Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đa tỉ lệ ngẫu nhiên c
Luận án: Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đa tỉ lệ ngẫu nhiên cho vật liệu tổng hợp sợi ngắn ứng dụng cho nghiên cứu ảnh hưởng của cấu
Năm xuất bản
Số trang
122
Thời gian đọc
19 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Phát triển Phương pháp Tính Toán Phi Tuyến Đa Tỉ Lệ
- Số trang:
- 122 trang
- Trường:
- Đại học Keio
- Chuyên ngành:
- Kỹ thuật
- Tác giả:
- Hoàng Tiến Đạt
- Năm:
- 2020
Tóm tắt nội dung luận án
I. Phát triển Phương pháp Tính Toán Phi Tuyến Đa Tỉ Lệ
Luận án tập trung vào việc giải quyết những thách thức lớn trong lĩnh vực cơ học vật liệu. Cụ thể, các tính chất cơ học của vật liệu composite cốt sợi thường có sự phân tán rộng rãi. Sự phân tán này đặc biệt đáng chú ý khi phát triển các quy trình sản xuất mới, tối ưu chi phí. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do sự biến đổi của cấu trúc vi mô. Các thông số vật lý của vật liệu cấu thành và các thông số hình học đặc trưng cho hình thái ở cấp độ vi mô đều đóng góp vào sự biến đổi này. Vật liệu composite cốt sợi ngắn, mặc dù dễ chế tạo bằng phương pháp ép phun, lại thường có cấu trúc vi mô ngẫu nhiên. Việc nắm bắt và mô hình hóa sự biến đổi này là một thách thức lớn. Việc áp dụng các phương pháp 'tính toán phi tuyến' là cần thiết để mô tả chính xác các hành vi vật liệu phức tạp, vượt qua giới hạn của các 'mô hình toán học phi tuyến' truyền thống.
1.1. Thách thức trong tính toán phi tuyến vật liệu
Các tính chất cơ học của vật liệu composite cốt sợi thường phân tán rộng rãi. Sự phân tán này đặc biệt rõ rệt trong quá trình phát triển các quy trình sản xuất mới, tiết kiệm chi phí. Nguyên nhân chính nằm ở sự biến đổi của cấu trúc vi mô. Các thông số vật lý của vật liệu cấu thành và các thông số hình học biểu thị hình thái ở cấp độ vi mô đều góp phần vào sự biến đổi này. Vật liệu composite cốt sợi ngắn có thể được chế tạo dễ dàng bằng phương pháp ép phun, nhưng chúng lại có cấu trúc vi mô ngẫu nhiên. Việc nắm bắt và mô hình hóa sự biến đổi này là một thách thức lớn. 'Tính toán phi tuyến' trở nên cần thiết để mô tả chính xác các hành vi phức tạp của vật liệu. Cần có 'mô hình toán học phi tuyến' đủ mạnh mẽ. Các phương pháp truyền thống thường bỏ qua tính ngẫu nhiên này, dẫn đến dự đoán kém chính xác.
1.2. Giới hạn của phương pháp đồng nhất hóa ngẫu nhiên
Để giải quyết vấn đề biến đổi cấu trúc, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào phương pháp phần tử hữu hạn ngẫu nhiên. Phương pháp đồng nhất hóa ngẫu nhiên dựa trên nhiễu loạn bậc nhất (FPSH) đã được phát triển. Phương pháp này dựa trên lý thuyết đa tỉ lệ. FPSH đã được kiểm chứng cho vật liệu xốp và vật liệu composite đa pha. Nó xem xét sự biến đổi trong các thông số vật lý. Tuy nhiên, các ứng dụng của FPSH còn hạn chế. Nó chỉ được áp dụng cho các bài toán đàn hồi tuyến tính. Giới hạn này ngăn cản việc phân tích các hành vi vật liệu thực tế. Các hành vi này thường bao gồm 'cơ học phi tuyến' và 'động lực học phi tuyến'. Một 'phương pháp số phi tuyến' mới là cần thiết để vượt qua rào cản này. Sự phát triển này sẽ mở rộng phạm vi ứng dụng.
