磁电复合材料的力学实验与理论研究进展

磁电复合材料同时具备铁磁、铁电性,并且具有磁电耦合效应,在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储等领域有着广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点。本文对磁电复合材料在力电磁多场耦合下的力学行为研究的最新进展进行总结和回顾。着重介绍磁电复合材料的磁电耦合效应实验以及多场耦合微纳米力学实验仪器的研制和表征方法。同时,也阐述了磁电复合材料在多场耦合本构理论、失效断裂理论以及多尺度计算方面的研究进展。最后,总结已有研究存在的不足,就目前有待解决科学问题的进一步研究提出建议。     

木材顺纹弹性模量的细观分析

 通过对10年生火炬松17号、50号家系的抗弯弹性模量(MOE)测试和 分析，以及速生材水杉、欧美杨的数据验证，说明，对于早晚材区别明 显的木材，单层复合材料细观力学的混合理论适用于其顺纹弹性模量的 分析，EL=E早+(E晚-E早)V晚, MOE随V晚的增大而增大. 另外还表明，早晚 材区别明显的木材本身可假定是一种由早、晚材复合而成的单层复合材 料. 短周期工业用速生材的MOE变异性较大，混合律不仅解释了这种变 异性，而且可以实现$MOE$的预测.     

HT-7U超导托卡马克装置极向场线圈的等效弹性常数及其残余刚度

HT－7装置的超导极向场线圈由导管，超导材料和绝缘体组合而成，具有复杂的正交各向异性的性质。本文从微观力学的观点出发，将极向场线圈整体作为一种复合材料来考虑，采用微观力学的复合律和损伤力学的细观损伤模型，求出了极向场线圈的等效弹性常数和残余刚度；并且，残余刚度的计算结果已得到了实验验证。这些材料特性已被用于有限元分析的输入数据。     

基于近场动力学理论的单层板损伤分析方法

基于键基近场动力学理论（PD）构建复合材料的单层板模型，在本构方程中引入连续变化的键刚度，以表示复合材料中与纤维夹角相关的力学性能的变化。推导了与复合材料主方向热膨胀系数相关的任意方向的热膨胀系数，为热载荷的施加提供理论支持，将热载荷和力学载荷统一于本构方程中。最后，对预先存在裂纹的单层板进行裂纹扩展模式的仿真，得到预期的仿真结果，并与已有实验结果对比验证模型的有效性。     

在理论力学教学中引入与自行车有关的力学分析

在理论力学教学中引入与自行车有关的力学分析李文玲，刘元懿（西安建筑科技大学基础部，西安７１００５５）（合肥工业大学，合肥２３０００９）理论力学课程在工程和现代科技中有广泛应用，它还可以应用于丰富多彩的文娱、体育，以及日常生活中．如踢足球、打高尔夫球、...     

卫星用复合材料压力容器力学特性研究

为了研究航天复合材料压力容器内衬与复合材料双层壳体的力学特性,通过优化复合材料网格理论算法,针对钛合金内衬(TC4)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料压力容器进行了应力应变特性分析.以纤维预紧应力为自变量,研究其对内衬/纤维双层壳体在预紧压力、工作压力、验证压力和爆破压力下应力的影响,提出了优化设计的解析解法,指出内衬与复合层力学特性对容器性能的影响机理,为结构设计和同类产品设计提供了计算方法和理论指导.     

