法,该方法可能会导致医疗设备的挽救生命改善,更弹性的基础设施,节能措施,以提高环境流程的效率以及各种更具成本效益的产品。教育计划将从本科生到研究生工作,并向妇女和少数民族延续。从GE,波音,通用汽车和叛徒材料到工业合作伙伴的技术转移可能会影响其设计过程。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Jacob Fish

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