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2007年全国复合材料力学研讨会

2007年全国复合材料力学研讨会

  • 召开年：2007
  • 召开地：海南三亚
  • 出版时间： 2007-12-21

主办单位：中国复合材料学会

会议文集：2007年全国复合材料力学研讨会论文集

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  • 摘要：研究短碳纤维增强相体积含量对熔石英玻璃陶瓷力学性能的影响，采用二尺度展开法计算了碳纤维增强石英玻璃陶瓷复合材料的有效性能。得出了不同短碳纤维增强体积含量下，复合材料横向杨氏模量的变化曲线。研究表明在短碳纤维增强体积含量为30％时，复合材料具有很好的力学性能。
  • 摘要：本文阐述了近年来复合材料多场耦合行为研究的最新进展，主要涉及碳纳米管/形状记忆聚合物复合材料的热力学性能;生物智能材料的力学-化学耦合性能等。简述了这类问题的分析方法、力学模型和一些主要结果。
  • 摘要：本文采用剪滞理论，研究了叠层板在弯曲荷载作用下，90层发生横向基体多重开裂的应力分布问题，得到了与现有理论较为吻合的计算结果，进一步证实了本文模型、方法的可行性和正确性。
  • 摘要：复合材料层合板单搭接缝合接头是一种常见的复合材料层合板连接方式。本文应用数字图像相关方法对单搭接缝合接头试件缝线附近区域应变场做了详细测量，通过对比有无缝线两种试件的实验结果，确定了缝线对接头试件局部变形的影响。应用有限元方法对单搭接接头试件的力学行为进行了分析。实验结果和有限元结果吻合得很好。
  • 摘要：本文应用数字图像相关方法(DICM)研究了含中心孔的三维正交各向异性AS4／PEEK层合板(［0／±45/90］2s)孔边和层间应变场的分布情况。实验结果表明：在孔边和自由边界附近存在着层间应变的集中，并且层间剪应变的集中相对层间正应变更为明显。实验结果与有限元计算结果吻合较好。
  • 摘要：AGS结构己经愈来愈多地应用于航天航空领域和各种工程结构中，因而对AGS结构的研究要求也愈来愈迫切，其中，稳定性是AGS结构设计和优化设计需要考虑的问题之一。AGS结构在制造和服役过程中极易产生多种初始损伤，使得AGS具有更加复杂的屈曲性态;AGS通常在复杂的工况下工作，其中湿热效应对AGS结构稳定性产生了不可忽视的影响，目前该方面的研究还非常有限。本文建立了湿热环境下考虑分层损伤和损伤累积的AGS板壳结构有限元分析模型，在湿热环境下对其稳定性进行数值分析，得出了湿热效应、材料破坏及分层损伤等因素对AGS结构稳定性能的影响。
  • 摘要：由于其存在一个易于流动的方向并具有较大的面密度，金属蜂窝材料在具有良好的比刚度和比强度的同时也具有良好的散热性能，研究强迫对流下的散热性能对其多功能化设计具有重要意义。蜂窝材料强迫对流换热是流-固耦合传热问题，由于具有大量微结构，直接采用计算流体动力学(CFD)方法进行模拟，计算量巨大，成为进行优化设计的主要障碍。发展具有广泛适用性的高效快速算法具有重要的理论意义和应用价值。针对金属蜂窝强迫对流换热结构，本文发展了一种快速高效的数值算法，计算速度比有限体积法提高3-4个数量级。通过两个具体算例，验证了方法的有效性和广泛适用性。
  • 摘要：本文通过改变层合板的极限破坏判据及刚度衰减准则，并引入纯基体界面层，在保持桥联理论原有特色(如细观强度理论、热应力计算等)的基础上，显著地提高了其对层合板极限强度及非线性响应的预报精度。通过对WWFE-I评估问题的重新计算，结果表明，经改进后的桥联理论，其预报精度比所有参评W WFE-I的强度理论所达到的精度还高。
  • 摘要：作者通过对14种复合材料体系约800个试样的冲击阻抗和含损伤层压板压缩强度试验研究，发现对同一种复合材料层压板的冲击能量～凹坑深度曲线和凹坑深度～压缩破坏应变曲线均存在拐点，其物理本质是在出现拐点后内部的分层损伤叠加面积基本上不再增加，其力学性能表现为压缩剩余强度基本上不再降低，其表观现象是表面冲击部位开始出现纤维断裂。研究还表明用CAI表征损伤容限性能的方法可能得到与实际结构损伤容限特性相反的结论，因此，提出了利用拐点附近的特性来表征复合材料层压板的抗冲击性能(包括损伤阻抗和损伤容限)的建议。
