含孔平板弹性波散射问题的复变函数方法

本文采用平板弯曲波动理论及复变函数方法，对平板开孔弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析研究，得到了传播急剧记波时此种平板弯曲波动问题的分析解。若同时采用保角射技术，就为主解平板任意形状开孔弹性波的散射及动应力集中问题提供了一种统一规范的方法。作为算例，本文给出了平板开圆孔和椭圆孔附近的动应力集中系数的数值结果，并对其进行了讨论。     

纤维排列方式对单向纤维加强复合材料弹性常数的影响

本文应用GMC方法计算了纤维在规则排列和随机排列时单向纤维加强复合材料的总体弹性系数，结果表明，在一定纤维体积比范围内，虽然纵向弹性模量不受纤维排列方式的影响，但是复合材料的横向弹性模量和横向剪切模量受纤维排列方式的影响较大，所以，在考察复合材料的横向弹性常数时，应该考虑纤维排列方式的影响，在相同纤维比的情况下，正方形排列和正方形对角排列所得的弹性常数是上下界，而六角形排列和随机排列的结果位于以上两者之间，当纤维比较小时（小于20％），纤维的排列方式对各弹性常数均无明显影响，本文的结果在工程应用中有指导意义。     

功能梯度界面相对周期分布纤维增强复合材料反平面剪切的影响

基于复变函数理论和边界配点法,探索了功能梯度界面相在周期均匀分布纤维增强复合材料反平面剪切问题中所起的作用.由于纤维在复合材料基体中的周期分布是均匀的,将其简化成含一功能梯度界面相夹杂的方形单胞.采用分层均匀化方法,将功能梯度界面相离散成K层界面层.当K足够大时,每个界面层可视为匀质材料,同时计算得到的复合材料宏观性能趋于定值.根据单胞内的基体、界面相和夹杂的几何外形特点,分别给出复势函数的级数形式,这些复势函数在各组分的相邻界面应满足连续性条件,在单胞的外边界应满足周期性边界条件和远场加载条件,从而确定复势函数中的待定系数,进而根据平均场理论确定复合材料有效模量.主要探讨了夹杂体积分数、各组分模量、功能梯度界面相的模量渐变形式等因素对纤维增强复合材料性能的影响.结果表明:不管基体模量相对于夹杂模量是大还是小,都有对应的界面相模量渐变形式可使夹杂周围的等效应力集中系数减小;另外还发现仅当夹杂模量较大时,功能梯度界面相模量的变化方式对复合材料有效模量产生不可忽视的影响.     

变边界粘弹性轴对称问题的复变函数法

对边界几何形状、位置随时间变化的变边界结构,给出了用复变函数求解粘弹问题的解析方法.文中用拉普拉斯变换结合平面弹性复变方法,对内外边界变化时粘弹性轴对称问题进行求解.引入两个与时间、空间相关的解析函数,给出了变边界情况下应力、位移以及边界条件与解析函数的关系.当解析函数形式部分确定,则可用边界条件求解其中与时间相关的待定函数.求解待定函数的方程一般情况下为一系列积分方程,特殊情况可求得解析解.对轴对称问题中应力边值问题、位移边值问题以及混合边值问题,分别利用边界条件求得相关系数,从而得到了应力与位移的解析表达.当取Boltzmann粘弹模型时,进行不同边值问题的分析.分析显示,应力、位移的形态与大小均与边界变化过程相关,与固定边界粘弹性问题有较大不同.本文解答可用于粘弹性轴对称问题内外边界任意变化及各种边值问题的力学分析.此外,该法可进一步进行荷载非对称、复杂孔型变边界问题的求解.     

纤维增强复合材料界面强度的细观测试方法

本文对纤维增强复合材料界面强度细观试验方法的发展及现状进行了评述，分析了各种试验方法的优点和不足。着重对纤维压入试验方法从试验的装置，试件的制备，试验的过程以及试验的理论分析方法等各方面进行了详细介绍。应用纤维压入试验测试了碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面强度     

弹性力学问题复变函数解法的应用与发展

对利用复变函数法求解弹性力学问题在过去100年中的发展进行了简要综述,介绍了自1909年Kolosov提出复应力函数法以来的弹性力学复变函数解法相关的几本具有影响的经典专著或教科书、复变函数方法在弹性问题壳体和空间问题的拓展,以及近些年来在解决更多力学问题上的新发展和新应用等.     

