弱界面复合材料中的基体裂纹

利用二维弹性力学模型研究了纤维增强复合材料中基体裂纹与弱界面的相互作用机理．文中首先导出各向异性弹性多层介质中刃型位错的基本解，然后运用这些基本解建立了弱界面复合材料中典型的Ｈ型缺陷的奇异积分方程组，通过求解这些方程得到外载荷的大小、弱界面的结合强度、界面的残余压力和摩擦系数、纤维与基体的弹性模量比等微结构参量与基体裂纹附近的应力场的关系     

模型复合材料弹塑性界面应力分析

由纤维增强弹塑性基体所产生的界面具有弹塑性力学行为。考虑到一般材料的塑性变形都遵循幂硬化规律,对模型复合材料的界面进行弹性和应变硬化状态下的变形规律及其应力分析。以纤维拔出试验为研究模型,将界面分成弹性区和塑性区。利用界面应力剪滞理论,分别建立弹性区和塑性区的界面力学基本方程。选择适当的位移函数满足基本方程及埋入纤维的边界条件,再按位移函数求出弹性区和塑性区的界面剪应力。推导出平均界面剪应力与纤维     

基于界面层模型的双周期纳米夹杂复合材料反平面问题研究

利用复变函数方法并结合双准周期Riemann边值问题理论,获得了含双周期分布非均匀相（夹杂/界面层）的复合材料在远场均匀反平面应力下弹性场的全场解答．该解答可用于对纳米夹杂复合材料的应力进行分析,结合平均场理论也用于预测纳米夹杂复合材料的有效性能．计算结果表明：当夹杂尺度在纳米量级时,应力和有效反平面剪切模量具有明显的尺度依赖性,并且随着夹杂尺寸的增加,趋近于不考虑界面效应时的结果;界面层厚度和性能对应力和有效反平面剪切模量明显变化时所对应的夹杂尺度范围和趋近于无界面效应结果的快慢有显著影响;当界面厚度足够薄时,界面层模型可用于模拟零厚度界面情况．     

用广义胞元法研究弱界面复合材料偏轴拉伸强度

本文用广义胞元法结合应力集中系数模型,从细观、宏观力学结合的角度,预测了弱界面复合材料偏轴拉伸强度值.用广义胞元法/高精度广义胞元法计算复合材料开裂前和开裂后的应力场,引入基体应力集中系数以得到基体真实应力.在计算真实应力时根据宏观试验现象考量是否对界面开裂后的复合材料进行刚度衰减,最终形成4种方案计算出复合材料的偏轴拉伸强度.通过对比芳纶纤维和亚麻纤维两种弱界面复合材料的偏轴拉伸强度试验值,找到了最可靠的预报方案并具有良好的预报精度.     

弹、塑性轮盘塑性区的实验应力换算

介绍一种弹、塑性状态轮盘的实验应力换算新方法．其优点是在迭代运算过程中无需反复利用拉伸曲线求割线模量E’,大大简化计算工作．     

土体各向异性边界面模型研发的几个问题探讨

土体边界面模型通过采用塑性模量场插值,来反映土体变形的非线性,边界面模型适合对小应变情况下的土体非线性变形进行模拟. 在Wheeler 模型的基础上,结合边界面理论,构造一个土体各向异性边界面模型,模型可以反映天然土体的各向异性特性. 本文对该模型研发过程中遇到的几个问题进行理论探讨,为理解和掌握各向异性边界面理论,并进一步进行新型边界面模型的研发,提供了理论借鉴.     

复合材料模量估算的力学模型

在计算复合材料的模量时，被广泛应用的力学模型是等应力和等应变假设．本文改进了这些力学模型，推导出层合复合材料、单向纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料模量的计算式．引入一个反映受力方向与复合材料组元连续性等的调节参量，可将其归纳成一个普遍式．     

考虑界面行为的SMA纤维复合材料模型

构造了一个考虑部分界面开脱情况下SMA长纤维复合材料的双圆柱模型.在理想界面区域SMA纤维所受的轴力恒定,而在开脱区域则考虑为受线性变化轴力.计算结果表明,开脱区长度及临界界面剪应力只对SMA纤维的相变区有很明显的影响,而对母相及马氏体相的弹性变形区没有影响.这对进一步研究SMA纤维增强复合材料的性能提供理论帮助.     

单向拉伸界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型

本文提出单向拉伸情况下两相介质界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型。假设在塑性区端点的应力有界，且使弱相介质达到屈服，损伤区的尺寸和δ＝成正比的条件；可确定损伤区与塑性区的长度及其上的法向和切向接合力，ＣＴＯＤ值等。由此导出的裂尖应力场无ｒ￣（－１／２＋ｊｅ）的强奇异振荡，位移场无ｒ￣（１／２＋ｉｅ）的振荡项。     

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.     