1.3. Mục tiêu xây dựng phương pháp tính toán phi tuyến mới
Nghiên cứu này đặt ra mục tiêu cốt lõi là phát triển một 'phương pháp tính toán phi tuyến' đa tỉ lệ ngẫu nhiên. Phương pháp mới này sẽ giải quyết các bài toán phức tạp. Nó sẽ xử lý tốt hơn tính chất phi tuyến của vật liệu. Khi áp dụng cho vật liệu composite cốt sợi ngắn, mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là làm rõ các yếu tố ngẫu nhiên quan trọng trong cấu trúc vi mô. Các yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình phát triển phá hủy vật liệu. Việc xác định các yếu tố này là cực kỳ quan trọng. Nó giúp cải thiện thiết kế vật liệu và dự đoán tuổi thọ. Đây là một 'giải pháp số cho bài toán phi tuyến' thiết thực. Nó cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi vật liệu dưới tải trọng.
II. Mở rộng và Ứng dụng Giải Pháp Số Phi Tuyến Hiệu Quả
Để vượt qua các giới hạn của phương pháp hiện có, nghiên cứu đã tiến hành mở rộng phương pháp FPSH. Việc mở rộng này nhằm mục đích thực hiện 'tính toán phi tuyến' ngẫu nhiên cho biến dạng vi mô. Lý thuyết mới cho phép phân tích khởi đầu và lan truyền phá hủy vật liệu một cách ngẫu nhiên. Tuy nhiên, do số lượng kịch bản khổng lồ trong các hành vi phi tuyến, một lược đồ lấy mẫu phụ đã được đề xuất. Lược đồ này được áp dụng trong quá trình phân tích bằng FPSH. Nó kết hợp với lược đồ lấy mẫu cho các thông số ngẫu nhiên hình học. Điều này giúp quản lý hiệu quả khối lượng tính toán. Đồng thời vẫn đảm bảo tính đại diện của các kịch bản. Việc phát triển này tạo ra 'giải pháp số cho bài toán phi tuyến' mạnh mẽ, cho phép 'phân tích số phi tuyến' sâu rộng hơn trong các mô hình vật liệu phức tạp, giải quyết 'hệ phương trình phi tuyến' hiệu quả hơn.
2.1. Mở rộng phương pháp FPSH cho biến dạng vi mô
Trước tiên, phương pháp FPSH đã được mở rộng. Mục tiêu là thực hiện 'tính toán phi tuyến' ngẫu nhiên biến dạng vi mô. Việc mở rộng này là một cải tiến quan trọng. Nó cho phép phân tích khởi đầu và lan truyền phá hủy vật liệu theo cách ngẫu nhiên. Lý thuyết mới này vượt qua giới hạn tuyến tính trước đây của FPSH. Giờ đây, có thể mô hình hóa các quá trình phá hủy phức tạp. 'Phân tích số phi tuyến' về biến dạng vi mô trở nên khả thi. Điều này mở ra cơ hội nghiên cứu sâu hơn về 'cơ học phi tuyến' của vật liệu composite. Phương pháp này cung cấp một công cụ mạnh mẽ. Nó đánh giá sự suy thoái vật liệu dưới các điều kiện tải khác nhau.
2.2. Phương pháp phân tích ngẫu nhiên khởi đầu và lan truyền phá hủy
Các hành vi phi tuyến chứa đựng vô số kịch bản phức tạp. Việc phân tích toàn bộ các kịch bản này là không khả thi về mặt tính toán. Do đó, một lược đồ lấy mẫu phụ đã được đề xuất. Lược đồ này được áp dụng trong quá trình phân tích bằng phương pháp FPSH. Nó kết hợp cùng với lược đồ lấy mẫu cho các thông số ngẫu nhiên hình học. Phương pháp này giúp quản lý hiệu quả khối lượng tính toán. Đồng thời vẫn đảm bảo tính đại diện của các kịch bản. Nó là một 'giải pháp số cho bài toán phi tuyến' thông minh. Nó cho phép tập trung vào các kịch bản quan trọng nhất. 'Phân tích số phi tuyến' về khởi đầu và lan truyền phá hủy trở nên thực tế hơn.
