陶瓷基复合材料基体唇形裂纹失效规律研究

建立横向拉伸载荷下的唇形裂纹数学模型,采用复变函数的方法,通过保角映射,推导了唇形裂纹尖端应力场和位移场的解析解,建立了唇形裂纹的应力强度因子准则和最大能量释放率准则,结合算例分析陶瓷基复合材料基体唇形裂纹的几何参数、外载荷和纤维分布对失效准则的影响规律.结果 表明,(1)裂纹尖端应力场和位移场的解析解与有限元计算结果...     

陶瓷相变对Ⅰ—Ⅱ混合型裂纹增韧的理论分析

采用压力敏感准则和权函数法对相变增韧陶瓷I－II混合型裂纹的增韧效应进行了理论预测,分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变生屏蔽的理论表达式,并通过计算机进行了数值计算,结果表明：相变对静止裂纹有负屏蔽效应,并随KII/KI的比值增大而增大,对定常扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量,相变尾区高度和相变体积分数有关外,还随KII／KI的比值增大而增大,说明相变对II型裂纹的增韧作用比对I型裂纹的增韧作用更显著。     

相变增韧陶瓷Ⅱ型裂纹增韧分析

本文采用压力敏感和权函数法，对相变增韧陶瓷Ⅱ型裂纹的增韧效应进行了理论预测。分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变性屏蔽的理论表达式，结果表明；相变对静止裂纹无增韧效应，纹尖端屏蔽来自于裂纹扩展尾区的贡献。     

相变增韧陶瓷Ⅲ型裂纹增韧分析

本文采用压力敏感相变准则和权函数法对相变增韧陶瓷Ⅲ型裂纹的增韧效应进行了理论预测,分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式。结果表明:相变体积膨胀对增韧无贡献,裂尖屏蔽来自于晶格剪切和裂纹扩展尾区的贡献。     

陶瓷阻力曲线测定的新方法——断裂栅法

将零厚度单向试件栅刻蚀工艺应用于晶须增韧氮化硅陶瓷基复合材料表面，通过记录试件所在桥路的输出电压值，可得到随载荷不断增大裂纹逐渐向前扩展过程中每一时刻的裂尖位置和裂纹长度，从而得到该种材料的阻力曲线。     

含微裂纹和椭球颗粒介质的强度及本构关系

针对含随机分布微裂纹及椭球颗粒的复合材料，通过考虑椭球颗粒内的本征应变及其与微裂纹的相互作用，利用等效夹杂方法研究了微裂纹损伤对材料有效模量和强度的影响，推导了复合材料的细观应力场及本构关系，并导出了材料破坏的临界条件．     

金属玻璃基复合材料的变形行为及本构关系研究综述

金属玻璃及其复合材料因其优良的力学性能而具有良好的应用前景,相关研究方兴未艾.本文主要总结国内外的研究成果并结合本课题组的最新研究工作,针对块体金属玻璃基复合材料的变形行为、增韧机理和本构关系研究现状进行较为全面的综述.首先,对近几十年来在块体金属玻璃基体材料的变形行为与失效机理以及本构关系研究方面的丰硕成果进行简要回顾.其次,从实验研究和数值模拟两方面,重点对金属玻璃基复合材料的变形行为与失效机理研究成果进行介绍,总结了金属玻璃基复合材料的塑性变形、增韧机理及影响因素.然后,对金属玻璃基复合材料的本构关系研究最新进展进行评述,重点介绍了均匀化方法在该领域的应用.作为代表,较为详细地介绍了作者新近提出的一个二次均匀化的方法,并在此基础上,结合纳米孔洞作为自变量的失效判据而建立了本构模型,该模型对金属玻璃基复合材料的变形和失效行为进行了合理预测.最后,对该领域的研究现状进行简单的总结,并对未来的研究问题进行展望.     

树脂基复合材料板的粘弹性损伤本构关系

1 引言一般树脂基复合材料板具有相当强烈的各向异性和非均匀性,受载后很容易发生基体裂纹群等损伤.同时,即使在常温下,这类材料也显示粘弹性.而且,损伤与粘弹性都是各向异性的.因此,复合材料力学响应的分析比均匀无损的粘弹性材料要复杂得多,困难得多.实际上,在复合材料的结构强度和尺寸稳定性设计中,它的时间相关性和存在损伤是两个不能回避的重要问题.为此,特别需要复合材料粘弹性损伤本构关系的知识.最近一个时期,复合材料的粘弹性本构关系已得到一定的研究.作者曾提出适用于复合材料分析的弹脆性损伤模型以及考虑损伤的粘弹性本构关系.在此基础     

动载荷作用下微裂纹的增韧分析

在实验研究的基础上，将细观统计力学应用于材料的动态增韧分析中，探索性的研究了在动态载荷作用下微裂纹的增韧机理，并进行了相应的有限元分析计算，得出在动载荷作用下，微裂纹增韧主要表现在微裂纹的快速成核。如果要提高材料在动态情况下的增韧幅值，必须提高增韧颗粒的特征尺寸。     

