PERSPECTIVES IN MECHANICS OF HETEROGENEOUS SOLIDS

The Microand Nano-mechanics Working Group of the Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics organized a forum to discuss the perspectives,trends,and directions in mechanics of heterogeneous materials in January 2010.The international journal,Acta Mechanica Solida Sinica,is devoted to all fields of solid mechanics and relevant disciplines in science,technology,and engineering,with a balanced coverage on analytical,experimental,numerical and applied investigations.On the occasion of the 30 th anniversary of Acta Mechanica Solida Sinica,its editor-in-chief,Professor Q.S.Zheng invited some of the forum participants to review the state-of-the-art of mechanics of heterogeneous solids,with a particular emphasis on the recent research development results of Chinese scientists.Their reviews are organized into five research areas as reported in different sections of this paper.§I firstly brings in focus on microand nano-mechanics,with regards to several selective topics,including multiscale coupled models and computational methods,nanocrystal superlattices,surface effects,micromechanical damage mechanics,and microstructural evolution of metals and shape memory alloys.§II shows discussions on multifield coupled mechanical phenomena,e.g.,multi-fields actuations of liquid crystal polymer networks,mechanical behavior of materials under radiations,and micromechanics of heterogeneous materials.In §III,we mainly address the multiscale mechanics of biological nanocomposites,biological adhesive surface mechanics,wetting and dewetting phenomena on microstructured solid surfaces.The phononic crystals and manipulation of elastic waves were elaborated in §IV.Finally,we conclude with a series of perspectives on solid mechanics.This review will set a primary goal of future science research and engineering application on solid mechanics with the effort of social and economic development.     

混凝土材料损伤耦合的非线性粘弹性本构关系

根据不可逆热力学原理和推广的Onsager原理建立了内变量演化的非线性方程;采用迭代方法得到了非线性方程的迭代解,并根据Lipschitz条件给出了迭代解的收敛条件。由此,建立了一维应力条件下的非线性粘弹性本构关系。将这一本构关系推广至三维应力情况,并考虑了状态方程和损伤演化,在剪切诱导材料粘性的前提下建立了混凝土损伤耦合的非线性粘弹性本构关系。在该关系式中：损伤演化方程与混凝土的粘性应变积累相关;状态方程服从三次多项式的形式。实验结果表明：此模型能够比较好地表征混凝土材料在达到强度极限前后的强化与软化的特征。     

具有爆炸反应特性装置在密闭容器内爆炸威力的评价方法

在装填有抛撒药和氟化物的装置中,当中心抛撒药起爆,将氟化物抛出装置时,氟化物会与密闭容器内液体发生剧烈反应,释放大量能量.为了评价该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力,基于超压-冲量准则,在模拟密闭贮液容器内进行了爆炸毁伤威力评价实验,并计算得到该装置的TNT当量值.结果表明:该方法简单有效,可作为该装置在密闭贮液容器内爆...     

混凝土冻融损伤本构模型研究

基于各向同性连续损伤力学理论,以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量,基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则,并以Ottosen本构理论模型为基础,利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型,并编制了本构模型有限元程序,经过试验验证模型计算结果较为准确,为有限元计算和冻融作用后混凝土结构模拟应...     

基于纤维单元的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价

基于纤维模型的粱柱单元特别是柔度法单元有着较高的计算精度,已被较多地用于评价钢筋混凝土桥墩的位移（廷性）能力。随着基于性能／位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用刚度法和柔度法纤维单元,考虑材料非线性、几何非线性和结点锚固...     

7A04高强铝合金抗杆弹正撞击性能实验研究

 7A04铝合金具有较高的强度-密度比,广泛应用于穿甲工程材料领域。在轻气炮上进行了平头和卵形钢杆弹体正撞击10 mm厚7A04铝合金板的实验研究,得到了两种弹体撞击7A04铝合金靶板的损伤形式和特性。使用高速相机记录了撞击过程并测得了弹体的剩余速度,得到了两种弹体撞击10 mm厚7A04铝合金靶板的弹道极限。实验表明,此种铝合金靶板抗卵形弹体正撞击的能力强于平头弹。     

PBX材料宏细观断裂行为的数字散斑相关法实验研究

 采用半圆盘弯曲实验和数字散斑相关方法,对高聚物粘结炸药（PBX）的宏、细观断裂行为进行了实验研究。宏观上,带有预制裂纹的半圆盘试样发生拉伸破坏,利用数字散斑相关技术得到了试样的应变场和位移矢量场分布,定量分析了试样全场的变形特征,并测得了PBX材料的平面应变断裂韧性;细观上,用配有加载装置的扫描电子显微镜对含预制裂纹的半圆盘试样间接拉伸下的损伤演化和破坏过程进行了实时原位观察,借助于数字散斑相关方法,定量分析了试样损伤局部化特征。结果表明,将数字散斑相关方法用于研究PBX材料宏、细观尺度上的变形破坏问题是有效的。     

高功率半导体激光对光学元件损伤特性

 为研究880 nm高功率半导体连续激光器对光学元件的损伤特性,选择了K9玻璃、ZnSe晶体和无氧铜进行镀膜加工,形成高反射率和高透过率的光学元件。通过调节到达光学元件表面的平均功率和改变光斑大小来改变光学元件表面的功率密度,并连续照射30 s,最终通过显微镜来观察元件的激光损伤形貌。研究结果表明：镀高反膜的K9玻璃在功率密度达到600 W/cm²时,膜系表面出现烧熔现象,当达到1 000 W/cm²时出现炸裂现象,而无氧铜基底镀金反射镜在上述功率密度下未发现损伤;而镀增透膜的ZnSe晶体在激光功率密度高达1 000 W/cm²时,通过显微镜观察没有发现明显的损伤,热像仪显示基底温升为5 ℃。     

利用Cramér-Rao理论研究相位差法的最佳离焦量

针对光子数足够多的情况,利用Cramér-Rao理论研究了在选取离焦作为附加像差时,不同的待测波前和目标对最佳离焦量选取的影响。结果表明:在点目标情况下,像差的大小和空间频率对最佳离焦量的影响不大;而在扩展目标情况下,最佳离焦量虽然与待测像差的空间频率关系不明显,但随着待测像差峰谷值的增大而增大。最佳离焦量与目标的结构有关而与其扩展程度关系不大,成像时目标上各点的干扰越大,最佳离焦量越大。     

卫星光通信系统中CCD器件的空间辐射特性研究

 为了提高卫星光通信系统中电荷耦合器件（CCD）空间抗辐射性能,分析了空间辐射环境对CCD器件造成的电离辐射效应和位移辐射效应。通过理论分析和数值模拟计算研究了不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态对CCD电荷转移效率（CTE）的影响,结果表明,空间辐射主要在暗电流密度和电荷转移效率两方面影响CCD器件的工作性能。卫星光通信系统中的CCD器件应该选择P沟道CCD,并且在系统不工作时尽量使其处于非偏置状态。