纳米圆形孔洞SH波散射的复变函数解答

利用复变函数理论,研究了平面内纳米圆形孔洞对剪切波(SH波)的散射问题.首先给出宏观尺度下平面内嵌有孔洞的入射波场和散射波场.其次考虑表面效应,给出纳米尺度下的边界条件,建立求解散射波函数中含有未知系数的无穷代数方程组,并利用三角函数的正交性得出了应力场的解析解.最后通过算例分析了表面效应、量纲为一的波数对孔洞周围动应...     

纤维增强复合材料弹性性能预测的域分解方法及应用

提出了新的有限元建模方法,即域分解方法,用于预测纤维增强复合材料单向带T300/BSL914C(环氧树脂)和AS4/3501-6(环氧树脂)的弹性性能。域分解方法基于区域叠合技术,分别建立单胞的整体域与纤维域模型用于代替传统有限元建模方法中单胞的基体域与纤维域模型。整体域是真实基体体积与纤维体积的叠加,两区域网格独立划分,互不影响。采用MSC.Nastran中的多节点约束Explicit单元,在整体域与纤维域节点之间建立位移连接属性模拟单胞基体域与纤维域之间的位移约束关系,从而实现两区域的耦合计算。计算结果表明:域分解方法单胞模型纤维增强方向弹性模量Ez预测值与试验值误差在7%以内,其余弹性常数也都与试验值吻合较好。域分解方法不仅可以大大简化纤维增强复合材料的细观力学建模,而且可以准确地预测纤维增强复合材料的弹性性能。     

纤维增强复合材料的破坏机理

纤维增强复合材料本身是一个非均匀各向异性力学结构。复合材料的研制、设计和使用都与力学密切相关。复合材料的破坏机理比金属材料复杂,不同组分的构成使其在加工中存在和使用中带来的缺陷比金属多。它的破坏机理与纤维、基体组分的性能,粘结强度,纤维铺设方向和顺序,工作条件等有关。需要采用有效的试验和分析方法,研究复合材料在不同      

含大量随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数计算的内嵌区域模型法

利用有限元方法求取单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数的计算模型包括三维模型、两维平面应变模型、单胞模型等等.由于单胞模型仅仅适用于纤维规则排列情况.在纤维随机分布且纤维大小亦为随机时,单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数必须通过对于复合材料块体的计算才能获得.同时在随机分布纤维的数量增大时,三维模型和二维平面应变模型的计算量急剧增加,模型的处理能力不强.该文提出一种利用内嵌区域模型来计算含大量随机大小、随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料块体的横向弹性性能参数的方法,有效降低了计算量.在较低的计算费用下,能够快速获得单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数.     

Scattering of elastic waves in an elastic matrix containing an inclusion with interfaces

Based on the theory of elastic dynamics, the scattering of elastic waves and dynamic stress concentration in fiber-reinforced composite with interfaces are studied. Analytical expressions of elastic waves in different medium areas are presented and an analytic method of solving this problem is established. The mode coefficients are determined by means of the continuous conditions of displacement and stress on the boundary of the interfaces. The influence of material properties and structural size on the dynamic stress concentration factors near the interfaces is analyzed. It indicates that they have a great influence on the dynamic properties of fiber-reinforced composite. As examples, numerical results of dynamic stress concentration factors near the interfaces are presented and discussed. This paper provides reliable theoretical evidence for the study of dynamic properties in fiber-reinforced composite. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19972018).     

MULTIPLE SCATTERING AND DYNAMIC STRESS ANALYSIS OF ELASTIC WAVES IN A FIBER—REINFORCED COMPOSITE WITH INTERFACES

Based on the theory of elastic dynamics, multiple scattering of elastic waves and dynamic stress concentrations in fiber-reinforced composite are studied. The analytical expressions of elastic waves in different regions are presented. The mode coefficients of elastic waves are determined in accordance with the continuous conditions of displacement and stress on the boundary of the multi-interfaces. By using the addition theorem of Hankel functions, the formula of scattered wave fields in different local coordinates are transformed into those in one local coordinate to determine the unknown coefficients and dynamic stress concentration factors (DSCFs). The influences of the distance between two inclusions, material properties and structural size on the DSCFs near the interfaces are analyzed. As examples, the numerical results of DSCFs near the interfaces for two kinds of fiber-reinforced composites are presented and discussed. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19972018)     

小内力平板弹性波散射问题的摄动方法

基于平板小挠度弯曲波动方程,采用摄动方法具有纵向内力作用下的平板开孔弹性波的散射问题进行了研究,得么了传播稳态波时此种平板弯曲波动问题的分析解,分析了均匀纵向内力对弹性波散射结果的影响,作为算例,本文给出了平板圆形开孔的动应力集中系数的数值结果,并对计算结果进行了讨论。     

