考虑界面应力时纳米涂层纤维增强复合材料的有效力学性能

基于Gurtin-Murdoch表/界面理论和广义自洽方法,获得了考虑界面应力时纳米涂层纤维增强复合材料有效反平面剪切模量的闭合形式解.讨论了涂层的壁厚、力学性能和界面性能对复合材料有效性能的影响.结果显示:在纳米尺度范围内,复合材料的有效反平面剪切模量受纳米涂层的尺寸影响显著.纤维体积分数一定时,涂层壁厚越大,纤维半径越小,有效反平面剪切模量与经典结果偏差越大.纤维刚度和涂层界面性能对复合材料有效模量的影响也取决于涂层刚度,非常软或非常硬的涂层都大大限制了纤维刚度对复合材料有效模量的贡献,过高的涂层刚度屏蔽了纳米复合材料表/界面效应的影响.     

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．     

圆形刚性夹杂双周期分布的反平面问题

研究含双周期分布的圆形刚性夹杂在无穷远受纵向剪切的弹性平面问题，遵循复合材料中各夹杂相互影响的重要条件。采用复变函数方法。构造相应模型的复应力函数。通过坐标变换，同时满足夹杂边界位移条件，再利用围线积分将求争方程组化为线性代数方程组。导出了圆形刚性夹杂双周期分布的界面应力解析表达式。算例给出了界面应力最大值与夹杂间距的变化规律。求出了刚性夹杂的合理间距问题，本文发展的分析方法为研究夹杂材料的细观机理探索了一条有效的分析途径。     

多圆形刚性夹杂的反平面问题

构造任意分布且相互影响的多个圆形刚性夹杂模型的复应力函数，采用复变函数方法，达到满足各个夹杂的边界条件，利用坐标变换和围线积分将求解方程组化为线性代数方程组，推导出了圆形刚性夹杂任意分布的界面应力解析表达式，算例对多夹杂与单夹杂两种模型的界面应力最大值进行了对比，同时还给出了界面应力最大值随夹杂间距的变化规律，求出了刚性夹杂的合理间距。本文发展的分析方法为研究夹杂材料的细观机理探索了一条有效的分析途径。     

广义自洽Mori-Tanaka模型及涂层夹杂体复合材料的有效模量

经典广义自洽模型的最大不足是需要确定相材料的位移及应变场,这一过程十分繁杂,而且最后得到的有效剪切模量无法显式表达,难以应用.该文摈弃这一经典做法,而从广义自洽模型的应变等价条件出发,在夹杂应变均匀的近似假定下,将Hill界面条件应用于整个二相体内,从而得到一种可以预报涂层夹杂体复合材料有效模量的广义自洽Mori-Tanaka模型.与已有的实验及理论结果的比较表明,该模型准确可靠,而且有效体积和剪切模量均能显式表达.同时证实,以上的Hill界面条件应用于二相体内相当于Mori-Tanaka平均场近似.     

穿过反平面圆形夹杂界面的曲线型刚性线

利用复变函数方法和叠加原理建立了求解刚性线夹杂问题的弱奇积分方程,利用Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程主部分方法,研究了穿过反平面圆夹杂界面的曲线型刚性线夹杂在界面交点处点处的奇性应力指数以及交点处角形域内的奇性应力,并定义了交点处的应力奇性因子。利用所得的奇性应力指数,通过对弱奇异积分方程的数值求解,得出了刚性线端点和交点处的应力奇性因子。     

无限介质中单个纳米涂层夹杂反平面问题的两个模型

采用零厚度界面模型和界面层模型研究了无限介质中单个纳米涂层圆柱形夹杂的反平面问题,利用复变函数方法获得了两种模型夹杂、涂层和基体内应力场的封闭解析解．研究表明,当界面层模型中的界面相厚度趋于零时,界面层模型可以解析地退化为零厚度界面模型．数值算例分析了界面模量不同取值时应力场的分布和应力的尺度依赖性．本文结果丰富了对纳米夹杂力学行为的认识,并可为直接采用零厚度界面模型有困难的纳米夹杂问题的研究提供有价值的参考．     

各向异性材料界面共线刚性线夹杂的反平面问题

研究两种各向异性材料焊接界面含共线刚性线夹杂的反平面问题,导出了一般问题的公式和几个典型问题的封闭形式解,求出了刚性线尖端的应力分布.从文中解答的特殊情况,直接导出各向同性材料界面与均匀各向异性介质中相应问题的公式与结果,并与有关文献相一致.     