  • 摘要：本文借鉴复合材料力学的分析方法，建立一种分层剪滞模型，研究了碳纤维片材加固多重开裂混凝土梁在拉弯组合荷载作用下混凝十层和勤结层(CA)及乳结层与碳纤维层或钢板(AB)之间界面的切应力分布问题。结果表明:利用剪滞分析方法，可以较简单和准确地预测碳纤维片材和私结层的厚度变化及混凝土裂纹间距的变化对裂纹附近界面应力分布的影响，所得结果与现有能量法及Smith&Teng的解答比较吻合。
  • 摘要：在三相同轴柱壳剪切滞后模型的基础上，分析含有界面层的碳纳米管复合材料粘弹性应力、位移和模量等的频率响应。在交变外载下代表性体积单元中应力和位移频率响应的相位滞后偏差，即为粘弹性材料所引起的滞后效应。复合材料的存储模量、损失模量和辐角(内摩擦角)的频率响应，表明外载频率在ω＜10-5或ω＞10 Hz范围时，内摩擦角和阻尼比均比较小，粘弹性基体复合材料的能量耗散也比较少。在频率为ω＜10-5Hz时，复合材料的存储模量比较低，反之在ω＞10Hz时，则较高。
  • 摘要：工程实践中逐渐变得不可忽视的样本个性问题提出了有关材料特性的新的研究要求：实际的材料在很小的尺度上由具有不同特性的成分构成，从而在那个尺度下形成难以观测，但却对破坏过程影响深远的力学性能的分散。而泡沫金属材料却能够在宏观尺度下较容易地观察其力学性能可能的分散。通过蒙特卡罗方法建立泡沫材料的结构模型，计算模拟100组数值试样，再以有限元法研究其力学性能，得到其有关力学特性的一些认识。
  • 摘要：本文设计、制造并测试了一种集承载、维形和微波通讯于一体的多功能复合材料智能蒙皮天线结构。它同传统天线结构相比有着显著的区别，在现有的飞行器上，雷达和通讯系统的天线往往以刀形或者雷达罩包覆的形式突出于机体表面，既破坏了飞行器理想的气动外形，增大了气动阻力及雷达信号表征，又提高了飞行器制造和系统维护的成本。而该复合材料智能蒙皮天线结构将微带阵列天线植入蜂窝夹芯结构中，折衷考虑结构的力学性能和电学性能，能够同时达到结构承载和微波通讯的功能。该复合材料智能蒙皮天线结构采用A型夹芯结构。它由上下两块很薄的复合材料层合板和蜂窝芯体相互胶接而成。面板和蜂窝芯体材料分别采用比模量大、比强度高，且具有较低介电常数以及低损耗角正切的玻璃布和Nomex蜂窝。天线辐射单元与上面板之间的结构高度直接影响到多功能复合材料智能蒙皮天线结构的电学性能，结构高度通常为半波长的整数倍。采用商业软件仿真得到符合力电性能指标要求的微带阵列天线和复合材料智能蒙皮天线结构的几何尺寸。微带阵列天线试件在微波暗室中进行了电性能测试试验，测试结果满足天线电性能设计要求;将测试后的天线植入夹芯结构，在热压罐中一次固化成型;最后对这批多功能复合材料智能蒙皮天线结构试件分别进行了电学性能和力学性能测试，结果表明结构力电性能同时符合设计要求。试验测试和仿真结果显示，胶层对微带阵列大线的辐射效率有很大影响，它能够改变谐振频率并降低天线的增益。因此裸露天线的设计频率必须综合考虑结构的材料参数、几何尺寸和电性能设计要求等因素。
  • 摘要：本文借助已有循环棘轮本构关系的有限元实现，利用二维轴对称模型讨论界面结合状态对复合材料棘轮行为的影响;然后通过选择一组合理的界面性能参数利用有限元模型对SiCP/6061Al合金复合材料的棘轮行为进行数值模拟，并通过与实验的比较讨论模型的合理性，同时讨论其微观变形特征及其演变规律。
