基体开裂的正交复合材料对称层合板的粘弹性力学行为

本文讨论了含有均匀基体裂纹的正交复合材料对称层合板的线性粘弹性力学行为.采用二维剪切滞后模型并对其层间剪应力在厚度方向进行线性假设分布,求得层合板的平均应力应变的线弹性解,利用等效约束模型和经典层合理论可得到层合板因为含有基体裂纹而所引起的刚度退化现象.在弹性-粘弹性对应原理的基础上对其层合板的线粘弹性进行了讨论和研究.结果表明:层合板的松弛模量和蠕变泊松比随着时间的增加而减少,到达稳态后其值基本上是恒值.并跟Zocher的解析解和有限元数值解作了比较,发现结果非常吻合.     

缝纫复合材料单向板面内力学性能的试验研究

对缝纫复合材料单向板在单向拉伸载荷作用下的面内力学性能进行试验研究,给出了缝纫密度、缝纫线直径对复合材料单向板面内拉伸强度的影响规律.研究发现复合材料的破坏模式与缝纫密度有关,对于中低密度缝纫的单向板其破坏模式为纤维断裂,而对于高密度缝纫的单向板其破坏模式为复合材料撕裂破坏.并从复合材料细观结构层次上揭示了破坏模式和拉伸强度与缝纫密度之间的内在关系.     

损伤材料本构关系的一种内蕴时间理论

在评述了现有的连续介质损伤力学(CDM)的严重缺陷之后,基于所提出的损伤对本构关系影响的物理机制和模型及在ε_(T_qD)空间中对损伤材料不可逆过程的热力学描述,本文提出了一组新型的弹塑性损伤本构方程。该方程符合本文第一作者所提出的耗散型材料本构方程形式不变性定律的条件,以及Lemaitre,Valanis的本构方程和经典塑性理论的主要结果可由它在简化条件下推出的属性。文中还简略提到了损伤演化方程、有限元算法、材料函数确定方法及其在弹塑性损伤场分析中的初步应用。文末强调了内蕴表征时间z*和φ在ε_TD与ε_Tq)子空间中分析复杂的损伤与非弹性变形耦合问题时的重要价值;并将本文所提出的模型推广得到了纤维增强复合材料的损伤本构方程。     

Buckling of embedded microtubules in elastic medium

Motivated by the application of Winkler-like models for the buckling analysis of embedded carbon nanotubes, an orthotropic Winkler-like model is developed to study the buckling behavior of embedded cytoskeletal microtubules within the cytoplasm. Experimental observations of the buckling of embedded cytoskeletal microtubules reveal that embedded microtubules bear a large compressive force as compared with free microtubules. The present theoretical model predicts that embedded microtubules in an elastic medium bear large compressive forces than free microtubules. The estimated critical pressure is in good agreement with the experimental values of the pressure-induced buckling of microtubules. Moreover, due to the mechanical coupling of microtubules with the surrounding elastic medium, the critical buckling force is increased considerably, which well explains the theory that the mechanical coupling of microtubules with an elastic medium increases compressive forces that microtubules can sustain. The model presented in the paper is a good approximation for the buckling analysis of embedded microtubules.     

缝纫复合材料层合板面内拉伸强度研究

旨在研究由缝纫引起的材料弹性性质的变化并对缝纫复合材料层合板面内拉伸强度进行理论预测。认为缝纫引起的面内纤维偏转是缝纫影响复合材料面内力学性能的主要原因，引入最大纤维偏转角和变形区宽度两个结构参数，提出了描述材料非均匀性的纤维弯曲模型。采用多层次多尺度模拟的方法得到层合板非均匀的材料性质。通过二维有限元分析对单向拉伸载荷作用下的面内强度进行理论预测，得到与试验数据相吻合的结果，进而分析了缝纫密度对拉伸强度的影响。     