2.3. Đề xuất lược đồ lấy mẫu phụ cho hành vi phi tuyến
Lược đồ lấy mẫu phụ được thiết kế đặc biệt cho các hành vi phi tuyến. Nó giúp giải quyết thách thức của số lượng kịch bản khổng lồ. Việc lấy mẫu ngẫu nhiên các thông số hình học là một phần của lược đồ này. Kết hợp hai phương pháp giúp đánh giá chính xác hơn. Nó giữ được sự biến động ngẫu nhiên của cấu trúc. Lược đồ này là một phần không thể thiếu. Nó hỗ trợ 'thuật toán tính toán phi tuyến' của nghiên cứu. Mục tiêu chính là giảm thời gian tính toán cho các phân tích thực tế. Đặc biệt là các phân tích lan truyền phá hủy ngẫu nhiên quy mô lớn. Điều này cải thiện đáng kể khả năng ứng dụng của phương pháp. Nó biến 'hệ phương trình phi tuyến' phức tạp thành các bài toán có thể giải quyết được.
III. Tối ưu Hóa Thuật Toán Tính Toán Phi Tuyến Nhanh Chóng
Một trong những đóng góp quan trọng của nghiên cứu là việc phát triển một thuật toán số để tăng tốc độ tính toán. Thuật toán này được thiết kế để tăng tốc độ hội tụ của bộ giải lặp Element-by-Element Scaled Conjugate Gradient (EBE-SCG), vốn là một phần của phương pháp FPSH. Việc tối ưu hóa này là cực kỳ quan trọng đối với các phân tích thực tế và quy mô lớn, đặc biệt là trong các bài toán lan truyền phá hủy ngẫu nhiên. Hiệu quả của thuật toán đã được chứng minh thông qua các ứng dụng cụ thể, như phân tích vật liệu composite nhúng hạt hình cầu. Thuật toán này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn cho phép xử lý các 'hệ phương trình phi tuyến' phức tạp một cách nhanh chóng, mở ra tiềm năng cho 'tối ưu hóa phi tuyến' trong các ứng dụng kỹ thuật.
3.1. Thuật toán tăng tốc cho bộ giải lặp FPSH
Để giảm thiểu đáng kể thời gian tính toán, một thuật toán số đã được phát triển. Thuật toán này nhằm tăng tốc độ hội tụ. Nó tập trung vào bộ giải lặp Element-by-Element Scaled Conjugate Gradient (EBE-SCG). Bộ giải này là thành phần cốt lõi của phương pháp FPSH. Việc tăng tốc này là cần thiết cho các phân tích thực tế. Đặc biệt quan trọng cho các phân tích quy mô lớn. Các bài toán lan truyền phá hủy ngẫu nhiên thường đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán. Thuật toán mới này là một 'thuật toán tính toán phi tuyến' tiên tiến. Nó cung cấp một giải pháp hiệu quả. Nó hỗ trợ 'tối ưu hóa phi tuyến' trong các ứng dụng kỹ thuật.
3.2. Hiệu quả của thuật toán trên vật liệu composite hạt
Hiệu quả của thuật toán tăng tốc đã được chứng minh rõ ràng. Nó được kiểm nghiệm trên vật liệu composite nhúng hạt hình cầu. Các thử nghiệm đã xem xét tổn thương trong lớp phủ. Đồng thời, sự biến đổi trong thông số vật lý cũng được tính đến. Kết quả cho thấy thuật toán đã giảm đáng kể thời gian tính toán. Nó duy trì độ chính xác cao. Điều này xác nhận giá trị của 'giải pháp số cho bài toán phi tuyến' này. Nó cho phép nghiên cứu các mô hình vật liệu phức tạp hơn. Hiệu suất được cải thiện là rất quan trọng. Nó thúc đẩy khả năng ứng dụng của phương pháp trong ngành công nghiệp.