分数维空间中的损伤力学研究初探

结合损伤力学和分形几何理论，给出分数维空间中分形损伤变量定义ω（ｄ，ζ）及其解析表达式．指出欧氏空间损伤变量ω０实际是分数维空间分形损伤变量ω（ｄ，ζ）当维数取Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ维数时的一种特例，将欧氏空间损伤变量定义推广到分数维空间，建立起一种兼顾反映损伤细观结构效应和宏观损伤力学分析需要的损伤定义与描述方法．在此基础上，推导了材料损伤演化律和损伤本构关系的分形表达形式．作为例证，文中分析了单调压缩载荷下混凝土损伤及演化行为．实验对比分析表明：分形损伤模型较好地反映了混凝土实际损伤力学行为．     

有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析

有限元计算细观力学的发展是近十年来细观计算力学发展的主要特征和推动力．本文综述了有限元计算细观力学近十年来应用于复合材料力学行为分析研究方面的进展．介绍了基本的数值模型和计算方法，重点评述了强度和损伤等协同效应问题上的最新研究成果．最后对有限元计算细观力学应用于材料设计的前景做了展望     

含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析

天然气水合物开采诱发水合物分解,削弱水合物地层强度,可能导致地层滑动和生产平台倒塌等工程地质灾害,对水合物开采安全性构成严重威胁.深入理解含水合物沉积物力学性质并建立合理的本构关系模型是水合物开采安全性评价的前提条件.在自主研发的含水合物沉积物力学性质测试实验装置上,采用饱和水海砂沉积物气体扩散法制备了含水合物沉积物样品,并开展了系列的排水三轴剪切试验,通过时域反射技术实现了样品中水合物饱和度的实时在线测量;基于复合材料的罗伊斯(Reuss)应力串联模型和沃伊特(Voigt)应变并联模型提出了含水合物沉积物等效弹性模量的细观力学混合律模型,结合损伤统计理论和摩尔-库伦破坏准则改进了含水合物沉积物的本构关系模型.结果表明:随着水合物饱和度的增加和有效围压的减小,应力-应变曲线由应变硬化型变为应变软化型,割线模量和峰值强度均随水合物饱和度与有效围压的增加而提高,黏聚力受水合物饱和度影响明显,而内摩擦角基本不变;提出的等效弹性模量细观力学混合律模型与改进的本构关系模型均具有良好的适用性,模型参数少且物理意义明确.      

1-3型压电纤维复合材料的细观力学模型及其力电宏观参数研究

基于均匀场理论和细观力学方法提出了弹簧串并联模型和电容串并联模型来分别描述1-3型压电纤维复合材料的力学性能和电学性能,并采用此模型对压电复合材料的宏观力学和电学性能参数进行了预报。在沿着纤维方向,采用并联模型来描述1-3型压电纤维复合材料的力学和电学特性,因为在这个方向上压电纤维和基体连续并联分布;在垂直纤维方向,模型既含有串联部分又含有并联部分,从而对整体而言形成了混合串并联模型。算例结果相互比较表明该模型对1-3型压电纤维复合材料有准确的描述。     

非局部弹性理论概述及在当代材料背景下的一些进展

局部作用原理在发展经典连续介质力学的本构关系中起着重要的作用，由此导出的简单物质理论得到了广泛的应用．然而，随着科技的发展，各种具有微结构的新材料不断涌现，理论和实验表明，非局部理论可以更好地刻画这些材料的宏观力学行为．本文简要介绍了一些传统的非局部弹性理论，包括Eringen 理论、Kunin 理论、Mindlin 理论；阐述了针对复合材料发展的，具有时间-空间非局部特征的Willis 方程、最新的时间-空间耦合非局部弹性动力学理论以及近场动力学理论．时间-空间非局部理论反映了复合材料宏观性能固有的非局部特征，而具有空间非局部特征的近场动力学理论便于处理具有不连续性的问题．最后，本文讨论了非局部理论的发展中值得关注的一些问题.     

