含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效比热

基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效热弹性性质,重点讨论了界面相性质的径向分布对有效比热的影响. 首先,将非均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,每个球壳内的材料性质假设是均匀的. 基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效体积模量、有效热膨胀系数及有效比热的数值求解表达式;进一步,假设界面相的性质沿径向连续变化,建立了一组微分方程,上述有效性质依赖于该微分方程组的解. 特别地,当界面相杨氏模量为幂次分布时,通过求解该微分方程组得到了有效比热等热弹性性质的解析解. 算例结果表明,应用此方法预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好;界面相热膨胀系数的径向分布对有效比热和有效热膨胀系数均有显著的影响,而界面相弹性模量的径向分布对有效比热有显著的影响,对有效热膨胀系数的影响相对较小.      

弹性波散射与多重散射的T矩阵方法

研究弹性波散射与多重散射的T矩阵方法。首先,基于Helmholtz体内和体外公式推导了对应于圆柱型散射体的T矩阵元素的具体表达式;接着分析了在含多个随机分布圆柱型散射体的随机非均匀介质中弹性波的多重散射并给出在统计平均意义下的相干波的定义以及波速和衰减系数计算公式;最后,针对Ge/Al、Sic/Al复合材料用Matlab进行了编程和数值计算;计算单个柱型散射体的散射截面以及随机非均匀介质中相干波的速度和衰减系数,分析了这种介质的频散特性。     

界面脱胶圆夹杂对SH波散射的远场解

采用Green函数方法和复变函数法研究了SH波对界面脱胶圆夹杂的散射问题,并给出了远场解答. 首先,沿双质材料界面将整个空间分成上下两部分, 在下半空间,给出了在水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源载荷作用时的位移函数,取该位移函数作为Green函数. 其次,在下半空间,利用相关文献给出的Green函数,在上下空间连接时在双质材料界面处满足连续性条件,构造出半圆形脱胶裂纹,进而求出应力和位移的表达式,建立积分方程组, 给出了散射波远场位移模式和散射截面的解答, 分析了在不同参数变化时SH波散射的远场特性. 结果表明,脱胶结构的存在对位移和散射截面有较大的放大作用.     

弹性波绕任意形状界面孔的散射

求解了弹性波绕任意形状界面孔的散射问题.通过入射波、反射波或折射波及孔的散射波场的叠加,得到了界面孔在SH波绕射下的总波场.总波场波函数的级数项待定系数可采用边界配点法来确定,该法不受边界正交性的限制,能够适用于任意形状的边界.最后,对界面椭圆孔进行了实例计算,得到了椭圆孔边的动应力集中系数.     

SH波对界面圆柱形弹性夹杂散射及动应力集中

运用Ｇｒｅｅｎ函数法求解ＳＨ波对界面圆柱形弹性夹杂的散射。首先,给出含有半圆柱形弹性夹杂的弹性半空间表面上任意一点、承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数。其次,取该位移函数作为Ｇｒｅｅｎ函数,推导出定解积分方程。最后,给出介质参数对界面圆柱形弹性夹杂的动应力集中系数的影响。     

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.     

弹性半空间中含粘性滑移界面圆形衬砌洞室对平面SH波的散射

为揭示粘性滑移界面对衬砌洞室地震响应规律的影响,采用一种高精度的间接边界积分方程法,基于粘性滑移界面模型,求解了弹性半空间中浅埋圆形衬砌洞室对入射平面SH波的散射。结果表明:中低频波入射时,随着界面滑移刚度系数的增加,衬砌洞室上方地表位移幅值减小,而界面粘性系数对地表位移反应不明显;衬砌内壁应力幅值随界面滑移刚度系数的增加而增大。高频波入射下,较小的界面粘性系数对地表位移放大效应更为显著;当界面滑移刚度系数较小时,部分频段由于体系共振效应会造成显著的应力集中;高频特别是共振频率段,粘性系数对应力幅值有明显的降幅效应。研究结论可为实际地下工程结构的抗震设计提供部分理论依据。     

水泥砂浆界面相弹性常数的反演计算

为了计算水泥砂浆界面过渡区的弹性常数,采用广义自洽方法(GSCM),根据水泥砂浆内部的微细观结构,建立了由水泥浆基体、岩石离散夹杂(骨料)、界面过渡区(ITZ)和有效弹性材料组成的四相复合材料模型.推导了界面相的体积模量和剪切模量方程.利用已知水泥砂浆材料的实验数据,计算了界面相的弹性常数.发现界面相剪切模量约为水泥浆基体剪切模量的50%.     

薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

含空心球涂层粒子复合材料界面的脱粘应力分析

在球对称拉伸载荷作用下针对空心球涂层复合材料分析了空心球涂层粒子增强复合材料的局部应力场,得到了界面临界脱粘应力的解析表达式.讨论了各相几何参数对非均匀涂层空心球粒子临界脱粘应力的影响,比较了均匀涂层和非均匀涂层的脱粘应力.结果表明:在球对称拉伸下界面脱粘更容易发生在涂层相与基体相界面间,空心球的壁厚和涂层厚度是影响界面临界脱粘应力的重要因素,因而选择适当的空心球、涂层厚度和提高界面粘结能将有利于提高界面的临界脱粘应力.     

园柱壳中环裂纹对弹性波的散射

本文在经典弹性薄壳运动方程基础上,分析了圆柱壳中环向穿透裂纹对扭转波和膨胀波的散射,求得了反射系数及相应的动态应力强度因子。通过检查能量平衡关系验证了所用方法的正确性。     

非理想界面弹性层/压电柱结构中SH波的传播特性

研究了各向同性弹性层与压电柱之间非理想连接时沿周向传播的SH波的频散特性.弹性层表面力学自由;弹性层与压电柱之间应力连续、位移间断.通过求解控制方程,将问题的解用Bessel函数表示,利用界面条件和边界条件得到频散方程,然后对其进行数值求解,分析了界面性态、材料常数和几何尺寸对SH波传播特性的影响.     

压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题

分析了压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题。利用傅立叶变换,使问题的求解转换为对一对以裂纹表面上的位移差为未知变量的对偶积分方程的求解。为了求解对偶积分方程,把裂纹面上的位移差展开为雅可比多项式形式,进而得到了裂纹长度、入射波波速及入射波频率对裂纹应力强度因子的影响。从数值结果可以看出,压电压磁复合材料中可导通裂纹的反平面问题的动应力奇异性与一般弹性材料中的反平面断裂问题动应力奇异性相同。     

SH波对有部分脱胶衬砌的圆形孔洞的散射

本文研究了圆形孔洞内衬砌与孔洞部分脱胶时对ＳＨ波的散射．将脱胶区看作表面不相接触的弧形界面裂纹，利用波函数展开法，并引入裂纹面的位错密度函数，将问题归结为一组奇异积分方程．通过数值计算获得了动应力强度因子（ＤＳＩＦ）和远场位移及散射截面（ＳＣＳ）．结果显示：由于脱胶，ＤＳＩＦ和ＳＣＳ在较低的频率上发生共振．     

含共晶界面陶瓷复合材料的损伤应变场分析

研究了含共晶界面陶瓷复合材料的损伤应变场及其尺度效应。根据含共晶界面复合陶瓷的细观结构特性,利用含共晶界面陶瓷复合材料中三相胞元内的应力场分布规律,得出棒状共晶体内的无损应变场分布规律。针对棒状共晶体内存在损伤的现象,通过引入损伤变量,利用三相模型法得到了棒状共晶体内存在损伤时的应变场分布规律;根据应变和纤维状夹杂直径之间的关系,分析了棒状共晶体内的损伤应变场及其尺度效应。结果表明,含共晶界面陶瓷复合材料内三相胞元中基体、界面相和纤维夹杂内的损伤应变场对纤维夹杂直径具有明显的尺度效应。     