3.3. Giảm thời gian tính toán cho phân tích quy mô lớn
Việc giảm thời gian tính toán là một yếu tố then chốt. Đặc biệt đối với các phân tích quy mô lớn. Thuật toán tăng tốc EBE-SCG đạt được mục tiêu này. Nó cho phép xử lý các 'hệ phương trình phi tuyến' khổng lồ một cách hiệu quả. Các bài toán lan truyền phá hủy ngẫu nhiên có thể được giải quyết trong khung thời gian hợp lý. Điều này mở rộng khả năng áp dụng phương pháp. Nó cho phép các kỹ sư và nhà nghiên cứu thực hiện các mô phỏng phức tạp hơn. Họ có thể nghiên cứu các thiết kế vật liệu thực tế. Việc tối ưu hóa này là một bước tiến quan trọng. Nó cải thiện tính khả thi của 'phân tích số phi tuyến' trong môi trường công nghiệp.
IV. Phân tích Số Phi Tuyến Vật Liệu Tổng Hợp Sợi Ngắn
Phương pháp 'tính toán phi tuyến' đã phát triển được ứng dụng thực tế cho vật liệu composite cốt sợi ngắn. Đây là một ứng dụng quan trọng, giúp hiểu rõ hơn về 'cơ học phi tuyến' của loại vật liệu này. Nghiên cứu đã xem xét nhiều thông số ngẫu nhiên. Các thông số này bao gồm phân bố chiều dài sợi, định hướng sợi (được biểu thị bằng hai góc), và cách sắp xếp sợi. Ngoài ra, một thông số vật lý ngẫu nhiên cũng được đưa vào mô hình. Việc kết hợp các yếu tố này tạo nên một 'mô hình toán học phi tuyến' toàn diện. Các mô hình vật liệu với định hướng và sắp xếp sợi khác nhau đã được phân tích kỹ lưỡng, cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi của vật liệu. 'Phân tích số phi tuyến' này là bước đệm quan trọng để cải thiện thiết kế và độ tin cậy của vật liệu.
4.1. Ứng dụng phương pháp tính toán cho composite sợi ngắn
Cuối cùng, phương pháp 'tính toán phi tuyến' đã phát triển đã được ứng dụng. Nó áp dụng cho vật liệu composite cốt sợi ngắn. Đây là một ứng dụng thực tế quan trọng. Vật liệu này thường được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Việc hiểu rõ 'cơ học phi tuyến' của chúng là rất cần thiết. Ứng dụng này chứng minh khả năng của phương pháp. Nó có thể xử lý các bài toán vật liệu phức tạp. 'Phân tích số phi tuyến' được thực hiện để đánh giá hiệu suất. Mục tiêu là cung cấp dữ liệu thiết kế chính xác hơn. Điều này giúp tối ưu hóa vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.
4.2. Các thông số hình học và vật lý ngẫu nhiên được xem xét
Nhiều thông số đã được xem xét trong nghiên cứu. Phân bố chiều dài sợi là một trong số đó. Định hướng sợi, được biểu thị bằng hai góc, cũng là một yếu tố quan trọng. Sắp xếp sợi cũng được đưa vào mô hình. Tất cả những thông số này được coi là các thông số hình học ngẫu nhiên. Ngoài ra, một thông số vật lý ngẫu nhiên cũng được tính đến. Sự kết hợp của các thông số này tạo nên 'mô hình toán học phi tuyến' phức tạp. Việc xem xét tính ngẫu nhiên của chúng là chìa khóa. Nó giúp nắm bắt hành vi vật liệu thực tế. Điều này cho phép 'thuật toán tính toán phi tuyến' đưa ra dự đoán chính xác.