缝纫复合材料层合板面内弹性模量分析

基于对缝纫孔附近局部细观结构的分析，提出了一种预测缝纫复合材料层合板面内力学性能的理论模型．从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手，最终得到单向板及层合板的弹性常数．通过有限元分析研究了缝纫参数对复合材料层合板面内等效模量的影响．研究结果表明，缝纫造成单向板及层合板面内材料性质的不均匀，随着缝纫密度和缝纫线直径的增加，层合板的等效模量逐渐降低．     

复合材料拉伸断裂过程的Monte-Carlo模拟

本文假定材料的断裂韧性Г是一个按概率密度分布的随机参数，其概率密度服从Weibull分布。应用Monte—Carlo方法模拟了层合板在拉伸条件下的断裂过程。计算结果表明：理论预测值与实验结果吻合较好。并得出结论：用Monte—Carlo模型能够较好模拟层合板的拉伸断裂过程，对层合板中基体开裂的演化进行相关的预测是可行并且有效的。     

弹性介质中正交各向异性微管的屈曲分析

已有实验表明,处于细胞质中的微管可以比自由微管承受更大的压力而不发生屈曲.基于嵌入式碳纳米管屈曲的Winkler模型,利用正交各向异性情形的Winkler模型研究了细胞质中充当细胞骨架的微管的屈曲行为.计算表明,本模型可以较好地预测嵌人弹性介质中的微管较自由微管承受更大屈曲压力这一现象,而且所得到的临界屈曲压力与微管受压屈曲的实验值吻合[Needleman D J,Ojeda-Lopez M A,Kai Ewert U R,Miller H P,Wilson L,Satiny C R.Biophys J,2005,89(5):3410-3423;Needleman D J,Ojeda-Lopez M A,Raviv U,Ewert K,Jones J B,Miller H P L,Wilso L,Safinya C R.Phys Rev Lett,2004,93(19):1981041-1981044.].同时,所得的结果也表明周围介质与微管的相互作用可以极大地提高微管抵抗屈曲的能力,该结果很好地阐释了介质与微管相互作用从而提高微管抗屈曲压力的相互作用机制[Brangwynne C P,MacKintosh F C,Kumar S,Geisse N A,Talbot J,Mahadevan L,Parker K K,Ingber D E,Weitz D A.The Journal of Cell Biology,2006,173(5):733-741].模拟结果表明,所给出的模型可以对嵌人弹性介质中的微管的屈曲行为进行很好地模拟.     

渐近均匀化理论预报缝纫复合材料弹性性能

基于缝纫复合材料的结构特征,假定其具有周期性细观结构.利用渐近均匀化方法并结合摄动技术建立一系列控制方程,考虑由于缝纫扰动造成的材料的非均匀分布,由此确定缝纫复合材料的宏观等效性能.已有的试验结果相比较,本文预报结果与试验吻合较好.研究发现,缝纫造成了层合板刚度的下降,在面内方向缝纫密度越大,刚度降低越明显.缝纫产生的纤维变形区的宽度增加对刚度有利,纤维变形区的长度对拉伸刚度影响不大.并对缝纫参数对缝合板性能的影响进行了预报,为实际工程问题提供了预测材料性能的方法.     

Z-pin复合材料细观模型固化残余应力研究

针对植入Z-pin后碳纤维增强复合材料的微观结构，通过施加Z-pin周期性边界约束条件，建立了Z-pin复合材料单层板单胞细观模型．考虑固化过程中树脂体积收缩、弹性模量随固化度变化和纤维因Z-pin进入偏转因素，运用有限单元法计算了单胞结构在固化成型工艺过程中树脂和纤维应力发展和分布，并研究了Z-pin直径和分布密度对单层板面内残余应力的影响．结果表明：凝胶点之前，树脂模量和残余应力很小，凝胶点之后，树脂模量和残余应力增加较快；残余应力分布与纤维偏转有关；Z-pin直径和分布密度增加会使固化残余应力增大．