综述：复合材料建模与仿真

文献阅读练习01

【综述】：Modeling and Simulation of Composite Materials

摘要

Modeling and Simulation of Composite Materials
Crossref DOI link: https://doi.org/10.1007/s11837-019-03790-4
Published Online: 2019-09-17
Published Print: 2019-11
Update policy: https://doi.org/10.1007/springer_crossmark_policy

作者：

• Behera, Rakesh K. http://orcid.org/0000-0003-4147-3640
• Pinisetty, Dinesh
• Luong, Dung D.

正文

基于计算机的计算方法在各行各业广泛运用。其中针对ploymer，metal,ceramic的计算方法比较成熟；但针对复合材料还在起步阶段。

针对复合材料的计算的困难如下：

1. composite是两种和两种以上材料的组合。仿模拟真时不仅要求精确定义单个材料而且界面相互作用也很复杂。
2. 正因为composite是多种材料的组合，所以在设计上通过选择不同材料组合就有无线的设计可能性，这要求能够提供精确的材料参数。

有限元建模（FEM）广泛应用于复合材料的模拟。

• 在Computational Modeling of the Mechanical Behavior of 3D Hybrid Organic–Inorganic Nanocomposites | SpringerLink一文中，Mohammad MaghsoudiGanjeh 等人就用FEM方法对三维混杂纳米复合材料建模，模拟坊生物陶瓷(如骨头).计算结果显示粘合相显著增强了有机-无机纳米复合材料的韧性。除此之外，复合材料的3D结构展现了strain-hardening/softening行为，这是复合材料2D表示所缺少的。

• Tao Huang等人的工作：Establishment of Constitutive Relationships for Laminated Composites Considering the Variation of the Microhardness with the Strain in the Heterostructure Layers and Bonding Regions | SpringerLink进一步突出了使用有限元分析复合材料。这个研究中，FEM用于验证理论模型的可靠性，从而确定TA1/ Al1060/SS430复合材料 层合板异质结构区和粘合区之间的本构关系。

原子尺度方法比如密度泛函理论(DFT)和分子动力学，通常用来获得对试验系统的更深层理解，可以为更大长度和时间尺度建模技术获得更好的材料参数。

• Yingang Gui等人使用DFT分析SOF2和SO2F2在Ni-MoS2单分子层上的相互作用。在Effect of Nickel Doping on Adsorption of SF6 Decomposition Products over MoS2 Surface | SpringerLink研究工作中，Yingang Gui等人提出了多种电子特性，并证明由于Ni的存在，MoS2表面的吸附得到改善(能够显著提高电导率)。结果表明，可以使用Ni-MoS2稳定SF-6绝缘设备。
• 除了连续介质和原子尺度的计算方法，理论方法已被证明可以提供对复合系统的重要理解。Yasser Zare, and Kyong Yop Rhee 使用一种expanded Takayanagi model预测了PCNTs（聚合物/碳 纳米管纳米复合材料）的拉伸强度。该理论模型(在[A Simulation Work for the Influences of Aggregation/Agglomeration of Clay Layers on the Tensile Properties of Nanocomposites | SpringerLink ]一文中有描述)假设了聚合物基体和纳米颗粒之间界面相的增强和渗流效率。扩展的高柳模型成功计算了两种代表性PCNTs的逾渗阈值、界面厚度和界面强度相对于实验的平均水平。在A Simulation Work for the Influences of Aggregation/Agglomeration of Clay Layers on the Tensile Properties of Nanocomposites | SpringerLink一文中，Yasser Zare, and Kyong Yop Rhee也研究了其他的纳米复合材料。将透射电子显微镜和理论模型结合，作者讨论了降低聚合物纳米复合材料中层状粘土聚集的因素，如纳米粒子的体积分数、长径比和比表面积。

再次关注复合材料的力学性能：

• Liping Pan等，针对焊缝撕裂测试，设计了一种数值模拟和逆算法的结合以求解断裂相关参数。在Inverse Simulation of Fracture Parameters for Cement-Bonded Corundum Refractories | SpringerLink中，研究了粘合剂含量与温度对断裂能和拉伸性能的影响。另一篇理论文章Describing the Effective Conductivity of Two-Phase and Multiphase Materials via Weighted Means of Bounds and General Power Means | SpringerLink，Willi Pabst and SonˇaHrˇı´balova´着眼于多相材料的有效热导率。提出了用适当的方法描述各向同性微结构材料的建议。
• Xianbo Xu and Nikhil Gupta提出一种获得碳纤维增强层合复合材料的力学性能的新方法。对于粘弹性材料，动态力学分析(DMA)可以通过将测量的粘弹性参数转换为弹性模量，从而加速测试进展（accelerate the testing process）。在Artificial Neural Network Approach to Determine Elastic Modulus of Carbon Fiber-Reinforced Laminates | SpringerLink中，Xianbo Xuand Nikhil Gupta利用人工神经网络建立了平面内三个方向的存储模量的主关系，用于求解具有粘弹性性质的各向异性结构。>
• Vasanth Chakravarthy Shunmugasamy and Bilal Mansoor做了一个实验研究，Flexural Response of an Aluminum Foam Core/Stainless Steel Facesheet Sandwich Composite | SpringerLink，使用多种试验技术（维氏显微硬度、纳米压痕、光学和扫描电子显微镜）计算关节完整性。从三点弯曲试验，夹层的破坏机制是芯材剪切，这与使用Gibson模型建立的破坏模式相匹配。因此，这篇文章使用了试验和理论方法证明了复合材料三明治结构获得的失效机理。

‘‘Modeling and Simulation of Composite Materials’这篇文章说明了使用计算方法研究复合材料性质的优势