缺陷岩体中弹性波传播的多次散射效应分析

弹性波在岩体中传播时与岩体缺陷相互作用形成复杂的传播图案。为研究缺陷对弹性波多次散射作用的影响,建立了双椭圆缺陷模型,基于Green函数基本解,采用边界积分的计算方法,得到了反映缺陷界面条件的刚度矩阵,分析了弹性波在双椭圆缺陷间的多次散射效应。结果表明：与单椭圆缺陷模型相比,双缺陷的相互作用使得弹性波频散和衰减效应增强,定量给出了缺陷的影响区域,从而明确了多次散射效应的尺度界限。进一步探讨了弹性波传播的多尺度效应,结果表明频散的Rayleigh峰、Mie峰和衰减的峰值频率同椭圆长轴和入射波波长两个尺度密切相关,存在明确的定量关系。相应的数值模拟结果表明,弹性波和缺陷相互作用在缺陷界面上诱发界面波,该界面波也存在频率相关性,影响了弹性波宏观传播的频散和衰减特征。     

SH波对双相介质界面附近圆形孔洞的散射

建立了求解平面SH波对双相介质界面附近圆形孔洞散射与动应力集中的一种分析方法.利用复变函数与多极坐标的方法构造了一个Green函数,它是在含有圆形孔洞的弹性半空间的水平面上任一点上作用时间谐和的出平面线源荷载的位移解.利用"契合"模型,并根据界面上位移连续性条件,建立了求解SH波对双相介质界面附近圆形孔洞散射的具有弱奇异性的第一类Fredholm型积分方程.给出了圆孔周边上动应力集中系数的表达式.作为算例,分析了在界面一侧或界面两侧附近具有圆形孔洞时SH波的散射,并讨论了入射波波数、不同的材料组合以及孔心至界面的距离对动应力集中的影响.     

SiC粒子非均布引起铝基复合材料的损伤分析

 根据电镜断面考察结果，以Gurson模型为本构方程的有限单元 法对包体模型及三维非均匀模型进行了详细分析. 为了评价应力-应变 关系及损伤的主要因素，考虑了基体中SiC粒子的体积率和径比的非均 匀分布. 其结果表明，用这种非均匀模型能很好地仿真铝基体在大量塑 性变形之后所发生的韧窝破坏过程. SiC粒子体积率、径比及其位置的 非均匀性，对局部和整体损伤过程与应力-应变关系的影响相当大. 当 Sic粒子径比为1.0，并在基体中均匀分布时，断裂应变会大幅度增大.     

弹性半空间中含直边界半圆形衬砌隧道对SH波的散射解析解

为进一步揭示含直边界衬砌隧道对SH波散射的影响,根据弹性波动理论,结合"分区契合"思想,建立了弹性半空间中半圆隧道对波场散射问题的波动方程。利用傅里叶级数展开的方法,引入辅助函数和波函数展开技术,通过对连续性条件和边界条件的分析,求得半空间中含直边界衬砌隧道对SH波散射的封闭解析解。计算结果表明:入射波特性、半圆隧道衬砌材料特性、隧道埋置深度对地表位移幅值影响显著;对于软性和硬性衬砌隧道而言,当频率逐渐增大时,地表位移幅值也随之增大,地表位移幅值空间振荡更为剧烈;随着入射角度增大,地表位移幅值整体上呈减小趋势;随着隧道埋深d/a由2增加到5时,隧道上方地表位移幅值降幅显著。     

饱和土中的任意形状孔洞对弹性波的散射

根据Biot波动理论建立了求解饱和土中任意形状孔洞对弹性波散射问题的复变函数方法.首先通过引入位移势函数把稳态条件下的Biot波动方程解耦为势函数所满足的Helmholtz方程.利用分离变量方法即得到Helmholtz方程完备的通解.根据所得位移势函数的通解,可得骨架位移、流体相对骨架的位移、应力和孔压的表达式.通过保角变换方法,把物理平面上的孔洞映射到像平面上单位圆.利用土骨架和流体的边界条件,即可确定波函数展开式中的未知系数.给出了一些数值结果.