考虑晶界滑错的金属多晶体响应的自洽方法

本文首先建立含有三种介质（各向异性基体、各向异性夹杂，界面层）的平面应变夹杂模型，将基体和夹杂位移场展开为多项式级数，假设界面层很薄，运用变分原理得出这一问题的近似解。将上述夹杂问题的解和ＨＩＬＬ自洽方法相结合，给出了考虑晶界滑错效应的金属多晶体弹塑性响应。     

立方晶粒任意集合下的格林函数和有效弹性刚度张量

为了推导多晶体材料的有效弹性刚度张量,给出立方晶粒任意集合的格林函数封闭但近似的表达式,该格林函数表达式包含三个单晶弹性常数和多晶体材料五个织构系数,它考虑取向分布函数的影响直至织构系数的线性项,它适用于弱织构多晶体材料或具有弱各向异性晶粒的多晶体材料(如金属铝),它与Nishioka格林函数近似式的比较通过三个算例给出;Synge的格林函数积分式则直接通过数值计算完成,它可作为问题的精确解供参考．该文还简单介绍了多晶体材料有效弹性刚度张量的推导过程,并把所得结果和有限元计算结果进行比较。     

立方晶粒正交板材瑞利波速与织构系数的关系

正交板材是由大量微小晶粒组成的正交多晶体材料,而多晶体中晶粒的取向分布(可通过取向分布函数中的织构系数来描述)影响着多晶体材料的力学性能,也必然影响着瑞利波的传播速度。将多晶体材料的织构系数引入到弹性张量中,通过特征值办法,采用线性化处理,推导出立方晶粒正交板材的瑞利波速与织构系数的关系式,在此基础上可通过正交板材瑞利波速的测量获得织构系数,并与通过超声横波纵波测得结果相比,吻合很好。     

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,而且最后得到的有交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的比较表明,该模型准确可靠,而且有效体积和剪切模量     

含夹杂复合材料宏观性能研究

本文综述并评价了有关含夹杂复合材料的有效弹性模量研究的代表性工作，包括自洽理论，微分法，Ｅｓｈｅｌｂｙ－Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ法，Ｈａｓｈｉｎ和Ｓｈｔｒｉｋｍａｎ的变分法等。指出上述理论由于没有充分考虑复合材料内部的微结构特征，如夹杂的形状、几何尺寸、分布和夹杂间的相互影响，在夹杂的体积份数较大，如大于０．３时已不能有效地预报复合材料的有效弹性模量，随后介绍了近来才发展起来的一种新方法─—相关函数积分法，理论与实验的结果的比较表明，该方法在夹杂体积份数较大时仍然有效。     

近片层γ-TiAl基合金宏观屈服的微观表征

将近片层-γTiAl基合金视为以等轴γ颗粒为基体,PST颗粒为夹杂的两相复合材料,基于细观力学自洽理论,对合金的有效弹性模量及基体和夹杂中的应力和应变场进行了解析分析计算,并结合细观力学的宏细观关联方法,确定了近片层-γTiAl基合金的宏观屈服的微观表征.结果表明:夹杂颗粒中的应力和应变场与外载及夹杂的体积分数f和椭球长细比ρ有关,软取向PST夹杂颗粒的微变形屈服导致近片层-γTiAl基合金材料的整体宏观屈服.     

一种非经典滑移模型及其应用

采用由弹簧和塑性阻尼器构成的简单机械型建立了不采用屈服判据的滑移本构方程,并利用ＫＢＷ自洽理论和一种混合平均方案得到了多晶体弹塑性的分析方法,此法不采用屈服判据,无需对滑移系的开动和滑移方向进行搜索,使计算过程简化,分析了３１６不锈钢在拉压、剪切二维塑性应变空间中典型路径下的循环响应特性,得到了与实验较为一致的结果。     