  • 摘要：碳纳米管具有许多优异的力学、电学和化学性能，具有很高的强度和韧性，可以预见，将碳纳米管作为复合材料的增强体可以表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性和各向异性。因此，碳纳米管基础力学行为的研究近年来受到了人们的广泛关注。单壁碳纳米管在轴向压缩和弯曲载荷作用下的力学行为是碳纳米管在纳米机械中应用的基础，碳纳米管的许多物理性质如导电性，强烈地受到屈曲变形的影响。由于受到纳米尺度的限制，碳纳米管屈曲行为的实验研究显得非常困难。因此理论分析方法广泛应用于研究碳纳米管的屈曲变形。目前主要有两种方法可以解释碳纳米管的力学行为：分子动力学方法和连续介质力学方法。分子动力学模拟方法在揭示碳纳米管的力学行为方面起了重要的作用，包括经典分子动力学方法(MD)、紧束分子动力学(tight-binding MD)和密度泛函分子动力学(density function MD)，但是由于分子动力学计算规模较大，对计算尺寸有严格限制，因此直接从纳观和微观结构来预测宏观材料的性能和结构的响应带来很大困难。Yakobson等利用分子动力学方法研究了单壁碳纳米管轴压作用下的屈曲问题，并将得到的结果与连续壳模型进行了对比，他们发现连续壳体模型能够预测分子动力学模拟所得的所有屈曲模态。茹重庆研究了弹性介质中双壁碳纳米管的轴压屈曲问题。采用相似的理论，韩强研究了双壁碳纳米管的扭转屈曲和弯曲不稳定性。姚小虎等研究了双壁碳纳米管的轴压后屈曲行为，He等将层间相互作用视为层间距离和管径的函数，考虑任意两层而不仅是近邻两层间的相互作用，研究了多壁碳纳米管的屈曲。Xie等基于非局部弹性理论，在考虑小尺度效应的情况下，研究了单壁碳纳米管在轴向压力作用下的屈曲。
  • 摘要：具有伪弹性合金内衬的纤维缠绕复合材料压力容器的承载能力很大程度上取决于内衬的伪弹性特性。根据伪弹性合金的相变理论和纤维缠绕容器的承载特点，设计出恰当的伪弹性范围，使容器整体具有最佳的承载能力。本文根据层合板理论，结合强度理论，研究了具有伪弹性合金内衬复合材料容器的强度分析方法以及承载能力的提高情况。结果表明，具有伪弹性合金内衬的复合材料容器，其复合材料功能得到了充分发挥，容器的极限承载能力更高。
  • 摘要：应用声子晶体方法详细分析了1-3族压电复合材料的禁带特性，所得结果对于弹性波的控制及新型换能器的设计有指导意义。
  • 摘要：多孔材料目前在工程中得到广泛的应用。虽然强度、刚度并非是这种材料在应用时最为关心的参数，但是，弄清材料的变形与其微结构的关系是优化设计材料及其系统的基础。传统的研究方式是材料的制备-试验-改进-再重复，随着计算材料科学的发展，上述过程可以大大缩短。本文基于材料虚拟设计的思想，建立具有随机分布的微孔材料(二维)模型，研究随机分布的微孔结构与材料宏观变形的关系。利用C语言中的随机数生成函数rand，编写程序，建立具有随机分布孔洞材料的有限元模型，采用有限元分析软件MSC.Marc对材料的弹塑性性能进行数值模拟。同时，编制子程序可以实现对模型微结构参数进行控制，以可以比较方便地对不同结构参数情况下材料的弹塑性应力应变曲线进行比较。材料微结构的随机性主要包括了微孔大小的随机性和微孔分布的随机性，另外，在分析中，微孔的体积分数也是材料微结构的重要参数之一。结果表明材料微结构的随机性队材料的弹塑性变形有明显影响。孔洞的体积分数越大，材料的塑性变形越大，即等效切线模量越小。在固定微孔体积分数的条件下，孔洞尺寸越小，材料的变形越小，孔洞尺寸均方差越大，材料的变形越大。本文的工作对于进一步认识材料微结构的随机性对材料宏观性能的影响具有启发性。
  • 摘要：飞行器先进复合材料夹芯结构往往由两块薄而强的纤维复合材料层压板面板，以及面板间比重较轻、尺寸较厚、承载能力相对较弱的芯体材料(蜂窝或泡沫)组成。由于采用了极佳的材料分布形式，复合材料夹芯结构具有很高的抗弯比刚度：在弯曲载荷作用下，薄而强的复合材料面板承担面内载荷;轻而弱的芯体传递沿厚度方向的剪切载荷。但与此同时，飞行器复合材料夹芯结构具有很差的抗冲击能力，其对于低速冲击要比金属材料敏感得多。在飞行器服役环境下，小的冲击事件，如：飞机起飞和着陆时扬起的泥土、碎石对飞机结构的撞击;地面维护时维修工具滑落，撞到飞机结构;服务车辆对结构的接触;冰雹等对飞机结构的撞击等，都会在复合材料夹芯结构上造成低速冲击损伤。对飞机日常飞行安全来说，这种低速冲击损伤特别危险：从表面上看，复合材料夹芯结构受撞击部位往往没有明显的损伤迹象，而实际结构内部已经出现了较严重的结构和材料损伤，直接导致在日常飞机维护检测时很可能由于这种不易察觉的“暗伤”未能被及时发现而给飞行安全留下致命的隐患。