4.3. Phân tích các kịch bản với định hướng và sắp xếp sợi khác nhau
Tổng cộng 11 mô hình vật liệu đã được phân tích. Các mô hình này có định hướng sợi và sắp xếp sợi khác nhau. Chúng cũng có tính biến thiên riêng. Trong lược đồ lấy mẫu phụ, hai kịch bản chính đã được nghiên cứu. Một kịch bản có xác suất 50%. Kịch bản còn lại có xác suất 0.3%. Điều này dẫn đến tổng cộng 22 trường hợp phân tích. Sự khác biệt giữa 22 mẫu phá hủy tiềm năng đã được thảo luận chuyên sâu. Phân tích này cung cấp cái nhìn sâu sắc. Nó cho thấy cách các thông số vi mô ảnh hưởng đến 'tính toán phi tuyến'. Hiểu rõ các mẫu phá hủy là quan trọng. Nó giúp cải thiện độ tin cậy của vật liệu.
V. Đánh giá Ảnh hưởng Cấu Trúc Vi Mô lên Cơ Học Phi Tuyến
Nghiên cứu đã đưa ra những phát hiện quan trọng về ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đến tính chất vĩ mô của vật liệu. Kết quả cho thấy sự suy giảm phân tán rất lớn của các tính chất vĩ mô đồng nhất chủ yếu bị ảnh hưởng bởi sắp xếp sợi, chứ không phải định hướng sợi. Phát hiện này khác biệt so với những gì quan sát được trong vùng đàn hồi tuyến tính, nhấn mạnh tầm quan trọng của 'cơ học phi tuyến'. Ngoài ra, các thông số ngẫu nhiên vật lý cũng có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất vĩ mô. Điều này cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế vật liệu. Phương pháp EBE-SCG được tăng tốc đã một lần nữa chứng minh hiệu quả, khẳng định giá trị của 'thuật toán tính toán phi tuyến' đã phát triển.
5.1. Ảnh hưởng của sắp xếp sợi đến tính chất vật liệu
Kết quả nghiên cứu đã làm rõ một phát hiện quan trọng. Sự suy giảm phân tán rất lớn của các tính chất vĩ mô đồng nhất chủ yếu bị ảnh hưởng bởi sắp xếp sợi. Ảnh hưởng này lớn hơn đáng kể so với định hướng sợi. Phát hiện này khác biệt so với kết quả quan sát được trong vùng đàn hồi tuyến tính. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xem xét 'cơ học phi tuyến'. Đặc biệt là khi dự đoán hành vi vật liệu dưới tải trọng cao. 'Động lực học phi tuyến' của vật liệu composite được hiểu rõ hơn. Phát hiện này có ý nghĩa lớn. Nó định hướng cho việc thiết kế vật liệu composite hiệu quả hơn.
5.2. Vai trò của các thông số ngẫu nhiên vật lý
Các thông số ngẫu nhiên vật lý cũng đóng vai trò quan trọng. Chúng có ảnh hưởng lớn hơn đến các tính chất vĩ mô của vật liệu. Điều này bổ sung vào hiểu biết về 'tính toán phi tuyến' của composite. Nó chỉ ra rằng cả thông số hình học và vật lý đều quan trọng. Cả hai đều cần được xem xét cẩn thận trong mô hình. Phát hiện này cung cấp hướng dẫn. Nó giúp các nhà thiết kế vật liệu tập trung vào các yếu tố chính. Đặc biệt là khi tìm cách tối ưu hóa hiệu suất vật liệu. 'Mô hình toán học phi tuyến' cần tích hợp đầy đủ các yếu tố này.
