织物及织物复合材料本构理论与试验研究进展

织物复合材料具有高的抗损伤性, 各方向的性能优于层合复合材料, 因而引起人们的重视. 织物增强复合材料由于其高比强度、易于制造和充分发展的织物技术等优点使其已经广泛用 于航空、汽车和运动产品. 由于使用这些材料越来越普遍, 自动化生产替代了手工生产, 用 精确的方法模拟材料的变形是必不可少的. 为了精确的反映材料的行为, 那么就需要描述材 料力学性质的本构方程,而作为验证本构模型的试验是伴随着本构模型的发展而发展的. 本文首先综述了织物及织物复合材料的发展和现状, 接着重点介绍了织物及织物复合材料的本构理论的研究发展, 并对织物及织物复合材料的斜拉伸试验、像框试 验等内容进行了介绍. 最后根据织物复合材料的最新进展对其未来的发展趋势进行了展望.     

混凝土材料动态性能的经验公式、强度理论与唯象本构模型

混凝土是一种应用广泛的结构工程材料, 其材料组份复杂、变化因素多, 因而力学 特性也复杂多变. 动\linebreak 态/强冲击载荷作用下, 还涉及了材料应变率敏感效应和静水 压力相关特性等诸多影响因素, 使得其本构理论的研究更加困难. 本文中, 回顾了 近20多年来混凝土材料动态力学特性和本构关系研究方面的进展状况, 主要总结了 混凝土材料动态本构特性研究中的经验公式、强度理论和本构模型, 并在分析 比较的基础上给出了相应的讨论和评述.     

具确定弱区域正交各向异性薄板的弹塑性屈曲分析

基于弹塑性力学和损伤理论,建立了一个与应力球张量有关的具损伤正交各向异性材料的混合硬化屈服准则,该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构,在此基础上,建立了正交各向异性材料的增量型和全量型弹塑性损伤本构方程,并以具确定弱区域正交各向异性矩形薄板为例,根据屈曲时的能量准则和全量理论,以等效塑性应变为内变量,对其弹塑性屈曲问题进行了分析,讨论了几何参数和弱区域对正交各向异性薄板弹塑性屈曲临界应力的影响.     

圆柱壳撞水时的弹塑性动力屈曲研究

本文研究圆柱壳在流固中冲击载荷下的弹塑性动力曲问题。建立了液体－气体－固体三相的数学模型。其中结构部分控制方程由弹塑性力学中关于加速度的最小原理获得，本构关系采用增量理论，液体假设为不可压缩，空气层认为最等熵压缩。分别讨论了不同冲击高度时压力变化规律，屈曲对载荷的影响。屈曲沿壳长的分布及发展规律等。     

心肌细胞大变形黏弹性模型及在实验中的应用

在衡量单个细胞力学行为的研究中，越来越多地采用结合实验的数值模拟方法. 在连续 介质力学框架下，发展了一种新的心肌细胞本构模型，并与微管吮吸实验结合，探讨了心肌 细胞的力学特性. 本构模型是对普遍使用的仅能用于小变形分析的标准线性固体模型 的一种扩展，它将超弹性性能引入到黏弹性模型中，用以描述细胞的大变形黏弹性效应. 基 于改进的本构模型，对心肌细胞微管吮吸实验过程进行了有限元模拟，并将计算结果与实验 结果以及经典理论解进行了对比. 结果显示发展的本构模型适合细胞大变形问题的有限 元数值模拟.     

正交各向异性材料的弹塑性损伤本构关系

基于弹塑性力学和损伤理论，建立了一个与应力球张量有关的正交各向异性材料的混合 硬化屈服准则，该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构，在此基础上，进而建 立了混合硬化正交各向异性材料的增量型弹塑性损伤本构方程，并以具局部损伤的正交各向 异性矩形薄板为例，采用Galerkin法和迭代法，对其弹塑性屈曲问题进行了分析，讨论了局 部损伤对正交各向异性矩形薄板弹塑性屈曲临界应力的影响.     

考虑温度效应的沥青混合料粘弹性力学模型

提出一种同时考虑时间和温度效应的沥青混合料本构模型,基于传统的Burgers模型,得到新模型的粘弹性力学参量.采用4种温度下的实验数据对模型参数进行标定,运用新的本构模型对实验结果进行拟合,拟合曲线比传统的Burgers模型拟合曲线更加吻合实验数据,能更好地反应沥青混合料的物理力学行为,同时新模型的物理意义更明确.本模型为进一步研究沥青路面的路用性能和破坏机理提供了新的理论工具,丰富了粘弹性力学理论.     

