考虑损伤界面的多相复合材料总体平均力学性能的预测

在广义自洽有限元迭代法￣［１］的基础上研究了损伤界面对多相复合材料的总体平均横向力学性能的影响。给出了对于不同体分比和损伤界面性质的典型复合材料的数值结果。数值分析表明损伤界面的厚度及其损伤程度对复合材料总体平均横向平面应变体积模量和剪切模量有显著影响。本文还计算了损伤界面区域的局部应力场。     

内聚力界面单元与复合材料的界面损伤分析

推导了一种基于内聚力模型无厚的界面单元,用来模拟复合材料纤维与基体之间的界面层．研究了纤维周期分布的复合材料受横向荷载时,在界面不同的强韧性条件下其界面损伤演化的规律和对复合材料整体性质的影响     

纤维复合材料损伤过程的数值模拟

利用界面断裂力学和有限元法数值模拟纤维增强复合材料的细观损伤过程，研究各种主要破坏模式之间的相互转变和影响，指出以断裂能和混合度表示的界面性能是控制复合材料损伤过程的主要细观参数。分析了界面韧度对破坏性能的影响，探讨了基于破坏模式控制的复合材料韧度设计的新途径。     

界面对多相介质平均弹性性能和应力场的影响

在建立多相介质夹杂问题的自治模型基础上，应用自治有限元法研究了多相介质的平均弹性性能问题，通过数例讨论了在不同体分比下，界面对多相介质总体平均弹性性能的影响，结果表明，界面厚度对多相介质横向平均剪切模量和横向平均体积模量有明显的影响，而对纵向平均拉伸模量影响不大。为了进一步研究界面破坏特征，本文还分析了多相介质界面区域的应力场。     

基于构型力内变量的界面损伤问题研究

本文基于材料构型力的基本理论和损伤力学中含有内变量的热力学框架,提出了新的损伤变量定义方式,为研究界面损伤问题提供了一种新思路。首先,基于双相弹性体的能量分析,给出界面材料构型力表达式,通过构型力的离散化方法,实现了其在有限元中的数值计算。其次,定义构型力为界面损伤内变量,进而提出一种新的损伤演化模型,并采用刚度劣化的方法,对该界面损伤模型进行数值实现。最后,通过对复合材料界面损伤问题（有裂纹或无裂纹）进行数值模拟,分析了其界面损伤发展趋势,探讨了此模型的合理性和优越性。基于构型力内变量的界面损伤模型,可为研究复合材料的界面损伤失效问题提供一种普适性的方法。     

界面对多相介质平均弹性性能和应力场的影响

在建立多相介质夹杂问题的自洽模型基础上，应用自洽有限元法研究了多相介质的平均弹性性能问题，通过数例讨论了在不同体分比下，界面对多相介质总体平均弹性性能的影响，结果表明，界面厚度对多相介质横向平均剪切模量和横向平均体积模量有明显的影响，而对纵向平均拉伸模量影响不大。为了进一步研究界面破坏特征，本文还分析了多相分质界面区域的应力场。     

材料强度对层板抗弹性能和损伤特性的影响

根据纤维增强复合材料宏细观结构特征,基于ABAQUS软件平台,建立了层合板高速冲击损伤三维有限元分析模型。该模型在复合材料层间引入界面单元模拟层间分层,采用三维粘弹性本构,结合Hashin失效准则模拟单层板面内损伤.利用该模型,深入研究了复合材料层板的抗弹性能和损伤特性,数值分析结果与实验结果吻合良好,证明了该方法的合理有效性。通过数值分析,详细探讨了材料强度参数对层板抗弹性能和损伤特性的影响规律,获得了一些有价值的结论。     

金属基复合材料的强度与损伤分析

用细观计算力学的方法分析了金属基复合材料(MMC)多重损伤与强度的关系,采用唯象的内聚力模型模拟纤维/基体界面的脱粘和采用G-T模型描述韧性基体的损伤.并用上述模型分析了长纤维增强MMC在横向荷载作用下损伤演化的规律,讨论了不同界面性质与材料强度及损伤、破坏模式之间的关系.     

