用于复合材料板壳结构力学行为模拟与强度预测的统一高阶多尺度方法

复合材料板壳结构复杂的细观构型直接模拟其力学问题需要巨大的计算开销。本文发展了一种统一的高阶多尺度方法，可有效模拟复合材料板壳的力学行为并预测其屈服强度。首先，通过正交曲线坐标系下多尺度弹性方程的多尺度渐近分析，建立了高阶多尺度模型，可统一且有效地分析复合材料板壳结构的力学行为。此外，推导了高阶多尺度解的误差估计。进而，结合材料强度理论，建立了用于复合材料板壳结构强度预测的高阶多尺度模型。接着，基于所建立的高阶多尺度模型，开发了多尺度算法，不仅能高效精确地模拟复合材料板壳结构的力学行为，还能预测其屈服强度。最后，通过大量数值实验验证了所建立高阶多尺度方法的有效性。数值实验结果表明，该高阶多尺度方法能更准确地捕捉复合材料板壳结构的细观振荡行为。本文建立的统一高阶多尺度方法不仅适用于复合材料板壳结构力学性能的预测，还可进一步推广到复合材料板壳结构多场耦合性能的预测。