在材料研制中的连续介质细观力学有限元建模现状评论（译文）

评述了机械载荷下材料力学行为有限元模拟的先进技术.分析 了考虑材料微观及细观结构情况下，对材料变形、损伤、断裂进行模 拟时各种方法的优缺点及发展前景.阐述了对材料行为模拟方法的发 展，包括基本的及先进的方法，如体胞方法、真实结构模拟、粘结区 模型等.分析了在先进新材料的开发中运用有限元方法的可能性     

对"用奇异函数法求解某些变截面梁的变形"一文中线性变惯矩梁的变形问题的看法

读了王燮山同志"用奇异函数法求解某些变截面梁的变形"(力学与实践,Vol.6,1984.4.)一文后,对于文中的第三个问题,即线性变惯矩梁的变形问题提出异议.文中提出用奇异函数法求解线性变惯矩梁的变 ...     

固体跨尺度压痕标度律的研究与展望

压痕标度律是对通过压痕试验方法测定固体材料力学性能参量问题所给出的一般性结论, 具有重要的理论意义, 是探寻材料力学性能潜在规律的方法论研究. 本综述论文系统而简要地介绍如下主要内容: 采用传统理论对传统固体材料压痕标度律的研究回顾; 采用跨尺度力学理论对先进固体材料的跨尺度压痕标度律的研究回顾. 总结并得到了如下主要结论: 传统固体材料压痕标度律可由一空间曲面完整描绘, 若进一步已知某类无量纲独立参量的取值范围, 则该空间曲面可退化为系列平面曲线族; 先进固体材料(新材料)的跨尺度压痕标度律可由一个三维函数关系完整描绘, 若存在某类独立无量纲参量取值范围已知, 则该三维函数关系将退化为系列空间曲面族. 压痕标度律的未来研究发展仍将重点集中在建立新材料的跨尺度压痕标度律上, 以试图从根本上解决新材料力学性能标准规范难以建立的理论问题. 除此之外也将重点关注建立各类功能新材料的多尺度及跨尺度压痕标度律规律.      

纤维复合材料后微屈曲的理论和实验

后微屈曲是单向纤维复合材料和层状复合材料压缩破坏过程的基本特征。结合Kevlar 49增强648/BF₃·400(脆性环氧)和EP(韧性环氧)基复合材料对后微屈曲的折带扩展进行理论分析和实验研究。理论预测与实验结果达到定性、定量符合,实验展现出扩展折带模式的微屈曲特征。     

微压痕尺度效应的理论和实验

对压入深度为亚微米量级的微压痕实验来说,硬度与压入深度的关系将表现出强烈的尺度效应,然而,由传统的弹塑性理论无法预测.采用塑性应变梯度理论对微压痕实验中的尺度效应进行预测;同时对单晶铜和单晶铝进行微压痕实验研究.通过将理论预测结果应用于实验,获得塑性应变梯度理论中的微尺度参量值,该值对于常规金属材料（如铜、铝、银等）来说,取值范围为0.8～1.5　μm.另外,对微压痕边界附近所出现的挤出现象（pile-up）和沉陷现象（sink-in）进行了预测和详细分析.     

SIZE EFFECT AND GEOMETRICAL EFFECT OF SOLIDS IN MICRO—INDENTATION TEST

Micro-indentation tests at scales of the order of sub-micron show that the measured hardness increases strongly with decreasing indent depth or indent size,which is frequently referred to as the size effect.At the same time,at micron or sub-micron scale,another effect,which is referred to as the geometrical size effects such as crystal grain size effect,thin flim thickness effect,etc.,also influences the measured material hardness.However,the trends are at odds with the size-independence implied by the conventional elastic-plastic theory.In the present research,the strain gradient plasticity theory(Fleck and Hutchinson)is used to model the composition effects(size effect and geometrical effect) for polycrystal material and metal thin film/ceramic substrate systems when materials undergo micro-indenting.The phenomena of the “pile-up“ and “sink-in“ apeared in the indentation test for the polycrystal materials are also discussed.Meanwhile,the micro-indentation experiments for the polycrystal Al and for the Ti/Si3N4 thin film/substrate system are carried out.By comparing the theoretical predictions with experimental measuremtns.the values and the variation trends of the micro-scale parameter included in the strain gradient plasticity theory are predicted.     