陶瓷与陶瓷基复合材料的疲劳研究进展

本文以相变增韧陶瓷的疲劳为重点，对最近１０年来国内外陶瓷与陶瓷基复合材料的疲劳研究情况作了简要的评述，并对进一步研究提出了一些建议。     

EVOLUTION OF THE MICROCRACKS IN WHISKER TOUGHENING CERAMIC MATRIX COMPOSITES

The modified equivalent inclusion theory by the authors and the internalvariable theory are employed to investigate the evolution of the microcracks in whiskertoughening ceramics and the influence of the microcracks on the mechanical propertiesof the material. The effect of residual thermostrain, whisker content and aspect ratio isconsidered. The modulus, initial nonlinear load, strength and nonlinear constitutiverelation are calculated and some important conclusions are given.     

二维编织陶瓷基复合材料应力-应变行为

对二维编织陶瓷基复合材料拉伸应力-应变行为进行了试验研究和理论模拟. 将二维编织结构简化为：正交铺层结构和纤维束波动结构. 基于基体随机开裂、纤维随机断裂分布理论,得到正交铺层结构的应力-应变关系;基于体积平均方法,将纤维束波动部分进行分割,引入强度分析模型,得到纤维束波动部分的应力-应变关系. 结合正交铺层部分和纤维束波动部分的应力-应变关系,得到二维编织结构的应力-应变行为,理论与试验吻合较好.     

复相陶瓷中颗粒桥联与相变协同增韧作用的力学分析

本文对复相陶瓷内延性金属颗粒和相变颗粒的协同增韧作用进行了力学分析，其中颗粒桥联效应还考虑了桥联颗粒与基体间工艺残余应力的影响，相变效应考虑了相变体膨胀和剪切塑性对增韧的共同贡献。数值计算结果与Ａｍａｚｉｇｏ－Ｂｕｄｉａｎｓｋｙ的结果及２Ｙ－ＴＺＰ／２０ＶＯＬ％Ｎｉ的实验结果作了比较。     

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     

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。     

ON J-INTEGRALS IN THE PLANE FRACTURE OF COMPOSITE MATERIALS

By using a complex function method in this paper, the complex form of J-integral of mixed mode crack tip for unidirectional plate of linear-elastic orthotropic composites is obtained first by substituting crack tip stresses and displacements into general formula of Jintegral. And then, the path-independence of this J-integral is proved. Finally, the computing formula of this J-integral is derived. As special examples, the complex forms, path-independence and computing formulae of J-integrals of mode Ⅰ and mode Ⅱ crack tips for unidirectional plate of linear-elastic orthotropic composites are given.     

复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型简

基于连续介质损伤力学,提出了一个预测复合材料层合板面内渐进损伤分析的模型,它包括损伤表征、损伤判定和损伤演化3 部分. 模型能够区分纤维拉伸断裂、纤维压缩断裂、纤维间拉伸损伤和纤维间压缩损伤4 种损伤模式,定义了与4 个损伤模式对应的损伤状态变量,导出了材料主轴系下损伤前后材料本构之间的关系. 损伤起始采用Puck 准则判定,损伤演化由特征长度内应变能释放密度控制. 假定材料服从线性应变软化行为,建立了损伤状态变量关于断裂面上等效应变的渐进损伤演化法则. 模型涵盖了复合材料面内损伤起始、演化直至最终失效的全过程. 完成了含孔[45/0/-45/90]_2S 层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析,结果表明该模型能合理进行层合板的强度预测和损伤失效分析.     

MICROMECHANICAL MODELLING OF STRAIN SOFTENING IN MICROCRACK-WEAKENED QUASI-BRITTLE MATERIALS

By using the concept of domain of microcrack growth(DMG),themicromechanisms of damage in quasi-brittle materials subjected to triaxial either tensileor compressive loading are investigated and the complete strew-strain relation includingfour stages is obtained from micromechanical analysis.The regime of pre-peaknonlinear hardening corresponds to the distributed damage,i.e.the stable propagationof microcracks.After the attainment of the ultimate strength of load-bearing capacity,some microcracks experience the second unstable growth and the distributed damage istransmitted to the localization of damage.These analyses improve our understanding ofthe hardening and softening behaviors of quasi-brittle materials.     

复合材料柱管撞击分析中的有限元方法

建立了复合材料柱管结构在撞击状态下的有限元分析模型,考虑了撞击大变形引起的几何非线性、撞击接触的非线性、纤维树脂复合材料的各向异性及材料的物理非线性．给出了利用该有限元方法分析玻璃环氧柱管撞击吸能特性,并与试验进行了比较,得到了较好的吻合结果,表明该有限元方法是有效的．此外,还讨论了纤维的铺设角度对复合材料管的吸能性能的影响．