纤维增强复合材料界面的力学行为

研究材料的界面和表面的力学行为与破坏机理,是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一,而复合材料界面问题更有其自身的特殊性和复杂性。本文结合笔者的研究工作重点讨论了纤维复合材料界面力学的共性问题,阐述了复合材料界面的性质、复合材料界面的力学模型和理论、界面力学表征的实验研究、界面损伤破坏机理、界面对复合材料力学性能的影响等5个方面。     

含非完整界面涂层夹杂中螺型位错的弹性分析

研究了含非完整界面圆形涂层夹杂内部一个螺型位错在夹杂、涂层与无限大基体材料中产生的弹性场.运用复变函数函数方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了两个非完整界面对位错力的影响规律.结果表明,涂层界面对夹杂内部螺型位错的吸引力随着界面粘结强度的弱化而变大.界面非完整程度增加削弱材料弹性失配对位错力的影响.在一定条件下,非完整界面可以改变夹杂内位错与涂层/基体系统之间的引斥干涉规律,并使位错在夹杂内部产生一个稳定或非稳定的平衡点.     

含柔性涂层的颗粒增强复合材料弹性模量估计

采用线弹簧型弱界面模型来模拟柔性涂层,研究柔性涂层对复合材料宏观弹性模量的影响.首先利用Mori-Tanaka方法和弱界面球形夹杂问题的弹性解,获得单夹杂内部的平均应力和平均应变,进而求得具有柔性涂层的复合材料的宏观弹性模量,并研究界面柔度对复合材料弹性模量的影响.     

具有弱界面特性叠层压电球壳的自由振动

针对具有弱界面的叠层压电球壳自由振动,引入两个位移和应力函数,从三维压电弹性理论基本方程出发建立了分别对应于两类振动形式的独立状态方程,并通过球面谐函数展开技术以及近似层合模型将其化为关于径向坐标的常系数状态方程.采用弱界面模型建立状态向量的界面传递关系,与层内传递关系得到球壳内外状态变量的整体传递关系.最后考虑球壳内外边界自由条件,得到了两类振动形式的频率方程.通过与已有精确解的比较验证了论文解的准确性,数值详细表明弱界面弹性柔性系数的大小对叠层球壳自振频率有较大影响,但弱界面导电性的高低对自振频率的影响不大.     

THE VALIDITY OF THE MODIFIED MORI-TANAKA METHOD FOR COMPOSITES WITH SLIGHTLY WEAKENED INTERFACE

This paper presents a direct Mori-Tanaka approach to calculate the effective moduli ofparticle-reinforced composites and fiber-reinforced composites with spring like imperfect interfaces.Bya comparison between these results and those obtained from the approximate Mori-Tanaka method de-veloped by Qu for composites with slightly weakened interface,the validity of the Qu's method is re-vealed.     

复合材料弹塑性多尺度分析模型与算法

对材料非线性多尺度分析的计算模型与算法进行研究.在构建周期分布单胞分析算法的基础上,发展针对复合材料结构材料非线性多尺度分析的一般有限元方法.方法的特点是将所建立的单胞分析过程作为有限元分析的子程序嵌入到总程序系统当中,完成对应的高斯点应力计算,因而使所发展的方法具有实现方便的特点.给出数值计算结果,验证了方法与所发展的多尺度有限元分析程序的正确与有效性.     

多晶金属材料的三维组集式弹塑性本构模型

本文从分析多晶金属材料的细观组织在弹塑性变形中的贮能和耗能机制入手,提出一个三维组集式弹塑性本构模型。该模型将材料单元抽象成沿三维空间各方向均匀分布组件的集合体,方向组件反映材料的细观性态并在宏观上协调变形,所有方向组件的内力总效应构成宏观应力。文中导出了显式的弹塑性本构关系,并与Budiansky的复杂加载试验结果及其它塑性模型进行了对比。     

含初缺陷复合材料圆柱曲板的动力屈曲分析

基于修正的一阶剪切变形理论，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出包含横向剪切变形和转动惯量的复合材料长圆柱曲板的非线性动力方程，通过将位移和载荷展开为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数，把非线性偏微分方程组转化为二阶常微分方程组，并可由四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法数值求解，通过算例，讨论了有关因素对迭层复合材料圆柱曲板动力屈曲的影响。     

复合材料弹性常数测定的超声波技术

本文简要地回顾了利用超声波脉冲技术测定复合材料弹性常数的历史，概述了现状、基本原理与基本方法，并对今后的研究方向提出了看法．