纤维增强复合材料界面的力学行为

研究材料的界面和表面的力学行为与破坏机理,是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一,而复合材料界面问题更有其自身的特殊性和复杂性。本文结合笔者的研究工作重点讨论了纤维复合材料界面力学的共性问题,阐述了复合材料界面的性质、复合材料界面的力学模型和理论、界面力学表征的实验研究、界面损伤破坏机理、界面对复合材料力学性能的影响等5个方面。     

界面及热残余应力对超磁致伸缩复合材料有效性能的影响

本文基于Mori-Tanaka理论，考虑了界面相对超磁致伸缩复合材料的有效性能的影响，得到了具有界面相的超磁致伸缩复合材料的有效性能的一般解析表达。考虑到固化过程中热残余应力对超磁致伸缩复合材料有效性能的影响，通过数值计算，给出超磁致伸缩复合材料有效弹性模量、有效磁致伸缩应变及有效热膨胀系数随夹杂物长径比、体分比、界面参数和固化热残余应力的变化特征曲线，数值结果表明：界面和固化热残余应力对于超磁致复合材料有效性能的影响是显著的。     

非理想界面对三相复合材料应力场的影响

对非理想界面的三相复合材料,提出了计算弹性应力场的微观力学模型,在适当的简化假设下,对带界相的颗粒增强和纤维增强复合材料,得到了应力场的计算公式。以剪切载荷为例给出了数值例子。给出的数值结果表明非理想界面对三相复合材料应力场的影响。     

金属基复合材料和强度与损伤分析

用观察计算力学的方法分析了金属基复合材料（ＭＭＣ）多重损伤与强度的关系,采用唯象的内聚力模型模拟纤维／基体界面的脱粘和采用Ｇ－Ｔ模型描述韧性基体的损伤。并用上述模型分析了长纤维增强ＭＭＣ在横向荷载作用下损伤演化的规律,讨论了不同界面性质与材料强度及损伤、破坏模式之间的关系。     

复合材料层板分层伴以横向裂纹扩展的三维有限元分析

本文采用三维有限元模型,对典型铺设的[0_2/±45_2/90_2]_s碳/环氧复合材料层板中分层伴以横向裂纹的产生和扩展导致的层间应力分布进行了分析。计算结果表明层间裂纹首先在90°层中部出现并开裂至相邻界面处而产生横向裂纹,横向裂纹的出现引起局部分层按三角形状扩展;并指出分层损伤过程是一个主导性的稳定扩展过程,这是导致刚度下降的主要因素。最后,数值计算结果与实验结果比较,两者是吻合的。     

含界面脱粘压电复合材料层合板的非线性动力稳定性分析

基于Reddy提出的板高阶剪切变形简化理论,研究了含界面脱粘损伤压电复合材料层合板非线性动力稳定性问题.首先,建立了分层模型,推导了考虑几何非线性、阻尼效应、纵向惯性力和力-电耦合效应的Mathieu方程,并且给出了该方程解的解析表达式.其次,通过典型算例讨论了界面脱粘损伤以及反馈控制力对该层合板动力不稳定区域、纵向、横向共振频率和最大"牵引"深度的影响.由典型算例讨论可知:随着层合板界面脱粘损伤的扩大,其动力稳定性能逐渐减弱,其中在损伤较小时,反馈控制力对智能结构几乎没有影响;而在损伤比较大的情况下,反馈控制力将能有效地减少动力不稳定区域重合面积.     