资料显示，低速冲击后整个复合材料夹芯结构的压缩强度会降低30％-40％。多年以来，如何准确评估和预测飞行器复合材料夹芯结构低速冲击损伤后的残余强度及其冲击损伤扩展特性一直是飞行器复合材料结构领域内的难题。论文主要介绍作者近年来在该领域内开展的理论分析与实验研究工作，重点介绍了研究开发的解析解分析模型。该模型首次成功模拟了低速冲击损伤后的复合材料夹芯结构在面内压载作用下的损伤扩展特性，并较准确地预测了受损结构残余面内承压强度。论文还提出了一个新的复合材料夹芯结构损伤容限设计准则-(冲击)损伤扩展准则(Damage Propagation Criterion，DPC)。基于该准则，提出了一套可行的航空航天复合材料夹芯结构损伤容限设计和结构安全性能评估的工程技术方法。
  • 摘要：球锥是高超声速飞行器常见的部组件，由于高超飞行时前缘和球锥等部位热流都很高，需要先进的防热材料(诸如非烧蚀的增强碳/碳等)来制作球锥。通常在高温下增强碳/碳表现为热膨胀特征，属于韧性材料，但在低温下它是收缩的，同时表征为脆性材料属性，对于这样高度复杂的材料，进行热应力分析是十分必要的。对于碳纤维制作成球锥外形，一般工艺是将纤维编制成布，再将布穿刺编制成碳/碳复合块体，然后对块体进行切削等处理制作成碳/碳球锥外形。宏观上看，碳/碳在编织的布平面内是近似横观各向同性的，但在穿刺方向则是各向异性的。当碳/碳块体被切削制作成球锥外形时，碳/碳材料热膨胀行为与球锥横截面和碳碳块体各向异性轴夹角是密切相关的，因此球锥的切削成型过程直接影响到端头的热应力特征，通过对球锥横截面和碳碳块体各向异性轴夹角的控制，有可能达到减小球锥热应力目的。在第八届亚洲热物性会议上，作者曾对固定加热温度场下的碳碳球锥，以最小热应力为目标对两种工艺的异性轴夹角进行了优化设计，研究表明合理的优化角度设置可以将应力指标降低到最大值的35.8％～44.3％，但目前在该领域尚缺乏沿弹道的优化特性分析，因此本文沿弹道传热温度场针对切削工艺的异性轴夹角进行了优化分析。图1给出了球锥工艺的流程注释，通过该工艺碳/碳块体被切割成碳/碳球锥，其中的阴影区1-2-3-4表示各向同性平面，而各向异性轴则与X'坐标轴平行。当球锥切割成型时，其各向异性轴X'与整体坐标系Z轴成一夹角ω(以各向异性轴X'指向X轴正方向为正)，角度ω就是针对最小应力问题的优化变量。
  • 摘要：本文使用基于平面波赝势的第一性原理密度函数理论(DFT)研究NiAl金属间化合物系统中复合第三组元作用的微观机制，研究了第三组元优先占位情况、电子结构、力学行为和和物理性质。研究的第三组元X包括Ru、Rh、Pd、Ag、In、Os、Ir、Pt、Au和Tl等十种元素。
  • 摘要：通过CFRP钢管混凝土轴压柱的试验研究和理论研究，探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;应用数值计算方法对CFRP钢管混凝土轴压短柱的荷载-应变全过程关系曲线进行模拟;研究结果表明：CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数，确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法;与试验结果比较吻合良好。
  • 摘要：作者对国内航空结构正在使用的碳纤维/环氧体系约1000个试样的单搭接和双搭接连接挤压强度进行了试验研究，发现在连接区常用的铺层范围内，复合材料层压板的单搭接挤压强度与具体的铺层形式无关，而仅仅与层压板的厚度/孔径比有关。因此，提出了一种用于确定复合材料结构机械连接设计许用值的新方法，并考虑了材料分散性、使用环境等因素对设计许用值的影响，用该方法得到的设计许用值已经在飞机设计中得到了应用。
  • 摘要：为了探究棒状混杂复合材料的拉伸破坏机理，本文首先基于剪切滞后理论，采用六角形纤维束模型，研究由碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、钢纤维等四种纤维混杂而成的棒状复合材料加强筋在拉伸荷载作用下纤维逐步断裂产生的应力分布问题。然后采用复合材料细观统计破坏理论—随机扩大临界核理论，对棒状混杂叠层复合材料加强筋的拉伸破坏进行细观统计分析。所得结果与现有的实验数据进行比较，以证实本文方法的可行性和介理性。