多孔介质的热-电-化-力学耦合理论及应用

本文针对自然界中不同种类的多孔介质,评述了包含化学效应的多场耦合力学问题的国外内研究现状.介绍了研究多场耦合问题的理论架构,并基于Biot唯象理论和热力学理论,建立了一般性的热-电-化-力学多场耦合理论,在此基础上,以化学-力学耦合理论为特例,利用相应的控制方程和本构关系,给出了线性耦合系统的变分原理,并证明了化学-力学耦合理论架构的封闭性.基于所提出的化-力耦合模型,通过数值算例解释了多孔介质中的化学-力学耦合现象.最后对多孔介质,特别是对活体生物软组织中的多场耦合研究中存在的问题进行了讨论,并展望了本领域的未来发展趋势.     

闭孔泡沫铝的多轴唯象受压本构参数

基于显微计算机断层扫描影像信息, 逆向重建闭孔泡沫铝试件的三维细观有限元模型, 定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为. 讨论了泡沫金属唯象弹塑性本构参数的确定方法, 根据计算结果确定了3 个有代表性的泡沫材料本构模型的本构参数, 并验证了这些本构模型在描述多轴压缩应力状态下的精度. 研究表明, 对于单轴压缩, 3 个本构模型的屈服面均有很好的精度;对于静水压缩, 有限元软件"ABAQUS"的可压缩泡沫本构模型屈服面会发生严重偏离, 陈-卢本构模型"屈服面" 略微低估静水压缩的屈服应力, 而体积强化本构模型的屈服面有很好的精度.     

织物中的力学问题

 织物既结实又柔软，用力学的术语讲，是织物的拉伸强度较高、 弯曲刚度很低且容易屈曲(褶皱),这使得用织物做成的衣服穿起来既 耐穿又舒服. 织物的这些优良特性源于纱线的纤维丛结构和织物的 编织结构. 对织物力学性质的深入研究使得“试衣系统”的研制成为 可能. “试衣系统”将会带来一个更加张扬个性、更加五彩缤纷的着 装新时代.     

结构静动力屈曲问题研究进展

近几十年来，结构的静动力屈曲问题一直是力学工作者极为关注的一个前沿课题．本文总结和综述了这一研究领域的几个基本问题：屈曲问题的分类、动态屈曲问题的特点及其特征量；介绍了屈曲问题的处理方法和目前已取得的成果；总结评述了人们关心的热点问题；屈曲问题的模型分析和实验技术、动态屈曲判别准则．     

A micro-mechanical model of knitted fabric and its application to the analysis of buckling under tension in wale direction： buckling analysis

With the aid of the micro-mechanical model of knitted fabric proposed in Part 1 we analyze the buckling of a knitted fabric sheet when it is subjected to a tension along the wale direction. The large deformation of the fabric sheet in the critical configuration is considered and, to avoid possible deviation due to the approximation of the theory of thin plate, the three-dimensional theory of instability is used. The fabric sheet is considered as a three-dimensional body and all boundary conditions are satisfied. It is shown that the buckling of the fabric sheet is possible, two buckling modes and the corresponding buckling conditions are obtained, but only the flexural mode is physically possible as observed in experiments.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10272079)     

Buckling analysis of plain knitted fabric sheets under simple shear in an arbitrary direction

Knitting structures make plain knitted fabric different from woven fabric. With the aid of a micro-constitutive model the buckling of a knitted fabric sheet subjected to simple shear in an arbitrary direction is investigated. The large deformation of the fabric sheet in its critical configuration is considered. The theory of stability for finite deformations is applied to the analysis. All the stress boundary conditions of the knitted fabric sheet are satisfied. An equation for determining the buckling direction angle is derived. It is shown that there are two possible buckling modes: a flexural mode and a barreling mode. The buckling conditions for the two modes are also obtained, respectively. A numerical calculation reveals that only the flexural mode can occur, which agrees with experimental observations.     

