基于应变等效性假说的损伤定义的适用条件

研究了基于应变等效性假说的损伤定义方法，分析了定义中“材料损伤前后弹性模量”的物理含义。指出该方法只适用于间接描述弹（脆）性材料损伤行为，不能简单地用受荷过程中的“卸载模量”代替假说中的“受损弹性模量”来描述具有不可逆塑性变形特征的弹塑性损伤行为，否则将可能导致对损伤行为的误判。此外，本文给出了一种耦合塑性形变和损伤机制影响的弹塑性损伤定义。     

含正交排列夹杂和缺陷材料的等效弹性模量和损伤

研究含正交排列夹杂和缺陷材料的等效弹性模量和损伤,推导了以Eshelby－Mori－Tanaka方法求解多相各向异性复合材料等效弹性模量的简便计算公式,针对含三相正交椭球状夹杂的正交各向异性材料,得到了由细观参量（夹杂的形状、方位和体积分数）表示的等效弹性模量的解析表达式．在此基础上,提出了一个宏细观结合的正交各向异性损伤模型,从而建立了以细观量为参量的含损伤材料的应力应变关系．最后,对影响材料损伤的细观结构参数进行了分析．     

材料界面在疲劳断裂过程中作用的基础性研究(1994～1996年工作总结)

材料界面在疲劳断裂过程中作用的基础性研究（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题１疲劳损伤与裂纹萌生的晶体学关系①用熔体生长法和形变退火法制备了多种取向的Ａｌ、Ｃｕ和ＣｕＺｎ合金单晶体，进行...     

用能量法分析层状材料弹性接触问题

利用能量法分析了层状材料（薄膜／基体）弹性接触问题，得到了具有一阶精度的闭合解，给出了求解薄膜弹性模量和泊松比的表达式，并与有限元的数值解进行了比较。二者比较结果表明：在工程材料范围内，理论解与数值解相差在6％以内；同时表明单相材料中剪切模量与弹性模量之间的关系也适用层状材料中的薄膜材料。在数值解的基础上，讨论了薄膜厚度与压头半径的比值对求解精度的影响，发现此比值对精度影响不大。通过对层状材料等效泊松比与等效弹性模量的定义，给出了用压痕实验测定薄膜泊松比与弹性模量的方法。     

增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料力学性能理论研究

前期研究工作中, 基于有限元分析, 作者发展了一种在大变形范围内具有可调恒定负泊松比的新型增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料. 为了揭示微观结构?力学性能关系, 并进一步指导超材料目标参数设计, 本文在小变形框架下基于能量法建立了表征该拉胀材料等效泊松比和弹性模量的理论模型. 增强六手臂缺失支柱手性拉胀材料由“Z”型手臂元件组成. “Z”型手臂可以被假设为两端简支的欧拉?伯努利梁. 因此, 本文首先推导了两端受集中力和力偶的任意形状欧拉?伯努利梁的应变能. 然后, 考虑平衡条件和变形协调条件进一步给出了材料等效泊松比和弹性模量的理论表达式. 研究表明只有“Z”型梁的内外手臂比为2:1时, 理论表达式才有简洁的形式. 为了更好地利用所推导的理论表达, 基于理论推导, 本文开发了MATLAT图形用户界面 (GUI). 在GUI中输入可描述该超材料几何形状的独立几何参数, 即可直接获取其等效泊松比和弹性模量. 最后, 基于理论结果, 系统讨论了超材料微结构几何参数对其等效力学性能的影响, 并将理论解与有限元计算结果进行了对比. 结果表明, 可以通过调控微结构几何参数获取大范围的目标力学性能.      

典型材料与微结构的强韧化力学原理(1994～1996年工作总结)

典型材料与微结构的强韧化力学原理（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题国家自然科学基金会和国家科委攀登项目共同资助的重大项目“材料损伤、断裂机理与宏微观力学理论”的０５课题“典型材料与微结...      

受有两级空洞损伤时韧性材料的力学行为

本文利用大应变有限元方法研究了两级空洞对韧性材料的损伤作用.模型是以轴对称圆柱基体作为胞元,内含一初始的球型空洞.基体内的应力/应变随胞元外载的增大而达到临界状态,从而在围绕初级空洞的基体内将萌生次级空洞.后者是由空单元实现的.两级空洞的交互作用被证明将促进材料中的空洞化现象从而加速损伤并导至材料的总体弹性模量值在临近破断时急剧下降.     