  • 摘要：碳纳米管具有许多优异的力学、电学和化学性能，具有很高的强度和韧性，可以预见，将碳纳米管作为复合材料的增强体可以表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性和各向异性.因此，碳纳米管基础力学行为的研究近年来受到了人们的广泛关注。多壁碳纳米管由多个同心的单壁碳纳米管组成，当承受压缩载荷时，多壁碳纳米管会发生弯曲，并伴随弹性皱褶、屈曲以及形成纽结。碳纳米管的许多物理性质如导电性，强烈地受到屈曲变形的影响。由于受到纳米尺度的限制，碳纳米管的屈曲行为的实验研究是非常困难的。因此理论分析方法被广泛用来研究碳纳米管的屈曲行为。主要有两种理论方法可以解释碳纳米管的力学行为：分子动力学方法和连续介质力学方法。分子动力学模拟方法在揭示碳纳米管的力学行为方面起了重要的作用，但是由于分子动力学计算规模较大，对计算尺寸有严格限制，因此直接从纳观和微观结构米预测宏观材料的性能和结构的响应带来很大。YaKobson等利用分子动力学方法引入了单壁碳纳米管的轴向压缩屈曲的原子模型，并奖得到的结果与连续壳模型进行了对比，伅们发现连续壳体模型能够预测用分子动力学模拟得到的所有屈曲变化模式，但是由于多壁碳纳米管之间范德华力的存在，已有的连续壳体模型并不能直接应用于研究多壁碳纳米管的基础力学行为。茹重研究了嵌入弱性介质中双壁碳纳米管受轴向压缩的屈曲行为。他指出在同样条件下，嵌入弹性基体中的双壁碳纳米管的临界屈曲应变低于单壁壁碳主管的临界屈曲应变。采用相追认的理论，韩强研究了双壁碳米管的扭转屈曲和弯曲不稳定性。He等将层间相互作用视为层间距离和管径的函数，考虑任意两层而不仅是反社会主义两层韹相互作用，研究了多壁碳纳米管的屈曲。Xie等基于非局部弹性理论，在考虑小尺度效应影响的情况下，研究了单总装碳纳米管在轴向压力作用下的屈曲。基于非局部弹性理论，在考虑小尺度效应影响的情况下，研究了单壁碳纳米管在轴向压力作用下的屈曲。近来碳纳米管在热环境中屈曲性能的研究引起了人们的广泛关注。本文考虑了双层碳纳米管层间范德华力的作用，利用连续介质力学的壳体理论，建立了热力耦合用用下碳纳米管屈曲问题的控制方程，给出了相应的临屈曲扭矩的析解，通过简化分析，得到的结果与经典弹性壳模型的结果是完体一致的。数值模拟结果表明，在低温和室温环境下，碳纳米管的临界屈曲载荷随着温度变化量的增加而提高；在高温环境下，碳纳米管的临界屈曲载荷随着温度变化量的增加而降低。
  • 摘要：本研究主要分析层合泡沫铝合金梁的动力学行为，该矩形截面简支梁上作用有纵向和横向周期载荷。首先由Hamilton变分原理推导出系统的非线性动力学控制方程，之后由Galerkin方法得到用常微分动力系统表示的层合泡沫铝合金梁的运动方程，其中梁各层的厚度、材料特性及载荷的强度和频率影响着该运动方程的性质。本文采用多模态法研究了层合梁的动力学稳定性，研究发现层合泡沫铝合金梁的各层厚度和各层材料的弹性模量、泊松比对梁的动力响应稳定区的大小和位置有较大的影响，且该梁的运动有许多分岔点。当梁结构确定时，纵向和横向周期载荷的幅度和频率的改变将大大改变动力稳定区域。而当外部载荷场一定时，梁结构的层厚改变也将改变梁的动力响应特性。因而，载荷形式的变化和结构形式的变化都可能使结构的周期运动转化为混沌运动，定性分析将给出混沌运动的临界条件。文中使用Fourier功率谱，Lyapunov指数和Poincare映射描绘出梁的稳定运动区和不稳定运动区。研究结果表明层合泡沫铝合金梁在纵向和横向周期载荷作用下的动力学行为是非常复杂的，在一定条件下，梁结构的改变或外载荷的改变都将使梁的动力学行为发生本质的变化。
  • 摘要：本文就光催化材料用于水果保鲜进行了研究，试验结果表明，纳米二氧化钛复合光催化对水果具有保鲜作用，而且还保持其原有的色泽。其中，4g二氧化钛复合材料涂层的草莓比不加二氧化钛复合催化剂的保鲜时间多80小时。这为二氧化钛复合光催化剂开辟了更多的应用前景。