一种从离散模拟到连续介质弹性模拟的过渡方法

提出了一种从离散分子动力学模拟(MD)到连续介质弹性有限元计算分析(FEA)的过渡方法, 简称MD-FEA方法. 首先通过MD计算获得晶体材料原子的移动位置, 然后根据晶体结构的周期性特征构造连续介质假设下的有限单元变形模型, 进一步结合材料的力学行为本构关系获得应变和应力场. 为了检验MD-FEA方法的有效性, 将该方法应用于详细分析Al-Ni软硬组合两相材料纳米柱体的拉伸变形问题和基底材料为Al球形压头材料为金刚石的纳米压痕问题. 采用MD-FEA方法获得了上述两种问题的应力?应变场, 并将计算结果分别与传统MD方法中通过变形梯度计算的原子应变以及原子的位力应力进行了比较, 详细讨论了用MD-FEA方法计算的应力?应变场与传统MD原子应变和位力应力的区别, 并对MD-FEA方法的有效性及其相较于传统MD方法所具有的优势进行了探讨. 结论显示, MD-FEA方法与传统MD方法在应力?应变变化平缓的区域得到的结果接近, 但在变化剧烈的区域以及材料的表/界面区域, MD-FEA方法能够得到更加精确的结果. 同时, MD-FEA方法避免了传统MD方法中, 需要人为选取截断半径以及加权函数所导致的误差. 另外, 当应变较大时, MD-FEA方法计算的小应变与传统MD方法计算的格林应变存在一定差异, 因此, MD-FEA方法更适合应变较小的情形.      

Theoretical and experimental researches of size effect in micro-indentation test

Micro-indentation tests at scales on the order of sub-micron have shown that the measured hardness increases strongly with the indent depth or indent size decreasing, which is frequently referred to as the size effect. However, the trend is at odds with the size-independence implied by conventional elastic-plastic theory. In this paper, strain gradient plasticity theory is used to model the size effect for materials undergoing the micro-indenting. Meanwhile, the micro-indentation experiments for single crystal copper and single crystal aluminum are carried out. By the comparison of the theoretical predictions with experimental measurements, the micro-scale parameter of strain gradient plasticity theory is predicted, which is fallen into the region of 0.8–1.5 micron for the conventional metals such as copper (Cu), aluminum (Al) and silver (Ag). Moreover, the phenomena of the pile-up and sink-in near micro-indent boundary are investigated and analyzed in detail.     

扩展裂纹尖端弹塑性场的仿真模拟

通过对紧凑拉伸试样裂纹扩展实验的有限元仿真模拟以及对中心裂纹试样和三点弯曲试样的精细有限元计算和分析,证实了稳态扩展裂纹尖端附近环形区内应力场三参数J-k₂-Q表征的有效性。研究结果进一步表明:在扩展裂纹尖端附近的环形区域内,因试样几何类型的不同,存在着不同类型的双参数主导区。对紧凑拉伸试样和弯曲裂纹试样,在裂关附近环形区内存在着J-k₂主导区;而对中心裂纹试样,在裂尖附近环形区内则存在着J-Q主导区。在一般情况下,应由J-k₂-Q三参数表征。     

颗粒增强复合材料的界面开裂与尺度效应

采用基于Huang等提出的塑性应变梯度传统理论发展的有限元方法,模拟了颗粒增强金属基复合材料的界面开裂与颗粒尺度效应.分别针对考虑颗粒与基体间界面开裂和不开裂两种情况进行分析,并将考虑界面开裂的模拟结果与实验结果进行比较,证明了模型的有效性,同时也获得应变梯度理论中所包含的材料特征尺度参量的取值.