5.3. Hiệu quả của phương pháp tăng tốc EBE SCG
Trong suốt quá trình phân tích các mô hình phức tạp, phương pháp EBE-SCG được tăng tốc đã một lần nữa chứng minh hiệu quả. Nó giúp xử lý các bài toán 'tính toán phi tuyến' quy mô lớn một cách nhanh chóng. Việc này khẳng định giá trị của 'thuật toán tính toán phi tuyến' đã phát triển. Khả năng tính toán nhanh chóng là yếu tố then chốt. Nó cho phép thực hiện nhiều kịch bản mô phỏng. Nó hỗ trợ các nghiên cứu sâu rộng hơn về 'phân tích số phi tuyến'. Sự cải thiện này là một thành tựu quan trọng. Nó thúc đẩy khả năng áp dụng phương pháp trong nghiên cứu và công nghiệp.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (122 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộLuận Án Tiến Sỹ Kỹ Thuật Phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đa tỉ lệ ngẫu nhiên cho vật liệu tổng hợp sợi ngắn ứng dụng cho nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc vi mô biến đổi đến quá trình phát triển phá hỏng vật liệu 8/2020 Khoa Sau Đại Học Về Khoa Học Và Kỹ Thuật Đại Học Keio Hoàng Tiến Đạt LUẬN ÁN Đã nộp tới Đại học Keio và thỏa mãn hết các tiêu chí của bằng tiến sỹ Nay, luận án này được nộp tới Đại học Thái Nguyên I Abstract The mechanical properties of fiber reinforced composite materials are scattered especially in the development of a new and cost-effective manufacturing process. The main reason lies in the microstructural variability expressed by physical parameters of constituent materials and geometrical parameters to express the morphology at microscale. The short fiber reinforced composite materials can be fabricated easily by injection molding method, but they have random microstructures. To solve the problem considering variability, there have been many studies on the stochastic finite element method.
The first-order perturbation based stochastic homogenization (FPSH) method has been developed based on the multiscale theory and verified for porous materials and multi-phase composite materials considering the variability in physical parameters. However, its applications were limited to linear elastic problems. Therefore, this study aims at the development of a stochastic nonlinear multiscale computational method. In its application to short fiber reinforced composites, the final goal of this study is to clarify the important random factors in the microstructure that give significant influence on the damage propagation.
Firstly, the above FPSH method was extended for the stochastic calculation of microscopic strain. This theory enabled us to analyze the damage initiation and propagation in a stochastic way. Since huge scenarios exist in the nonlinear behaviors, however, a sub- sampling scheme was proposed in the analysis by FPSH method together with the sampling scheme for geometrical random parameters. Furthermore, to reduce the computational time for practical and large-scale analyses of stochastic damage propagation problems, a numerical algorithm to accelerate the convergence of element-by-element scaled conjugate gradient (EBE-SCG) iterative solver for FPSH method was developed.
The efficiency was demonstrated for spherical particulate-embedded composite material considering the damage in the coating layer and the variability in physical parameter. Finally, the developed computational method was applied to short fiber reinforced composite materials. The fiber length distribution, fiber orientation denoted by two angles and II fiber arrangement were considered as the geometrical parameters in addition to a physical random parameter. 11 models were analyzed having different fiber orientation and fiber arrangement with variability.
In the sub-sampling, 2 scenarios with 50% and 0.3% probabilities were analyzed, which resulted in totally 22 cases. The differences among 22 possible damage patterns were discussed deeply. It was figured out that very largely scattered degradation of homogenized macroscopic properties was mostly affected by the fiber arrangement rather than the fiber orientation. This finding was different from the result in linear elastic region.
The physical random parameters were more influential on the macroscopic properties. Also in these analyses, the accelerated EBE-SCG method was again shown to be efficient. III Acknowledgements First and foremost, I would like to give my deep gratitude to my advisor Prof. Naoki Takano, who is one of my great and respected teachers in my life.
He always gives me very clear guidance and suggestions from the first contact before entering to Keio University until now. When I was stuck in some difficult tasks, he encouraged, taught and provided very good ideas to motivate me. He is very close and smiling with students in the discussion. Besides asking about my research, he sometimes asks about my family and my student life and understands the difficulties of international students in Japan.
Without him, I could not complete my research and learn much new knowledge. I am deeply grateful to him for being my advisor. I am sincerely grateful to Prof. Omiya, and Assist.
Muramatsu for being the reviewers of my dissertation. From their valuable questions and comments, I could improve the dissertation well and understand more about the limitations as well as the potential applications of my proposed method in the future works. I would like to extend my thankfulness to Assoc. Akio Otani (Kyoto Institute of Technology) for supporting the measured fiber length data, and Prof.