关于确定“规定非比例伸长应力”的探索

关于确定“规定非比例伸长应力”的探索黄帆，刘承安（北京联合大学自动化工程学院北京１０００８３）（北京科技大学北京１０００８３）１引言高精度电子万能试验机采用两点法求弹性模量Ｅ，出现与传统值差别较大的问题［’］，已为用户所公认．但是，求得合适的Ｅ以后，...     

冻结黏土单轴抗压试验及损伤本构模型分析

从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Mohr–Coulomb强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了单轴应力状态下冻结黏土损伤本构模型;在此基础上,讨论了模型参数和弹性模量与冻结温度的关系,对模型参数和弹性模量进行合理修正,建立了温度影响下的冻结黏土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明:考虑温度效应的损伤本构模型能很好地模拟冻结黏土应力–应变全过程曲线,具有很好的适应性。     

M积分与夹杂/缺陷弹性模量的显式关系

M积分在材料构型力学中表征着缺陷自相似扩展的能量释放率,而有效弹性模量下降量在传统损伤力学中是一个具有内变量属性的损伤参数. 探讨了两者之间的特定关系,以此为材料构型力学与损伤力学搭建桥梁.借助穆斯海里什维利（Muskhelishvili）复势函数方法获取无限大弹性平面含圆形夹杂的弹性场解,根据M 积分的复势函数解析表达式得到M 积分与夹杂弹性模量的显式表达式. 随后通过有限元分析,对含复杂缺陷群的弹塑性材料进行数值模拟,结果表明内部缺陷区域的有效弹性模量下降与M 积分存在着特定关系. 基于此,提出利用材料构型力学中的外变量参数（M 积分）来替代损伤力学中的内变量参数（弹性模量下降量）描述材料的缺陷演化.      

声弹性方法测量金属材料的塑性损伤

本文提出一个利用非线性参数研究材料损伤的声弹性方法．在该方法中定义了一个由二阶和三阶弹性常数所组合的损伤变量．以２０＃钢为例，采用横波声弹性方法测量金属材料的塑性损伤．同时用声速法作了损伤测量．对比两种方法的实验结果表明，新方法是对金属材料塑性损伤测量的有效技术．     

UNIAXIAL COMPRESSION TEST AND DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL FOR ANALYSIS OF FROZEN CLAY 1)

从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Mohr--Coulomb强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了单轴应力状态下冻结黏土损伤本构模型;在此基础上,讨论了模型参数和弹性模量与冻结温度的关系,对模型参数和弹性模量进行合理修正,建立了温度影响下的冻结黏土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明：考虑温度效应的损伤本构模型能很好地模拟冻结黏土应力--应变全过程曲线,具有很好的适应性。     

高分子材料机械密封磨损特性及表面织构的影响

为提高金属/高分子材料机械密封的抗磨损性能,采用光刻-电解技术在316不锈钢表面制作微凹坑阵列形式的表面织构,与5种不同弹性模量的高分子材料组成摩擦副进行磨损试验.试验结果表明,对弹性模量最小的UHMWPE材料,表面织构起到了增磨作用,对其他四种弹性模量较高的材料,表面织构起到减磨作用,而且,随着高分子材料弹性模量的增大,表面织构表现出的减磨作用也随之增大.为解释这个现象,利用ANSYS有限元分析软件对摩擦副接触面进行了应力和变形分析,结果表明:织构化表面在接触过程中会产生应力集中和表面形变,材料的弹性模量越小,凹坑引起的变形越明显,可能产生的切削作用越显著.     

M积分与夹杂/缺陷弹性模量的显式关系简

M积分在材料构型力学中表征着缺陷自相似扩展的能量释放率,而有效弹性模量下降量在传统损伤力学中是一个具有内变量属性的损伤参数. 探讨了两者之间的特定关系,以此为材料构型力学与损伤力学搭建桥梁.借助穆斯海里什维利（Muskhelishvili）复势函数方法获取无限大弹性平面含圆形夹杂的弹性场解,根据M 积分的复势函数解析表达式得到M 积分与夹杂弹性模量的显式表达式. 随后通过有限元分析,对含复杂缺陷群的弹塑性材料进行数值模拟,结果表明内部缺陷区域的有效弹性模量下降与M 积分存在着特定关系. 基于此,提出利用材料构型力学中的外变量参数（M 积分）来替代损伤力学中的内变量参数（弹性模量下降量）描述材料的缺陷演化.     