  • 摘要：纤维增强金属基复合材料(MMCf)以其高的比强度、比刚度等优越的性能在诸如先进涡轮发动机和超音速飞行器等航空结构中得到了日益广泛的应用。但是这些结构在工程应用中往往要求承受非常复杂的热/机械循环载荷，裂纹损伤常常出现在实际结构中。为了这类MMCf结构的安全设计和有效使用，一个非常紧迫的任务是要深刻认识MMCf疲劳渐进破坏机理以及发展热/机械疲劳寿命的预测方法。
  • 摘要：本文利用数学工具对其反射谱进行数值模拟，并通过实验对光纤光栅的折射率调制对反射谱的影响进行了分析，得到如下的初步结论:(1) Bragg栅长和不同折射率调制是影响Bragg反射率重要因素。(2)曝光次数能影响Bragg波长，但影响量很小。光栅峰值反射率曝光功率和曝光次数的影响显著。对于特定的光栅制作系统，要探索合理的曝光功率，当功率太低时，即使大大增加曝光次数也无法提高反射率。在保障足够反射率下，应尽量降低曝光功率，以免对光纤造成明显的损伤。
  • 摘要：本文以现有的试验研究成果为分析基础，应用ANSYS有限元软件，考虑混凝土材料的非线性，对两根非预应力FRP筋混凝土梁和两根预应力FRP筋混凝十梁受力过程进行模拟分析。详细讨论了混凝土、钢筋、FRP筋的本构关系和单元类型以及建模和求解的过程;经模拟得出了梁的荷载-挠度曲线及FRP筋和钢筋的荷载一应变曲线，结合FRP筋线弹性的特点，分析了两类梁的曲线变化特征及区别;同时又研究了不同种类FRP筋和不同非预应力钢筋配筋率对梁受力性能的影响;最后，将ANSYS计算值与实测值进行比较分析，探讨利用ANSYS有限元软件对FRP筋混凝土结构进行数值模拟分析的可行性。
  • 摘要：本文对缝纫造成的局部细观结构进行了试验研究，引入了四个结构参数进行描述，井对各参数进行定最的测簧。发展了纤维弯曲模型，得到纤维偏转角和体积含量的空间非均匀分布，使人们对缝纫诱导的材料性能的非均匀性有一个直观的认识，为进一步研究缝纫复合材料的宏观力学性能奠定基础。
  • 摘要：蜂窝夹芯结构具有较高的比强度、比刚度和优良的隔热隔振性能，被广泛应用于航空航天结构件中。蜂窝夹芯结构也是高超音速飞行器金属热防护系统面板的理想候选材料，其正交各向异性的力学和热学性能给金属热防护系统的设计和分析带来了许多不便。因此，对蜂窝夹芯结构进行力学性能和热学性能等效，获得其等效弹性参数和等效热学参数，对于金属热防护系统的设计和分析具有十分重要的意义。本文主要进行蜂窝夹芯结构面外宏观等效弹性模量和等效导热系数的研究。本文主要包括五个方面内容：第一，基于最小势能原理和最小余能原理，选择比Kelsey模型所用表征单元更简化的单元为研究对象，推导出了与之完全相同的蜂窝芯体面外等效弹性模量的解析表达式;第二，采用有限元法预测了一组典型的商用正六边形蜂窝芯体的面外等效弹性模量，并将解析解模型预测值、有限元模型预测值与厂家公布的材料试验数据进行了对比;第三，论文提出了一组基于解析解模型的修正公式用于预测与分析典型正六边形蜂窝芯体的面外等效弹性模量;第四，采用工程分析方法，对蜂窝夹芯结构面外整体弹性性能进行等效;第五，采用航空航天领域应用较为广泛的Swann-Pittman等效导热半经验公式预测了金属蜂窝的面外等效导热系数，并进行了蜂窝夹芯板面外整体导热系数的等效，分析了蜂窝夹芯板面外整体等效导热系数随蜂窝几何尺寸的变化规律。
  • 摘要：本文主要研究两种缝合碳纤维/双马树脂复合材料层压板(铺层分别为(±45/0/90)2s和(±30/±30/90/90)s)的拉-拉疲劳性能。这两种层压板分别代表了典型的纤维控制性能和基体控制性能的层压板。进行了静强度和拉-拉疲劳试验，并在实验基础上建立缝合层压板疲劳寿命预估模型。
  • 摘要：点阵材料是一种新型轻质高强材料。利用连续介质等效理论提出了反映点阵材料非线性特征的增量理论，包括刚度模型和柔度模型。利用所建议模型对八角点阵材料和平面三角点阵材料的完全应力应变曲线进行了模拟计算。研究表明，建议理论在小变形情况与试验曲线一致。