Heoung-Jae Chun (Yonsei University) for giving me necessary knowledge about composite materials. I also would like to thank all my labmates for three years at Keio University. Kohei Hagiwara came to take me in Haneda airport and helped me prepared for my student life on the first days in Japan; And, Mr. Daichi Kurita, Mr.
Yutaro Abe, Mr. Lucas Degeneve, and Mr. Ryo Seino joined to discuss my research topic and assisted me to use some Japanese software in our Lab. Yuki Nakamura, Mr.
Tatsuto Nose, and Ms. Mizuki Maruno also helped me to easily get involved in the student life, and Japanese culture. I also would to thank Dr. Akio Miyoshi and Mr.
Shinya Nakamura from Insight, Inc., company for helping us to develop the Meshman Particle Packing software. Next, I greatly thank the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan for supporting the full scholarship (Monbukagakusho – MEXT) to me in 3 years at Keio University. In addition, I would like to thank Keio University for providing the Keio Leading-Edge Laboratory of Science and Technology (KLL) funding. I also want to express my gratitude to my home university, Thai Nguyen University of Technology for giving me an opportunity to study in Japan, keeping my lecturer position when I come back, and also paying a part of my salary.
Finally, I would like to give millions of love to my parents, my wife, my daughter, and my son. They always encourage and look forward every single day of my life. Especially, I could not express my words to describe the sacrifice of my wife to take care of the children when I was not at home (2 internships in USA, 2 years in Taiwan and 3 years in Japan). To show my gratitude towards everybody, I tried to hard study every day to complete the tasks as well as possible.
This dissertation is the achievement that I would like to give to everyone. IV Chapter of Contents Abstract. IV Chapter of Contents. V List of Figures.
VIII List of Tables. XIII Chapter 1 Introduction .2 Short fiber reinforced composite materials. Injection molding and conventional micromechanical model. Fiber length, fiber orientation and fiber arrangement .3 Aims and scopes of research .4 Structure of dissertation.
12 Chapter 2 Literature review and methodologies .1 Micromechanics, multiscale approach and homogenization with composite materials .2 Damage model and damage criteria .3 Variability, uncertainty or randomness .1 Variability of physical properties .2 Variability of geometrical parameters .3 Variability of loading and boundary conditions .4 Variability of manufacturing process parameters .4 Stochastic finite element methods .5 First-order perturbation based stochastic homogenization method for composite materials .6 Stochastic modeling of fiber reinforced composites. 34 Chapter 3 Stochastic calculation of microscopic strain .2 Derivation of microscopic strain in stochastic way .3 Numerical example of microscopic strain considering only variability of physical parameters. 41 Chapter 4 Stochastic nonlinear multiscale computational scheme with accelerated EBE-SCG iterative solver .1 Sampling and sub-sampling for stochastic nonlinear multiscale computational scheme .2 Acceleration of EBE-SCG iterative solver .1 Verification of the accelerated EBE-SCG solver by characteristic displacement visualization .2 Stochastic damage propagation .3 Degradation of homogenized properties .4 Acceleration of solution for nonlinear simulation. 68 Chapter 5 Application to short fiber reinforced composites to study the influence of microstructural variability on damage propagation .1 Microstructural modeling and sampling .1 Probable damage patterns.2 Microscopic strain during damage propagation .3 Homogenized properties in linear and nonlinear analysis .3 Acceleration of EBE-SCG during damage propagation .4 Discussion of influence level of variability in physical and geometrical parameters 83 Chapter 6 Concluding remarks.
87 List of publications. 92 VII List of Figures Fig. 1 Distribution of mechanical properties of constituent materials. 2 Influence of order on the variance of outcome result.
4 Injection molding process. 5 Model of an injection molded structure. 6 Main points and their relations in structure of dissertation. 2 Unit cell array.
3 Classification of composite materials. 4 Rate of use for different failure criteria for composite materials in published papers by others. 5 General framework of stochastic finite element approach. 6 Two-scale problem of heterogeneous media.
1 Flowchart of damage analysis formulation. 2 Definition of SVE for short fiber-reinforced composite material. 3 Microscopic strain 33 in interphase and short fibers when random physical parameters for all constituent materials are considered. 4 RVE models of glass fiber reinforced plastics composite based on the lognormal distribution.