树脂基复合材料粘弹性损伤本构及其实验测定

粘弹性是复合材料最重要的力学性能之一。基于Ｂｏｌｔｓｍａｎ迭加原理和Ｓｃｈａｐｅｒｙ非线性粘弹性理论，本文提出了一变量分离式粘弹性本构关系，且由Ｋａｃｈａｎｏｖ“连续性”概念，将损伤变量引入本构关系式中，按不同的加载速度和加载方向对正交玻璃布－环氧材料进行了加、卸载实验研究。根据Ｌｅｍａｉｔｒｅ和Ｃｈａｂｏｃｈｅ由宏观弹性常数变化确定损伤量的方法，测得材料的损伤并用一二次函数表示。通过对实验数据的一系列处理方法，确定了材料常数，验证了本文理论的有效性。实验表明，当纤维做为主要承力者时，无粘性产生，材料的损伤和总应变相关而与应变率无关，并得到强度值随应变率增加而升高，极限应变不随应变率变化的结论。     

一个描述脆性材料非线性行为的损伤力学模型

提出了一个分析和描述脆性材料各向异性损伤的宏观力学模型。在小变型的情况下，利用损伤面和损伤势的概念以及材料性能和材料受损后的弹性响应取决于损伤变量而与加载路径无关的假设，文中导出材料弹性损伤的一般本构关系及联系材料系数与损伤面和损伤势的表达式。当损伤面和损伤势的构造确定后，建立了损伤变量的演变方程和材料性能的变化规律。文中以两种具体材料为例说明该理论模型的应用．     

含孔边非均匀材料圆环的无限大薄板的应力集中系数

对于含圆孔及孔边非均匀材料圆环的无限大薄板，假设非均匀材料的弹性模量沿径向按照指数函数变化，而泊松比为常数，分别导出了双轴拉伸和纯剪切作用时孔边及界面处的应力集中系数的解析解．通过数值算例详细分析了非均匀材料圆环的弹性模量的变化对无限大薄板的孔边及界面处的应力集中系数的影响．研究结果表明，合理选择孔边非均匀材料圆环的材料性能变化参数可有效地缓解薄板的孔边应力集中程度．本文的研究结果可为含圆孔的薄板的设计提供一定的参考．     

梯度介质半空间Rayleigh面波传播性能研究

对剪切弹性模量沿深度以指数函数变化的非均质半空间，本文用摄动法得到了Rayleigh面波的波函数解答及相速度方程。以不同金属与陶瓷复合而成的几种梯度材料为例，用数值方法求解了相速度方程，给出了相应的波的弥散曲线，结果表明，梯度介质半空间自由表面附近的Rayleigh波通常有两种不同的弥散形式，即正常弥散和非正常弥散。     

超材料混凝土的带隙特征及对冲击波的衰减效应

借鉴超材料的研究思路，在混凝土中引入谐振骨料，设计出具有消波特性的超材料混凝土。首先，通过结构动力学方法计算超材料混凝土的有效质量，从而建立了超材料混凝土带隙起始频率及截止频率的简化模型，并给出了带隙起始频率及截止频率的理论表达式。然后，分析了涂层弹性模量、芯柱密度、基体密度、骨料体积占比和芯柱边长与软涂层厚度比对超材料混凝土带隙特征的影响。最后，采用数值模拟的方法，对比了超材料混凝土和普通混凝土对冲击波的衰减效应。研究结果表明:(1)低弹性模量涂层能够形成低频带隙，但带隙宽度较窄，而高弹性模量涂层能够形成较宽的带隙，但带隙起始频率较高；(2)通过选择高密度芯柱材料和低密度基体材料，可以得到低频、宽带隙特征；(3)通过增大骨料体积占比和芯柱边长与软涂层厚度比可以实现扩宽带隙的目的；(4)与普通混凝土相比，超材料混凝土对冲击波具有更好的衰减作用。     

基于CT扫描的环氧树脂基混凝土裂缝观测与冲击损伤演化研究

环氧树脂基混凝土是一种新型路面铺装材料。本文估算了道路使用过程发生"跳车"现象时货车车轮对路面产生的冲击荷载,根据计算结果,利用落锤冲击试验机对含有不同程度初始损伤的环氧树脂基混凝土试件进行多次冲击试验,研究其冲击疲劳现象。为了准确描述环氧树脂基混凝土的初始损伤,采用CT(计算机断层)扫描技术重构了试件的立体图像,对其中的内部裂缝进行了统计,建立了初始损伤裂缝体积占试件体积的百分比与基于材料弹性模量衰减的损伤变量之间的关系。通过追踪经受一定次数冲击后试件的弹性模量,分析了不同程度初始损伤下环氧树脂基混凝土的冲击损伤随冲击次数的变化规律;结合多次冲击荷载下环氧树脂基混凝土弹性模量的衰减,研究了初始损伤对环氧树脂基混凝土冲击疲劳过程中损伤演化规律的影响。