  • 摘要：由于功能梯度材料具有组成和显微结构连续变化、适合在高温高压与高腐蚀环境下工作和可设计性的特点，其在航空、航天、兵器、电子、机械、汽车、石油化工、信息、医学等诸多领域得到了广泛的关注。其力学性能沿着厚度方向变化及功能的多样性，很难采用传统的测试方法来评价。而无损检测方法利用结构的动力响应特性来反演其材料特性、激励及缺陷，与传统方法相比有很大的优越性。但这种方法需要通过解大型多自由度系统方程来获得结构的动力特性，计算和存储成本非常高。本文提出了一种基于减基法和隐式Newmark积分法的混合算法，并用于线载荷下无限大功能梯度板的二维瞬态响应分析。首先利用层单元法对板在厚度方向上进行离散，由虚功原理建立系统的动力平衡方程。
  • 摘要：本文应用复变函数方法分析热障涂层系统在变温环境下热失配机制。考虑了材料性能的温度效应和Dundurs参数的作用。确定了热失配应力和失配应变能随温度变化规律。
  • 摘要：“层内爆炸”采油是一项新的开发低渗透油气田的有效技术。本文在前期对层内爆炸模拟实验基础上，发展了考虑材料不均匀性和应力涨落效应的驱动阈值模型来刻画水泥中的损伤演化和破坏行为，并对实验过程进行了数值模拟。结果表明，所提出的模型可以较好地再现试样内裂纹的形成、长大和贯穿的过程，所预测的裂纹条数与实验结果基本一致，因此，该模型可为层内爆炸载荷的设计提供参考。并且，损伤演化的特征时间和应力波传播的特征时间相当，故分析中须考虑损伤演化和应力波传播的动力学耦合效应。
  • 摘要：本文对相同理论密度、不同孔径和晶粒尺寸的微孔Al2O3材料进行纳米压痕试验，主要考察a)微孔结构的结构响应(变形)和微孔结构破坏的影响;b)微力学响应与测试材料的微孔结构特征尺度相关性。
  • 摘要：本文对一种由碳空心微球、二氧化硅空心微球和环氧树脂组成的复合孔隙材料进行了Hugoniot测定，给出了线性的Hugoniot表达式。同时用P-α模型来描述实验结果。
  • 摘要：界面端(interface end，或interface corner，free-edge等)是指界面起始、结束或折转的地方，在复合材料、电子封装、焊接、粘结等结构中大量存在。由于材料性能的不匹配，界面端的应力集中度较高，通常是界面失效的发生地。
  • 摘要：本文运用高精度光力学细观实验系统，在层合板尺度用长距离显微四光束云纹干涉法测量了拉伸载荷下AS4/PEEK[±25]s4斜交层合板的层间位移和应变，在纤维尺度用同步光学显微视频和图像采集技术观测层间的亚临界损伤行为。采用细观力学有限元子模型方法。在宏观拉伸载荷下，用母模型在宏观层板尺度上分析了层合板的弹塑性层间应力和变形，并与实验结果进行了比较：在细观的纤维尺度上，建立了含纤维和基体两相的代表性单元的细观弹塑性有限元子模型，得到层间附近纤维与基体界面的弹塑性应力变场，分析了热塑性PEEK基体韧性对其自由边缘细观层间变形和应力的影响。
  • 摘要：本文针对中国科学院化学研究所提供的配比不同的HDPE/ POE-g-MA /CaC03三元共混体系，深入分析其力学性能。该共混体系是以高密度聚乙烯(HDPE)作为基体材料，采用颗粒碳酸钙( CaC03)和马来酸酐接枝改性的聚烯烃弹性体POE-g-MA进行填充而成的共混体系系列材料。其中部分材料中CaCO3颗粒使用一端含氨基的低聚物处理剂进行了表面处理，处理剂含量为CaC03重量的2％。
  • 摘要：本文采用焦散线方法对正交各向异性材料中Ⅰ型裂纹在不同加载速率下的动态断裂问题进行了研究。针对单向玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，首先对不同加载速率下的焦散线曲线以及初始曲线进行了理论比较，并采用焦散线实验技术测得了不同加载速率下(分别为7.68×104 N/s和3.53×106 N/s)的应力强度因子以及裂纹扩展速度。最后，结合扫描电镜对试件断口进行的细观观测，对该复合材料的动态断裂机理进行了分析。