基于传递函数法的兰姆波解析模拟

论文研究了兰姆波传播的解析模型.薄压电传感器(PZT)被用于兰姆波的激发.为模拟PZT的激励,采用PZT边缘的分布式点源等效PZT的激励,建立了解析模型的边界条件.结合三维傅里叶变换,在频率波数域求解了三维波动方程,得到了在单位周期激励下兰姆波的频域响应.结合传递函数法,可以得到任意激励下兰姆波的频域响应.利用傅里叶逆变换,进一步求解了兰姆波在时间-空间域的全局波场.为了验证解析模型,将解析模拟与实验进行了比对.试验测量值与解析模拟结果相吻合.     

平面波对有部分脱胶衬砌的圆形孔洞的散射

将波函数展开法与奇异积分方程技术相结合研究了平面波对有部分脱胶衬砌的圆形孔洞的散射。将脱离区看作弧形裂纹并忽略裂纹表面的相互作用。将衬砌和基体中的波场展开成Fou-rier-Bessel级数,利用混合边界条件得到一组对偶级数方程组并进一步转化成Hilbert奇异积分方程。数值求解给出了脱离区大小和衬砌厚度对动应力强度因子(DSIF)和散射截面(SCS)的影响。结果显示由于脱胶,动应力强度因子和散射截面呈现明显的低频共振特性。     

Scattering of elastic waves by a periodic array of cracks in 3-D space

The problem of scattering of normal incident time harmonic plane elastic waves by a co-planar periodic array of cracks in 3-D space is investigated. The scattered waves consist of a superposition of an infinite number of wave modes [M, N]^T and [M, N]^L,M. N=0, 1, 2, , but only a finite number of them are propagating wave modes. The numerical calculation has been made for rectangular cracks and P wave incidence. The reflection coefficient of [O, O] order,R ₀ ³ , has been studied in detail for various wave numbers and parameters of the geometry for the problem. The reliability of the numerical calculation has been checked by an application of the balance of rates of energies. For an elongated rectangular crack,R ₀ ³ in the corresponding 2-D problem in [2] is recovered. The dynamic stress intensity factors around the crack edge have been obtained. The results as the wave number goes to zero have been compared with those in the correspoding static case. Good agreement is observed.     

Dynamic Stress Resulting from a Plane Compressional Wave in Two-particle Reinforced Composites

In this paper, based on the theory of elastodynamics, the multiple scattering of elastic waves and dynamic stress in multiparticle reinforced composites is investigated, and the analytical solution of this problem is obtained. By using the wave function expansion method, the expressions of total wave fields in each medium are presented. The addition theorem of spherical Bessel functions is employed to accomplish the translation for different local coordinate systems. According to the continuous boundary conditions around the particles, the expanded mode coefficients are determined. As an example, the variation of dynamic stress concentration factors at the interface between the particles and the matrix under different parameters is analyzed. It can be seen from the results that when the incident frequency is different, the effect of the distance between the centers of the particles on the dynamic stress varies greatly. Only when the distance is greater than a certain number can its effect be ignored. When the distance is fixed, the effect of material properties on dynamic stress is also examined.     

冲击载荷下纤维复合材料裂纹起裂的实验研

采用SHTB技术对纤维增强复合材料裂纹动态起裂行为进行了实验研究。使用应变片方法确定了裂纹的起裂时间 ,结合有限元数值模拟得到了裂纹的起裂韧性 ;同时观察了裂纹在冲击载荷作用下的裂纹起裂和扩展方式 ,分析了纤维的铺层角度对裂纹起裂和扩展的影响。     

直角平面内弹性圆夹杂对入射平面SH波的散射

利用复变函数法、多极坐标移动技术及傅立叶级数展开求解二维直角平面内圆形弹性夹杂对稳态入射平面SH波的散射问题。首先写出直角平面内不含夹杂时的入射波场和反射波场;其次建立直角平面内含夹杂时夹杂外的散射波解和夹杂内的驻波解,并利用叠加原理写出问题的总波场,借助夹杂边界处应力和位移的连续条件建立求解散射波解和驻波解中未知系数的无穷代数方程组并求解,通过算例具体讨论了直角平面水平边界点的位移幅度比和夹杂边界处径向应力集中系数随不同无量纲波数、入射角及圆孔位置的变化情况,结果表明了算法的有效实用性。     

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。