颗粒增强复合材料的椭圆形刚性夹杂呈双周期分布模型的反平面问题研究

在遵循复合材料中各夹杂相互影响的重要条件下,构造呈双周期分布且相互影响的椭圆形刚性夹杂模型的复应力函数,采用坐标变换和复变函数的依次保角映射方法,达到满足各个夹杂的边界条件,利用围线积分将求解方程化为线性代数方程,推导出了在无穷远双向均匀剪切,椭圆形刚性夹杂呈双周期分布的界面应力解析表达式,最后的算例分析给出了夹杂的形状对界面应力最大值(应力集中系数)的影响规律,并描绘出了曲线.     

含任意形状弹性夹杂的弹性体反平面应变问题

含任意形状弹性夹杂的弹性体反平面应变问题高存法,侯密山（石油大学机械系,山东东营２５７０６２）１理论分析如图１所示,无限弹性介质ｓ＿１包含一任意形状弹性夹杂ｓ＿２,为远处外载,则其位移Ｗ（ｘ,ｙ）,剪应力τ＿（ｘｚ）、τ＿（ｙｚ）及边界条件可表示为￣...     

周期性多孔材料等效剪切模量与尺寸效应研究

提出了以圆筒扭转力学模型为基础, 预测周期性多孔材料等效剪切模量及其研究尺寸效 应的一种简单有效计算方法. 以方形孔和圆形孔两种典型多孔材料为例进行了数值计算求解; 同时, 建立了几何参数随体胞尺寸缩放因子$n$的解析关系, 证明了两种构型的周期性多孔材 料的等效剪切模量均随尺寸缩放因子$n$的增大而减小. 当$n \to \infty $时, 即体胞尺寸相对整体结构无限小时, 多孔材料的等效剪切模量趋近收敛于一个恒定值; 当体胞的材料体分比增大时, 多孔材料等效剪切模量也随之增大. 此外, 依据周 期性多孔材料的结构对称特性, 使用体胞子结构有限元计算模型进行等效剪切模量及其尺寸 效应的预测, 极大地提高了计算效率.     

颗粒增强复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力－应变场．对旋转体和非旋转体颗粒增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算，数值与实验结果对比表明，该方法是有效的、可靠的．分析了颗粒的排列分布、颗粒取向和颗粒的几何形状对有效模量的影响．数值结果表明，颗粒的排列对有效轴向弹性模量影响较大．颗粒的取向和颗粒的形状对有效性能的影响也是显著的     

EFFECTIVE ELASTIC MODULUS OF BONE-LIKE HIERARCHICAL MATERIALS

A shear-lag model is used to study the mechanical properties of bone-like hierarchical materials.The relationship between the overall effective modulus and the number of hierarchy level is obtained.The result is compared with that based on the tension-shear chain model and finite element simulation,respectively.It is shown that all three models can be used to describe the mechanical behavior of the hierarchical material when the number of hierarchy levels is small.By increasing the number of hierarchy level,the shear-lag result is consistent with the finite element result.However the tension-shear chain model leads to an opposite trend.The transition point position depends on the fraction of hard phase,aspect ratio and modulus ratio of hard phase to soft phase.Further discussion is performed on the flaw tolerance size and strength of hierarchical materials based on the shear-lag analysis.     

颗粒摩擦对颗粒材料剪切行为影响的试验研究

通过对一种类似于土的颗粒材料--玻璃珠开展一系列室内直剪试验,研究颗粒间摩擦对颗粒材料剪切行为的影响. 试验一共考虑了4种不同的摩擦情况:干燥状态、用水浸润状态、完全淹没在水中和用油浸润状态. 分析试验结果发现,与干燥状态试样相比,用油浸润能明显降低试样的剪胀性和抗剪强度,而用水浸润和淹没在水中的方法没有产生显著的影响. 此外,通过在剪胀关系式中引入可变剪胀系数来考虑颗粒摩擦对颗粒材料剪胀性的影响,并从颗粒滑动与滚动的细观机理上初步解释了颗粒滑动摩擦角对临界状态摩擦角的影响规律.     