含脱层损伤复合材料层合梁的冲击动力屈曲

针对含初始缺陷和脱层损伤的复合材料层合梁的轴向冲击动力屈曲问题进行了分析。基于Hamilton原理导出了考虑初始缺陷、轴向和横向惯性、横向剪切变形以及转动惯性影响时含脱层损伤复合材料梁的非线性动力屈曲控制方程;基于B-R准则,采用有限差分方法求解了受轴向冲击载荷作用下含脱层损伤复合材料梁的动力屈曲问题;讨论了冲击速度、初始几何缺陷、铺层角度以及脱层长度等因素对复合材料层合梁动力屈曲的影响。     

拉-拉循环荷载作用下的界面脱粘研究

应用弹性力学和断裂力学基本理论，基于剪滞模型，研究了纤维增强复合材料中纤维与基体界面在拉-拉循环荷载作用下的疲劳脱粘特性。建立了描述疲劳裂纹扩展的等效Paris公式，得到了界面疲劳脱粘扩展速率、脱粘应力以及脱粘界面的摩擦系数与循环加载次数的关系式。通过数值模拟计算，进一步分析了界面疲劳脱粘的力学机理。本文分析，考虑了疲劳加载引起的脱粘界面的损伤及损伤分布的不均匀性。同时还考虑了材料泊松比的影响。     

含柔性涂层的颗粒增强复合材料弹性模量估计

采用线弹簧型弱界面模型来模拟柔性涂层,研究柔性涂层对复合材料宏观弹性模量的影响。首先利用Mori-Tanaka方法和弱界面球形夹杂问题的弹性解,获得单夹杂内部的平均应力和平均应变,进而求得具有柔性涂层的复合材料的宏观弹性模量,并研究界面柔度对复合材料弹性模量的影响。     

轴对称圆柱界面裂纹的应力奇异性

复合材料中,纤维与基体的界面脱粘是复合材料细观损伤的基本形式之一。复合材料界面粘结强度对复合材料的宏观力学性能有重要的影响。复合材料界面断裂韧性的定义与测试要求对圆柱界面裂纹尖端应力场的奇异性有充分的了解。本文对轴对称圆柱界面裂纹的应力奇异性采用逐步近法作了近似的分析,文中对获得的所似结果作了较深入的讨论。     

纤维复合材料界面横向拉伸分析

以单纤维十字型横向拉伸试验为研究对象,对纤维/基体界面采用弹性-软化双线性内聚力模型,建立了纤维复合材料在横向拉伸作用下界面法向失效过程的解析模型。得到了沿纤维/基体圆周界面的法向应力分布,纤维/基体界面的状态与界面承载力和单纤维复合材料承载力的关系,以及内聚力参数和试件几何尺寸对它们的影响。结果表明:纤维/基体圆周界面在脱粘前经历全部弹性及弹性+软化两种状态;当界面为弹性状态时,界面法向应力随界面强度线性增加;当界面为弹性+软化状态时,界面软化范围随界面裂纹萌生位移的增加而增大;界面初始脱粘位置与拉伸荷载方向重合;界面初始脱粘时的界面承载力随界面强度及界面裂纹萌生位移的增加而增加,随界面裂纹生成位移的增加而降低;单纤维复合材料的脱粘荷载受基体截面尺寸的影响,当纤维体积含量相同时,沿荷载方向截面尺寸的增大对提高脱粘荷载更显著。     

含共晶界面陶瓷复合材料的损伤应变场分析

研究了含共晶界面陶瓷复合材料的损伤应变场及其尺度效应。根据含共晶界面复合陶瓷的细观结构特性,利用含共晶界面陶瓷复合材料中三相胞元内的应力场分布规律,得出棒状共晶体内的无损应变场分布规律。针对棒状共晶体内存在损伤的现象,通过引入损伤变量,利用三相模型法得到了棒状共晶体内存在损伤时的应变场分布规律;根据应变和纤维状夹杂直径之间的关系,分析了棒状共晶体内的损伤应变场及其尺度效应。结果表明,含共晶界面陶瓷复合材料内三相胞元中基体、界面相和纤维夹杂内的损伤应变场对纤维夹杂直径具有明显的尺度效应。