MULTIPLE SCATTERING AND DYNAMIC STRESS ANALYSIS OF ELASTIC WAVES IN A FIBER—REINFORCED COMPOSITE WITH INTERFACES

Based on the theory of elastic dynamics, multiple scattering of elastic waves and dynamic stress concentrations in fiber-reinforced composite are studied. The analytical expressions of elastic waves in different regions are presented. The mode coefficients of elastic waves are determined in accordance with the continuous conditions of displacement and stress on the boundary of the multi-interfaces. By using the addition theorem of Hankel functions, the formula of scattered wave fields in different local coordinates are transformed into those in one local coordinate to determine the unknown coefficients and dynamic stress concentration factors (DSCFs). The influences of the distance between two inclusions, material properties and structural size on the DSCFs near the interfaces are analyzed. As examples, the numerical results of DSCFs near the interfaces for two kinds of fiber-reinforced composites are presented and discussed. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19972018)     

锐缘硬质轮在金属表面的滚动与滑动

在工程应用的很多摩擦对偶中，往往有一方是锐形的，因此，研究锐形滑块的滚动与滑动具有重要的实用意义。以锐缘硬质轮在挤压铝和软钢两种平面试样表面的滚动和滑动为研究对象，考察了两种摩擦过程中材料的受力状况和变形状况，结果表明，要在同种金属试样表面造成相同宽度的槽痕，滚动法所需要的垂直负荷比滑动法所需要的大，然而滚动法所需要的切向牵引力却比滑动法所需要的小．对两种摩擦过程中界面上的应力与材料的强度性能之关系的分析讨论指出，滚动试验中接触界面上的正应力相应于变形材料的屈服应力，因而滚动试验可以作为材料硬度的一种测量方法；滑动试验中接触界面上的剪应力相应于变形材料的流动剪应力；但滚动试验中界面剪应力与材料的流动剪应力之间，以及滑动试验中界面正应力与材料的屈服应力之间却都没有直线关系．     

基于界面端奇异性理论的单纤维拔出试验的试件设计

在单纤维拔出试验中，由于试件的界面端存在应力奇异性，这使试验所得到的界面剪切强度数据失去合理性[1]。但从文献[1]关于微珠脱粘试验研究的结论中可以发现当基体的楔形角小于某临界角度后，微珠试件界面端应力奇异性几乎消失。由此启发我们设计出一种楔形角小于该纤维／基体系统临界角的锥面的拔出试件，这样即可以防止出现传统拔出试件在界面端的强应力奇异性，又可以避免微珠脱粘试验自身的缺陷。界面端具有任意楔形角的轴对称模型被用于分析和确定纤维／基体系统的临界角，对方程进行渐近展开和分离变量处理，根据边界条件可以得到关于特征值λ的特征方程，针对确定的纤维／基体系统可以得到特征值和楔形角的关系曲线，我们把应力奇异性指数等于-0．005时所对应的楔形角定义为临界角，以及根据临界角设计锥面拔出试件的方法。     

双材料应力分析中的镜像点方法

提出一种分析各类双材料中任一点受集中力作用问题的方法.通过将结合界面或其自由表面看作镜面,将应力函数或位移函数设定成固定于受载点及其镜像点上的局部坐标系下的形式,利用界面连续条件和Dirichlet的单值性原理,所有应力函数或位移函数就可由无限体中集中力的解或半无限体表面集中力的解的应力函数求得.这种方法不仅可适用于单一界面的情况,也可使用于多个界面并存的情况,并且也可适用于具有自由表面的结合材料.这一方法可应用于各类结合材料、涂层薄膜材料、板材等.     

圆形刚性夹杂双周期分布的反平面问题

研究含双周期分布的圆形刚性夹杂在无穷远受纵向剪切的弹性平面问题，遵循复合材料中各夹杂相互影响的重要条件。采用复变函数方法。构造相应模型的复应力函数。通过坐标变换，同时满足夹杂边界位移条件，再利用围线积分将求争方程组化为线性代数方程组。导出了圆形刚性夹杂双周期分布的界面应力解析表达式。算例给出了界面应力最大值与夹杂间距的变化规律。求出了刚性夹杂的合理间距问题，本文发展的分析方法为研究夹杂材料的细观机理探索了一条有效的分析途径。     

纤维树脂界面剪切强度及纤维强度分布参数的实验测定

界面剪切强度及纤维强度分布参数是复合材料设计及应用研究中的重要参数，本文采用单纤维段埋入法测定了上述两个参数。通过实验研究说明了单纤维段埋入法是一种测定界面剪切强度及纤维强度分布参数的有效的实验方法；同时证实了基体的力学性能对界面剪切强度有着重要的影响。全部实验在自制的实验系统上完成     

多层材料结构的界面裂纹尖端复应力强度因子

本文建立了一种多层材料复合结构的界面裂纹问题分析模型。当两种材料之间插入第三种薄层弹性材料,裂纹位于第三种材料与第一或第二种弹性材料的界面上,且插页材料3~#的厚度相对于裂纹尺寸或平面内其他尺寸很小时,可以得到该问题裂纹尖端的复应力强度因子通式。本文用有限元法对结果进行了数值验证,并进行了有关问题的讨论。     

剪切水-气界面下湍流猝发特征的实验研究

利用氢气泡时间线-脉线组合示踪技术定量地考察剪切水-气界面下的湍流猝发现象，分析 猝发事件的信号特征，重点探讨猝发与湍能产生之间的联系. 在猝发过程中，水面近区的瞬 时流速和Reynolds切应力出现较大幅度的脉动，它们在时间和空间垂直方向上表现出高度 的相干性，这是猝发事件的一个显著特征. 在猝发期，猝发事件涉及的空间区域内Reynolds 切应力和湍流脉动强度明显比平均值和非猝发期的情况大. 其结果表明：在所考察的实验 条件下，猝发是剪切水-气界面附近湍流产生的主要过程.     

k-D-a-B 模型和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性的数值模拟

给出一个适用于流体力学数值模拟的湍流混合模型。由于引入湍流质量通量和密度脉动关联量的演化方程，它比一般的ｋ－模型能更准确地描述界面不稳定性引起的可压缩湍流混合过程，并且可以不需要人为给定初始湍流场。我们用同一套参数模拟了不同Ａｔｗｏｏｄ数的激波管实验，数值结果与实验基本一致。     

界面动力学研究近况

界面动力学主要包括界面波动力界面动态断裂两人部分，本文评述了其主要研究课题的最新进展，并在此基础上展望了其发展趋势，指出界面模型研究、界面无损检测、界面动态损伤与破坏机理、界面动态断裂韧性及弹塑性面裂纹动态扩展等是当前最关心且急待解决的问题。