纳米夹杂复合材料的有效反平面剪切模量研究

基于Gurtin-Murdoch表面/界面理论模型,利用复变函数方法,获得了考虑夹杂界面应力时夹杂/基体/等效介质模型的全场精确解,发展了能够预测纳米夹杂复合材料有效反平面剪切模量的广义自洽方法,给出了复合材料有效反平面剪切模量的封闭形式解。数值结果显示：当夹杂尺寸在纳米量级时,复合材料的有效反平面剪切模量具有尺度相关性,随着夹杂尺寸的增大,本文结果趋近于经典弹性理论的预测值;夹杂尺寸对于有效反平面剪切模量(本文结果)的影响范围要小于其对有效体积模量与剪切模量(各向同性材料)的影响范围;有效反平面剪切模量受夹杂的界面性能和夹杂刚度影响显著。     

基于自洽法的电化学沉积修复饱和混凝土细观描述

针对当前电化学沉积修复混凝土缺乏细观层次上的理论描述,首先,以饱和混凝土的细观结构和电化学沉积修复的主要机理为基础, 提出了含电化学沉积产物、水和混凝土基体在内的三相复合材料细观力学模型. 其次,为了从细观层次定量描述电化学沉积修复对混凝土宏观性能的影响,基于自洽法对上述细观力学模型进行多层次均匀化处理,获取电化学沉积修复饱和混凝土的有效性能,其中,第一层均匀化是采用广义自洽模型获取等效夹杂的有效性能,第二层均匀化是采用自洽方法和沃伊特(Voigt) 上限相结合的方式获取修复混凝土的有效性能. 最后,为了验证该文所提出模型和方法的有效性,对比了该文的预测结果、试验数据和已有模型,结果表明了该文模型和方法是合理的.      

具有体膨胀和剪切效应的结构陶瓷相变塑性细观本构模型:Ⅰ.非比例加载历史

本文在对结构陶瓷的四方至单斜(t→m)马氏体相变进行细观力学、热力学和微观机制分析的基础上,导出了在非比例加载条件下考虑材料的体膨胀和剪切效应的相变塑性细观本构模型。作者首次采用 Mori-Tanaka 方法以自洽的方式导出了材料构元的 Helmho-ltz 自由能及余能函数的解析表达式,它是外加宏观应力(或应变)、温度、相变夹杂体积分数以及夹杂内平均相变应变的函数,其中夹杂体积分数和平均相变应变为描述材料构元微结构变化的内变量。最后按 Hill-Rice 本构理论框架导出相变塑性屈服面方程及增量本构关系。     

具有体膨胀和剪切效应的结构陶瓷相变塑性细观本构模型:Ⅰ.非比例加载历史

本文在对结构陶瓷的四方至单斜(t→m)马氏体相变进行细观力学、热力学和微观机制分析的基础上,导出了在非比例加载条件下考虑材料的体膨胀和剪切效应的相变塑性细观本构模型。作者首次采用 Mori-Tanaka 方法以自洽的方式导出了材料构元的 Helmho-ltz 自由能及余能函数的解析表达式,它是外加宏观应力(或应变)、温度、相变夹杂体积分数以及夹杂内平均相变应变的函数,其中夹杂体积分数和平均相变应变为描述材料构元微结构变化的内变量。最后按 Hill-Rice 本构理论框架导出相变塑性屈服面方程及增量本构关系。     

三维立方准晶椭球夹杂的Eshelby张量

准晶体颗粒复合智能材料具有优异的物化性能和应用前景。不同于传统的各向同性材料,三维立方准晶体材料包含声子场,相位子场,及声子-相位子耦合场。为更好地研究准晶体颗粒夹杂问题,揭示准晶体材料夹杂问题的物理现象,本文利用本征应变公式和柯西留数定理,考虑椭球体夹杂,获得了三维立方准晶材料夹杂问题的Eshelby张量,并给出了统一的表达式。进而,当三维立方准晶夹杂形状为球形、棒状、扁平状和带状时,获得了封闭形式的三维立方准晶Eshelby张量表达式。同时,给出了椭球体长径比变化时Eshelby张量的变化规律,这对研究准晶体颗粒夹杂问题具有重要的理论意义。     