  • 摘要：三维编织复合材料是一类新型结构材料，由于克服了层合复合材料的一些固有缺陷，具有比刚度大、比强度高、抗冲击、耐烧蚀等优点，所以在航空、航天等领域得到广泛应用。近些年来，国内外对这类新型复合材料的细观结构与宏观力学性能的关系进行了诸多研究，取得了丰硕成果，并逐渐成为复合材料研究领域的一个热门方向。目前，关于编织复合材料力学性能研究的综述性文章已有很多，但均很难概括这一前沿领域的最新研究进展。本文将从三维编织复合材料细观结构模型研究、力学性能预测和相关实验研究等几个方面介绍近期开展的工作，希望对国内同行的相关研究也能有所裨益。主要工作包括：(1)对三维多(四、五、六、七)向编织复合材料的细观结构进行了研究，提出了相应的单胞模型，并利用体积加权平均法给出了这些材料弹性性能的理论预测结果，讨论了有效弹性性能同编织结构参数的关系。(2)基于三维四向编织复合材料细观结构模型，在假设挤压固化后纱线具有六边形横截面的基础上，提出了一种新的有限元计算模型，通过设定合理的边界条件，计算得到了三维编织复合材料的弹性性能，并分析了编织角和纤维体积含量对弹性性能的影响规律。(3)以单胞模型为基础，将三维四向编织复合材料中相同走向的纤维束视为单向复合材料，利用桥联模型确定了单向复合材料的柔度矩阵，再将具有不同材料主向的单向复合材料的刚度通过体积平均，得到了三维四向编织复合材料的总体刚度矩阵，从而得到其工程弹性常数。然后，以单向复合材料为基础，基于等应变假设和桥联模型，确定出材料内各组分(纤维束和基体)的细观应力分布，且对纤维束采用Hoffman失效准则，对基体采用Mises失效准则，预报了三维四向编织复合材料的拉伸强度。(4)对不同编织角、不同体积含量的三维五向碳/酚醛编织复合材料进行了纵向(编织方向)和横向拉伸实验，获得了这些编织复合材料的主要拉伸力学性能。(5)对经不同温度炭化处理后的三维五向碳/酚醛编织复合材料进行了纵向和横向拉伸实验，分析了这类材料经不同温度炭化处理后拉伸力学性能的变化规律。同时，还对拉伸实验后的试件破坏断口进行了宏观和微观分析，探讨了材料的变形和破坏机理。
  • 摘要：纳米介孔材料具有非常高的比表面积，其力学和物理性能受其表面性能的影响，从而，表面处理提供了一种改变材料性能的途径。在本文中，首先介绍表面热弹性理论的基本框架。然后，基于表面应力理论，结合细观力学方法，预测了纳米介孔材料的宏观等效弹性模量。指出，通过调整表面特性可以使纳米介孔材料的弹性模量高于基体的弹性模量。继而，通过界面应力模型与界面相模型的关联，定量地提出了通过表面涂层提高峰窝多孔材料宏观刚度的理论方法。该方法不受孔隙尺寸的限制，因此可用于设计从微观到宏观孔隙尺寸的多孔材料的刚度。最后，基于表面热弹性理论，建立了纳米介孔材料的等效弹性模量和等效热膨系数的关联，即广义Levin公式。表明，与针对宏观孔隙的经典结果不同，具有表面效应的孔隙材料的热膨系数不仅仅依赖于基体材料的热膨系数，还依赖于表面性能和孔隙尺寸。因此，同样通过表面涂层，可以对多孔材料的等效热膨系数进行设计。由于多孔材料在航空航天结构和其他工程领域的重要应用，轻质、高模的多孔材料可以减轻结构的尺寸和重量;而具有可调热膨系数的多孔材料可以降低热应力和提供稳定的结构构型。
  • 摘要：具有金属内衬复合材料缠绕结构成型过程一般需经历缠绕、固化和超压三个工艺阶段，此三个阶段在成型过程中是连续的，各阶段的工艺参数都将会对结构的最终使用性能和承载能力带来重要的影响，为此，本文对该结构的成型和使用过程进行一体化分析和研究。同时由一于该结构在制造和使用中都不可避免地受到外来物的低速冲击，由试验结果和使用经验结果表明，在结构内部将会产生一类目视不可测损伤，铃如:树脂开裂和分层破坏等等，导致结构承载能力的显著降低，故在本文中还开展了低速冲击下该结构的损伤萌生和演化以及冲击后含损伤结构的剩余承载能力研究。
  • 摘要：目前大部分公开发表的文献都是基于均匀化的方法研究了泡沫金属的宏观力学性能。但实际上，泡沫材料各个单胞的尺寸不同，再加上一些缺陷的影响，从而导致各胞之间力学特性不均匀。本文考虑到泡沫金属的微观不均匀性，通过引入统计分布函数从本构模型和内聚力模型两方面来研究泡沫铝的力学性能和断裂特性。

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