纤维排列方式对复合材料总体粘弹性常数的影响

对于金属基或高分子聚合物基复合材料，在特定情况下会表现出明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘性特性，通过渐进均匀化方法给出了预测纤维加强复合材料整体本构关系的解析表达式，给出应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。最后，考察了圆截面纤维正方形排列和对角排列时的总体粘弹性弹性常数随纤维比的变化曲线。结果表明，这类复合材料仍具有粘弹性特性，其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献，粘性部分来自基体粘性的贡献，复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献，须求解两类局部问题。在相同纤维体积比情况下，正方形排列的总体弹性系数大于正方形对角排列，而粘性常数相反。  

纤维排列方式对单向纤维加强复合材料弹性常数的影响

本文应用GMC方法计算了纤维在规则排列和随机排列时单向纤维加强复合材料的总体弹性系数，结果表明，在一定纤维体积比范围内，虽然纵向弹性模量不受纤维排列方式的影响，但是复合材料的横向弹性模量和横向剪切模量受纤维排列方式的影响较大，所以，在考察复合材料的横向弹性常数时，应该考虑纤维排列方式的影响，在相同纤维比的情况下，正方形排列和正方形对角排列所得的弹性常数是上下界，而六角形排列和随机排列的结果位于以上两者之间，当纤维比较小时（小于20％），纤维的排列方式对各弹性常数均无明显影响，本文的结果在工程应用中有指导意义。  

光子晶体应变片的基本原理

光子晶体是人造的周期性结构材料。作为一种复合材料，各组份的介电性质及其空间排列方式决定了光子晶体具有独特的光带隙性能。光子晶体受力变形后必然会改变各组份的空间排列方式，从而改变其光带隙性能。本文利用数值方法模拟了一维光子晶体承受正应变时对其光带隙性能的影响，发现应变的大小与禁带起始波长及截止波长之间存在简单的线性关系。既通过测量光子晶体的光带隙性能就可以得知应变的大小，从而验证了制造光子晶体应变片的可行性。这种应变片的优点是不需要导线相联，而且没有活动部件。  

一种可以反射p波的土层结构

本文将光子晶体的概念应用于土层结构设计，并利用传输矩阵法计算了p波在土层结构中的传播特性。结果表明，这种土层结构可以全部反射特定频率范围内入射的p波，从而可以减少p波对地上建筑的破坏。此外，还考察了土层的物理特性对反射频带的影响。  

纤维加强复合材料的总体粘弹性响应

在某些纤维增强复合材料(FRC)中使用金属或高分子聚合物作为基体材料。在高温等情况下，这类材料具有明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘弹性特性。通过渐近均匀化方法给出了预测FRC整体三维本构关系的解析表达式。给出了应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。以圆截面纤维正方形排列的情形为例，给出了等效模量随纤维体积比的变化曲线。结果说明，这类复合材料仍具有粘弹性特性，其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献，粘性部分来自基体粘性的贡献，复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献，须求解两类局部问题。可以看出，在整体的等效模量中包含了局部变形的贡献，局部变形增加了复合材料的耦合刚度。  

单向纤维加强复合材料的总体弹粘塑性响应

应用GMC方法计算了单向纤维加强复合材料在承受不同载荷之后的总体松驰响应。Bodner和Partom的弹－粘塑性统一模型用于描述非弹性相的本构关系，该模型不假设存在屈服条件，也就不必指定加载和卸载条件，可以在加载和卸载的任何时刻使用相同的公式，计算表明，与有限元方法相比，利用GMC方法和统一模型计算单向纤维加强复合材料的总体非弹性响应简单快捷。  

应变可调二维光子晶体的力致变色效应研究

光子晶体是由两种或两种以上的透明材料周期排列构成的功能复合材料,它可以完全反射一定频率范围内的电磁波,这个性能称为光带隙.光子晶体将在光通信、数据存储以及光路设计等方面得到广泛的应用.本文设计了一种应变可调的二维光子晶体结构,通过基底产生的正应变改变光子晶体的周期性,从而改变其光带隙性能.利用平面波展开法考察了该结构的应变可调性,即其力致变色效应.结果表明,压应变会显著影响横向电波(Transerse electric waves, TE)的传播特性,打开多条光带隙.并且光带隙的宽度也正比于压应变的大小.利用这样的效应可以制成应变传感器或光学开关等器件.