界面对多相介质平均弹性性能和应力场的影响

在建立多相介质夹杂问题的自洽模型基础上，应用自洽有限元法研究了多相介质的平均弹性性能问题，通过数例讨论了在不同体分比下，界面对多相介质总体平均弹性性能的影响，结果表明，界面厚度对多相介质横向平均剪切模量和横向平均体积模量有明显的影响，而对纵向平均拉伸模量影响不大。为了进一步研究界面破坏特征，本文还分析了多相分质界面区域的应力场。     

含共线刚性线夹杂压电介质的广义二维问题

基于Stroh理论，研究了含N个共线刚性线夹杂压电介质的广义二维问题，给出了介质内的复势函数、夹杂内的电场和夹杂尖端附近场奇异性系数的解析表达式。结果表明场奇异性系数取决于无限远处的应变。     

一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法

在最小二乘意义下提出了一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法.这种方法由于考虑了等效弹性张量各分量之间的耦合关系,所求得的等效弹性常数比传统方法更可靠,可适用于求解含任意形状的夹杂和夹杂物问题.通过算例计算了在不同弹性模量对比度下两相复合材料的等效弹性性能,并与相关的理论及数值结果进行了比较,结果表明,利用该方法计算含夹杂复合材料等效弹性常数是可行的.     

基于细观力学方法的混凝土热膨胀系数预测

建立混凝土材料的有效性质与微结构参数之间的关系,是混凝土材料优化设计的基础。本文用细观力学方法对复合材料宏观有效热膨胀系数进行研究,得到了含有一球形夹杂物的无限大介质在均匀变温作用下的应力场。假定混凝土为由骨料和砂浆基质组成的二相复合材料,根据混凝土宏观体积热膨胀量与组成混凝土的各相介质细观体积热膨胀量相等的原则,采用基于Mori-Tanaka方法的混凝土宏观有效剪切模量,推导出混凝土有效热膨胀系数的解答。对稀疏解法、自洽方法和有限单元数值试验结果的比较说明,本文提出的基于自洽方法的混凝土宏观有效热膨胀系数的理论公式能够较好的描述混凝土的热学特性,该方法可以推广到多相复合材料宏观有效热膨胀系数的预测中。     

径向非均匀介质中圆形夹杂的动应力分析

基于复变函数理论,研究了径向非均匀弹性介质中均匀圆夹杂对弹性波的散射问题. 介质的非均匀性体现在介质密度沿着径向按幂函数形式变化且剪切模量是常数. 利用坐标变换法将变系数的非均匀波动方程转为标准亥姆霍兹(Helmholtz) 方程. 在复坐标系下求得非均匀基体和均匀夹杂同时存在的位移和应力表达式. 通过具体算例分析了圆夹杂周边的动应力集中系数(DSCF). 结果表明:基体与夹杂的波数比和剪切模量比,基体的参考波数和非均匀参数对动应力集中有较大的影响.      

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%.     

一种颗粒复合材料物理性能计算模型与工程应用

结合傅里叶描述子法与格林函数法提出了任意形状夹杂物的Eshelby张量计算方法,基于分步夹杂法建立了一种具有任意形状颗粒的复合材料物理性能预测理论模型。通过傅里叶描述子法对扫描电镜(SEM)图像中颗粒形貌进行数学表征,构建由多个细观结构参数组合的几何模型;利用格林函数求解夹杂物Eshelby张量,考虑颗粒形态、大小和组分性能,研究细观结构对颗粒复合材料有效性能的影响。在此基础上,设计了一款颗粒复合材料物理性能预测软件。以铜铬合金为研究对象,分析重构的细观模型与预测的结果,并与有限元计算结果进行对比,验证了该计算模型的有效性和可靠性,以及在工程计算应用中的可行性。     

固结系数的空间变异性对一维固结的影响分析

采用空间均值的方差的两种算法分析了自相关距离对固结系数的变异性的影响。结果表明,随着自相关距离的增大,固结系数的变异性增大。分析了不同土层的固结系数的不同,变异性对一维平均固结度的影响是不同的。结果表明分析一维固结,应视土层情况和工程性质考虑是否用随机场来模拟土的固结。