理论力学研究性教学新探索:刚体运动基点法公式与连续介质速度场分解

基础力学课程体系是现代工程教育的重要基础。理论力学作为力学课程体系的起点，提供了力学基本概念和原理。一方面，以离散体系(质点/刚体)为研究对象的理论力学与以连续体系(介质/变形微元体)为对象的连续介质力学，它们之间既存在密切联系又差异明显；另一方面，源于理论/经典力学的动力系统理论和非线性科学研究对应用力学学科产生了广泛影响。围绕这两个侧面，作者将在《理论力学研究性教学新探索》系列教研论文中阐释它们之间的联系。本篇探讨刚体运动基点法公式和连续介质速度场分解之间的关系，它们分别给出刚体模型和连续介质模型的速度分布规律，前者依赖刚体转动角速度矢量，而后者由速度梯度张量所刻画。本文将说明，两者存在对应理论关系，且刚体基点法公式是连续介质速度场分解的退化形式，即忽略变形效应。     

考虑碳纳米管非均匀分布的复合材料电导率计算

碳纳米管作为导电相在机敏复合材料中广泛应用，但碳纳米管为团簇材料，在基体中很难均匀分散。本文考虑碳纳米管的非均匀分布特性，提出了计算碳纳米管复合材料电导率的数值方法。通过引入随机谐和函数，建立了碳纳米管体积分数的三维随机场模型。基于细观力学的有效介质理论、Mori-Tanaka方法和H-S界限理论，考虑碳纳米管之间的隧穿效应，发展了复合材料微小体积单元的电导率计算方法。在此基础上，构建了考虑碳纳米管非均匀分布的复合材料等效电导率三维有限元计算模型。数值分析结果与试验值能够很好吻合，表明这一方法可以准确计算碳纳米管复合材料的电导率。本文进一步分析了碳纳米管非均匀分布对复合材料电导率的影响。     

有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析

有限元计算细观力学的发展是近十年来细观计算力学发展的主要特征和推动力．本文综述了有限元计算细观力学近十年来应用于复合材料力学行为分析研究方面的进展．介绍了基本的数值模型和计算方法,重点评述了强度和损伤等协同效应问题上的最新研究成果．最后对有限元计算细观力学应用于材料设计的前景做了展望      

结构破坏的尺度律

文中综述了结构破坏的尺度律和尺寸效应的研究进展,尤其将重点放在准脆性材料的分析上,因为它们的尺寸效应是重要和复杂的．在回顾了尺寸效应研究的悠远发展史以后。着重讨论了三种主要类型的尺寸效应,即由于强度随机性引起的统计尺寸效应、能量释放的尺寸效应和由于微裂纹或断裂的分形特性可能引起的尺寸效应．得出了这些理论应用的明确结论．之后讨论了如何运用已知的尺寸效应律来测量材料的断裂特性,并采用内聚裂纹模型（cohesivecrackmodel）、非局域化有限元模型和离散元模型等对尺寸效应进行模化．文中还进而分析了尺寸效应在压缩失效和车相关材料行为下的有关问题,并讨论了在断裂扩展区描述含微裂纹材料所需的损伤本构关系．最后也讨论了尺寸效应对准脆性材料的多种应用,这些材料包括,如混凝土、海冰、纤维复合材料、岩石和陶瓷等．本文包含了参考文献377篇     

复合材料结构力学

复合材料结构力学研究复合材料的杆、板、壳及其组合结构的应力分析、变形、稳定和振动等各种力学问题,在广义上属于复合材料力学的一个分支。由于其内容丰富,问题重要和研究对象不同,已成为和研究复合材料力学问题的狭义复合材料力学并列的学科分支。Ⅰ.复合材料结构的力学特点      

压电智能复合材料层合梁的力电耦合模型及层间应力分析

由于非凡的物理性能，石墨烯纳米片(GPL)被认为是最有吸引力的复合材料增强材料之一.GPL增强材料可以明显提高聚偏氟乙烯(PVDF)压电性能和力学性能.在力电载荷作用下，对含均匀石墨烯薄片增强(GSR)智能压电复合材料层合梁层间应力预测至关重要.若对受到力电耦合作用且层与层之间材料性能突变的压电层合梁层间剪切变形预测有误，则其层间应力过大可能导致层间失效.因此，论文提出一种适于分析此类问题且满足层与层之间相容性条件的有效力电耦合模型，用于含GSR致动器的复合材料层合梁层间应力分析.应用Reissner混合变分原理(RMVT),可以提高考虑力电耦合效应的横向剪应力预测精度.三维(3D)弹性理论和所选模型计算结果将用于评估所提梁模型性能.此外，还从力电载荷、压电层厚度、石墨烯体积分数和长厚比等方面对含GSR致动器复合材料层合梁力学响应特性进行了系统的研究.     