5 Definition of two cross-sections. 6 Microscopic effective strain distributions on the cross-section 1-2 under macroscopic strain E31 0. 7 Microscopic effective strain distributions on the cross-section 2-3 under macroscopic strain E31= 0. 1 General flowchart of research algorithm.
2 Detail algorithm of stochastic damage propagation analysis. 3 Accelerated procedure for the EBE-SCG solver in Fig. 4 Visualization of characteristic displacements of two successive sub-cycles. 6 SVE model of coated particle-embedded composite material.
7 Finite element model of coated particle-embedded composite material. 8 Zeroth-order terms of characteristic displacements in x direction 0 of two 11 x successive sub-cycles at (a) cycle 1 and (b) cycle 17. 9 Zeroth-order terms of characteristic displacements in y direction 0 y of two 11 successive sub-cycles at (a) cycle 1 and (b) cycle 17. 10 Zeroth-order terms of characteristic displacements in z direction 0 of two 11 z successive sub-cycles at (a) cycle 1 and (b) cycle 17.
11 First-order terms of characteristic displacements in x direction 31 of two 11 x successive sub-cycles at (a) cycle 1 and (b) cycle 17. 12 First-order terms of characteristic displacements in y direction 31 of two 11 y successive sub-cycles at (a) cycle 1 and (b) cycle 17. 13 First-order terms of characteristic displacements in z direction 31 of two 11 z successive sub-cycles at (a) cycle 1 and (b) cycle 17. 14 Stochastic damage propagation of coated particle-embedded composite material.
15 Damage element visualization of a half of coating. 16 Damage element visualization of a half of coating. 17 Degradation of homogenized macroscopic properties DH when. 18 Acceleration ratios and convergence histories in EBE-SCG iterations to calculate 69 Fig.
19 Acceleration ratios and convergence histories in EBE-SCG iterations to calculate 70 IX Fig. 1 Microstructure modeling for skin-core-skin layered specimen of injection molded short fiber reinforced composite material. 2 Example model of Meshman Particle Packing. 3 Microstructure models with different fiber arrangements for given fiber angel variabilities by modified Meshman ParticlePacking.
4 Definition of fiber orientation and SVE model of short fiber reinforced composites 75 Fig. 5 Initial configuration of samples for cycle 1, 1 X S. 6 Some damage patterns predicted at cycle 3, E = 0. 7 Influence of physical parameters on damage pattern when the properties of matrix 78 Fig.
11 Strain distributions in matrix highlighting on high strain value and on the. 12 Degradation of apparent stiffness. 13 Number of EBE-SCG iterations and damaged volume evolution of a sample X 3S X 1A|2. 14 Number of EBE-SCG iterations and damaged volume evolution of a sample X 3S X 1A|4.
15 SVE specification in degraded apparent stiffness with enlarged views on the. 16 Influence of fiber arrangement on damaged volume evolution. 17 Homogenized properties without damage. 18 Variability influence level of physical and geometrical parameters .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Hoàng Tiến Đạt (2020). Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ [Luận án tiến sĩ, Đại học Keio]. LuanAn.net. https://luanan.net/khoa-hoc-trai-dat-moi-truong/luan-an-tien-si-phat-trien-phuong-phap-tinh-toan-phi-tuyen-da-ti-le-ngau-nhien-cho-vat-lieu-tong-hop-soi-ngan-ung-dung-cho-nghien-cuu-anh-huong-cua-cau-truc-vi-mo-bien-doi-den-qua-trinh-phat-trien-pha-hong-vat-lieu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án: Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đa tỉ lệ ngẫu nhiên cho vật liệu tổng hợp sợi ngắn ứng dụng cho nghiên cứu ảnh hưởng của cấu
Luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Đại học Keio. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật. Danh mục: Khoa Học Trái Đất & Môi Trường.
Luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" có 122 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ phát triển phương pháp tính toán phi tuyến đ" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.