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短纤维增强复合材料(SFRP)具有快速制造、力学性能好等优点。SFRP已成为传统材料的重要替代品,目前被广泛应用于交通运输、航空航天等工程领域。能够准确地预测短纤维增强复合材料的力学性能对于实际工程应用具有重要意义。目前,在工程中绝大多数情况下采用的是实验方法测出其性能参数。缺乏一种高效的、准确的方法对SFRP的宏观性能做出预测。此外现存的很多失效准则都是建立在宏观模型基础上的,忽略了细观组分层次的相互影响,并没有考虑到SFRP的多尺度特征。这些失效准则不具有通用性,缺乏细观层次的详细信息,需要大量的实验数据进行支撑。因此建立一个能够适用于多数情况下的多尺度分析方法,对于SFRP的设计制造与应用具有重要意义。该项研究得到中央高校基本科研业务费专项资金(DUT18JC27)以及国家自然科学基金重大项目(51790172)的资助。本文的具体工作如下:1)针对SFRP细观随机分布的特征,对基于RVE的有限元法,为了实现自由网格的划分,提出了适用于非周期性网格的一般性周期性边界条件。阐述了MSG方法相比于其他两种方法的优点。最后应用均匀化方法建立了SFRP材料的多尺度分析的框架。2)基于ABAQUS的PDE平台,采用图像处理的纤维碰撞算法,利用RSA算法建立了SFRP的细观单胞有限元模型,并实现了参数化建模。3)利用Halpin-Tsai方程、RVE方法和MSG方法对SFRP的细观单胞模型进行了均匀化处理,对比了三种方法预测的弹性常数和计算效率。验证了MSG方法在预测SFRP等效弹性性能上的优异性。详细讨论了纤维体积分数、纤维长径比、纤维偏向角、纤维长度标准差对SFRP细观模型的等效弹性常数的影响。结果显示SFRP的等效弹性性能主要受纤维体积分数和纤维取向的影响。4)基于层次法的多尺度分析方法,开展了SFRP细观模型的强度分析,与实验数据进行了对比,发现应力-应变曲线形态两者比较接近,但是预测的强度值与实验有一定偏差,进一步获得了基于细观模型的宏观性能参数,并对基于SFRP的宏观点阵夹芯结构进行了面外压缩下的虚拟仿真实验。