石墨烯及其复合材料纳米力学研究进展

石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体,是目前已知最薄但却有着极高强度的纳米材料。由于在强度、导热性、电子输运和光学上显示出不同寻常的特性,石墨烯迅速成为材料科学、物理、化学和力学等学科的研究热点。与此同时,石墨烯复合材料的研究也迅速兴起。本文综述了近年来石墨烯及其复合材料的力学特性的研究进展。根据力学行为的差异,我们主要阐述了石墨烯面内力学特性、离面力学特性、原子尺度修饰和石墨烯复合材料力学特性的研究进展：石墨烯的面内拉伸力学特性通过纳米压痕等技术得到了测量,其断裂行为在微纳尺度下不能完全使用连续介质力学模型进行解释,在多层石墨烯情况下会出现超润滑现象;石墨烯的可控离面位移对于改变其物理特性有重要的意义,石墨烯上的屈曲受到手性和尺度的影响,在高频器件中存在着非连续性的离面响应;适当的原子尺度修饰可以改善石墨烯的拉伸和扭转力学特性;石墨烯可以改善复合材料的力学特性,如提高强度、韧性等,其主要强化效应是通过与基体材料的离面、面内力学行为结合产生的。最后,本文对石墨烯及其复合材料的力学研究进行了总结和展望。     

复合材料层板的抗贯穿机理与模拟研究

为了研究树脂基纤维增强复合材料层板的抗侵彻贯穿机理和动态力学行为与抗侵彻毁伤的关系, 通过球形破片模拟弹贯穿实验表征了复合材料层板抗高速侵彻的吸能特性;通过高速摄影技术分析了层板 贯穿过程的瞬态变形失效特点;采用CT扫描成像及SEM 电镜分析等手段研究了复合材料层板的抗贯穿破 坏耗能模式。实验结果显示,高速冲击下层板抗贯穿吸能与入射速度成正比;高速侵彻过程是复合材料层板 高应变率变形的动态过程,高应变率动态力学行为对复合层板抗贯穿吸能特性影响显著;冲击波在层板中的 传播特性决定了不同破坏模式阶段的划分以及损伤区域的范围。基于复合层板高速贯穿下的动力学瞬态分 析,建立了复合层板抗高速侵彻吸能的两阶段动态破坏模型,模型计算值与实验值符合良好。研究结果表明, 应变率效应与惯性效应在复合材料层板抗侵彻性能分析中是不可忽视的2个关键因素。     

形状记忆聚合物力学行为及其物理机制

形状记忆聚合物是一类环境响应主动形变智能软材料,是智能材料与结构领域的新兴研究内容之一。宏观概括其物理和力学行为的研究热点,主要包括三个方面：材料与环境之间的信息交换（如热量、能量等）,主动形变控制（如驱动方法、形变行为本构建模等）,软材料及其结构力学（如相变/转变热力学、复合材料设计等）。形状记忆聚合物的记忆效应源于分子链段本征结构的热运动,受外场激励影响,是分子链段结构（包括构型和构象）松弛行为的宏观表象,遵循Arrhenius定律。本文从物理和力学两方面讨论了形状记忆聚合物的分子链段热力学行为及其熵弹效应、分子结构松弛力学行为、环境效应记忆行为的物理和力学机制,系统地对形状记忆聚合物分子结构本征属性及其物理机理、记忆效应转变机制及其力学内涵、温度记忆效应、多场耦合效应响应行为等热点和难点问题进行了分析和讨论。最后,论文展望了形状记忆聚合物力学行为研究的未来发展方向。