关于结构限制失稳的研究进展

限制失稳是指构件失稳时其屈曲变形不能自由发展而受到某种限制性约束的失稳,有时又称单向失稳、接触失稳、约束失稳.这类问题在工业中有大量应用,也是固体力学中的一个经典问题.最常见的实例如应用于地下管道、隧道、压力容器、核反应堆安全壳中的薄衬壳,当薄衬壳发生屈曲时,由于受到外壁的约束,其屈曲行为和一般的壳体屈曲行为不同,这就需要我们发展新的研究方法.另外如受钻井套管横向约束的钻柱的屈曲,复合材料的分层屈曲,电子元器件中的镀层屈曲等也属于限制失稳的范畴.限制失稳问题因其涉及接触问题、单向屈曲、非保守问题等而显得十分复杂,一直没有得到很好的解决.从近年来文献看,限制失稳的研究多集中在压杆、圆环的研究,板、壳的研究相对较少.本文首先简单介绍了限制失稳的一般概念,指出存在的限制约束对结构屈曲特性的影响.然后分别介绍了对于杆、环、板、壳的 受限制失稳的研究进展.最后提出了需要进一步深入研究的问题.图11参75     

单壁碳纳米管屈曲的原子/连续介质混合模型

用数学和力学研究所，上海 200072)//力学学报.--2004,36(6).--744～748 提供了一种运用原子/连续介质混合(hybrid atomic/continuum,HAC)方法解决纳米力学问题的思路. 通过在连续介质力学模型中引入利用分子力学方法获得物性参数，建立了预测单壁碳纳米管临界屈曲参数的HAC模型. 结果表明, HAC模型具有与连续介质力学模型可比拟的简洁性, 同时可表征纳米管微观结构特征对屈曲参数的影响. 计算结果表明，Zigzag纳米管的抗屈曲性能优于Armchair纳米管. 基于Tersoff-Brenner作用势的分子动力学结果证实了这一结论.     

Buckling behavior of perfect and defective DWCNTs under axial, bending and torsional loadings via a structural mechanics approach

The buckling behavior of perfect and defective double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) under axial compressive, torsional and bending loadings is investigated using a structural mechanics model. The effects of van der Waals (vdW) forces are further modeled using a nonlinear spring element. Critical buckling loads, critical buckling moments and the effects of vacancy defects were studied for armchair nanotubes with various aspect ratios. The results show that vacancy defects greatly reduce the critical buckling load of DWCNTs. The density of defects plays an important role in buckling of DWCNTs. The results of this numerical model are in good agreement with their comparable existing works.     

基于实验的反演识别方法及其在材料力学性能研究中的应用

本文介绍了基于实验的反演识别方法,综述了该方法在材料力学以及界面力学性能研究中的应用.内容包括:讨论了基于实验反演识别整体化策略与若干关键技术,比较了几种识别算法的优缺点,给出了在金属基复合材料界面力学损伤与破坏及考虑时间效应的粘接界面力学模型与实验表征方面的应用,简介了在其它材料力学性能研究等方面取得的进展.最后,对该实验分析方法发展趋势进行简要评述.     

Prediction of buckling characteristics of carbon nanotubes

In this paper, to investigate the buckling characteristics of carbon nanotubes, an equivalent beam model is first constructed. The molecular mechanics potentials in a C–C covalent bond are transformed into the form of equivalent strain energy stored in a three dimensional (3D) virtual beam element connecting two carbon atoms. Then, the equivalent stiffness parameters of the beam element can be estimated from the force field constants of the molecular mechanics theory. To evaluate the buckling loads of multi-walled carbon nanotubes, the effects of van-der Waals forces are further modeled using a newly proposed rod element. Then, the buckling characteristics of nanotubes can be easily obtained using a 3D beam and rod model of the traditional finite element method (FEM). The results of this numerical model are in good agreement with some previous results, such as those obtained from molecular dynamics computations. This method, designated as molecular structural mechanics approach, is thus proved to be an efficient means to predict the buckling characteristics of carbon nanotubes. Moreover, in the case of nanotubes with large length/diameter, the validity of Euler’s beam buckling theory and a shell model with the proper material properties defined from the results of present 3D FEM beam model is investigated to reduce the computational cost. The results of these simple theoretical models are found to agree well with the existing experimental results.     

双层碳纳米管在扭矩作用下的屈曲

考虑双层碳纳米管层间范德华力的作用,利用连续介质力学的壳体理论,建立了扭矩作用下碳纳米管屈曲问题的双层弹性壳体模型,给出了相应的临界屈曲扭矩,分析了双层碳纳米管层间范德华力对临界屈曲扭矩的影响。