关于蜂窝芯体面外等效剪切模量的讨论

对于六边形蜂窝芯体,其面内等效参数具有确定的解析式,便于应用;相比之下,对于面外等效剪切模量,现有工作只能给出其上下限,由于没有确定的取值,给工程计算带来了困扰。为克服这一矛盾,本文通过Y型蜂窝胞元,针对薄面板的情况,重新分析了芯材的面外等效剪切模量。针对直壁板与斜壁板厚度为1:1和2:1的情况,给出了近似的弹性力学解答,并由此确定出面外等效剪切模量的上限。本方法所确定的剪切模量的上限与文献给出的剪切模量的下限是相同的,从而使该模量也具有确定的解析表达式,方便了数值计算和分析。试验数据和有限元数值分析均验证了本文结论的正确性。     

PREDICTIONS OF EFFECTIVE OUT-PLANE SHEAR MODULUS AND SIZE EFFECT OF HEXAGONAL HONEYCOMB

给出了预测六边形蜂窝材料等效剪切模量及其尺寸效应的圆筒扭转力学模型和扭转能量法,建立了等效面外剪切模量G₁₃相对于材料体分比ν、周向单胞数n、圆筒半径r和单胞层数参数m变化的解析表达式;同时将扭转能量法、有限元数值模拟计算和G-A经典细观力学方法进行了比较,从理论上揭示并验证了尺寸效应的存在性. 结果表明,当蜂窝体胞尺寸相对结构尺寸无穷小时,预测结果趋近于细观力学方法的结果. 此外,利用周期性蜂窝材料的结构对称特性,使用体胞子结构有限元计算模型进行等效面外剪切模量及其尺寸效应的预测,在不影响计算结果的前提下极大地提高了计算效率.     

蜂窝夹芯剪切等效模量研究

蜂窝夹层轻型结构以其比强度、比刚度高,而在航空航天工程中被广泛采用．由于蜂窝形状、尺寸多样,使夹层结构设计、优化分析变得复杂,特别是蜂窝夹芯的剪切模量难以准确的等效计算．以薄板理论为基础采用有限元方法对单蜂窝分析的方法,获得蜂窝夹芯的剪切等效模量,与其它方法相比较,精度较高,与试验结果吻合较好．     

复合材料有效弹性性质分析方法eeeeee

建立复合材料的有效性质与微结构参数的关联,是复合材料优化设计的基础。本文具体针对有效弹性性质,重点介绍了建立有效性的基本思路 和主要分析方法。首先讨论了代表单元的概念,然后分别从复合材料有效性质的普适关系、界限理论和近似方法三个不同的视角较全面的介绍了建立非均质材料有效性质的方法、主要结果和最新进展。重点从构型的概念和微结构分布形式上分析了各种模型间及分析方法之间的联系与差别。最后还就建立非均质材料有效性质中存在的问题和研究热点做了简单的介绍。     

黄河三角洲粉质土的动模量和阻尼比试验研究

结合室内共振柱和动三轴实验,对黄河三角洲饱和原状粉质土体(粉土、粉砂、粉质粘土)动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行了详细的研究。研究表明,在粉粒和粘粒含量对动模量的共同影响中,粉粒含量起着举足起重的作用;侧限压力对归一化剪模比和阻尼比的影响均较显著,相比粘粒含量的影响不大。通过与Seed建议的砂土及饱和粘土的G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行对比,结果显示研究区的粉质土相比一般的砂土和饱和粘土而言,其动力变形特性更接近于砂土,但是与砂土也存在着非常明显的差异;其发展规律与其他地区沉积粉质土也较为不同,具有明显的区域性。采用修正了的Hard in-D rnevich模型和对数模型分别对G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行拟合,给出了三类粉质土的归一化动力变形G/Gmax~γ/γr关系曲线,对模型中有关参数的影响因素做了初步的探讨。