复合材料的细观力学研究进展

复合材料具有较强的结构特性,是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏观力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展,介绍了复合材料的细观力学模型的发展,综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状,并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。     

三维正交纤维复合材料弹性性能细观力学分析

对三维正交编织纤维增强复合材料的弹性性能进行了细观力学分析．提出了这种材料的一种细观力学分析模型，推导了其主拉伸弹性模量和主泊松比的计算公式，并用实验数据对弹性模量计算公式进行了验证     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

三维正交纤维复合材料弹性性能细观力学分析

对三维正交编积纤维增复合材料的弹性性能进行了细观力学分析。提出了这种材料的一种细观力学分析模型，推导了其主拉伸弹性模量和主泊松比的计算公式，并用实验数据对弹性模量计算公式进行了验证。     

三维正交纤维复合材料的剪切模量与非主轴本构方程

本文对三维正交编织纤维增强复合材料的剪切模量进行了细观力学分析，提出了一种细观力学分析模型，得出了这种材料的剪切模量混合律和非主轴方向上的本构关系。图４、参４。     

金属基复合材料循环硬化性能细观力学分析

以细观力学的平均场理论为基础，给出一种新的分析金属基复合材料循环硬化性能的增量方法，在每个增量过程中，把基体看作各向异性弹性材料来处理，然后利用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系，应用上述方法及基体的混合强化模型，分析了ＳｉＣ／金属基复合材料的循环更化性能，并与献的实验结果进行了比较。     

聚吡咯纳米复合材料的研究进展

导电聚吡咯具有合成方便、电导率可调、易聚合等优点,而且具有特殊的光、电、热等性能,在导电聚合物中最具应用潜力。聚吡咯纳米复合材料是近年来出现的一种新型纳米材料,它既保留了聚吡咯的原有特性,还赋予了与之复合的材料的性能,成为许多前沿科研领域的重要研究方向。本文介绍了聚吡咯纳米复合材料的最新研究进展,综述了复合材料的主要类别及应用领域,并对聚吡咯复合材料的发展前景进行了展望。     

纤维增强脆性基复合材料的力学性能和破裂过程研究

研究了弱界面长纤维增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能及其破裂机理和破坏过程。采用基于细观损伤力学基础上开发的针对材料破坏过程分析的MFPA2D数值模拟程序,考虑材料物理力学参数在细观尺度上的非均匀性,对复合材料的变形、损伤直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明当脆性基体复合纤维后,复合材料的强度、刚度都随之提高,并随纤维的增加而增加;复合材料的韧性也大为增强,可观察到界面脱粘、裂纹偏折、纤维桥联和拔出等现象,并得到相应的声发射模拟结果。     

纤维束复合材料在剪力作用下的力学性能

利用细观力学模型研究在剪力作用下复合材料的性质.以单纤维复合材料为基础,利用平面应变模型和有限元法计算了3根束和4根束纤维增强复合材料的弹塑性应力-应变关系.对不同的细观结构的复合材料非线性性能进行了数值比较.     

复合材料力学综述

复合材料力学是固体力学的一个新兴分支,它研究由两种或多种不同性能的材料,在宏观尺度上组成的多相固体材料,即复合材料的力学问题.近代复合材料最重要的有两类:一类是纤维增强复合材料,另一类是粒子增强复合材料.复合材料力学的研究可分为微观力学和宏观力学.在此基础上重点分析了陶瓷纳米复合材料、碳纳米管聚合物复合材料和纤维增强树脂基复合材料的力学性能.     

大变形条件下纤维增强复合材料的有效性能

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,其应用领域十分广阔．在其中的许多应用中,复合材料会发生大变形．本文建立了大变形条件下纤维增强树脂基复合材料的细观力学模型和均匀化方法,计算了复合材料在不同应变情况下的有效切线模量,研究了纤维性能、体分比和组成方式对复合材料有效性能的影响．研究表明,在大变形条件下,复合材料的有效切线性能随着纤维性能和体分比的提高而显著提高,而纤维束增强复合材料的有效切线性能要优于单丝纤维增强复合材料的有效切线性能．     

细观参数对纤维增强金属基复合材料宏细观力学性能的影响

B纤维、SiC纤维增强Al基及Mg基复合材料的微观参数对宏观性能具有重要影响.基于细观力学理论,利用代表性体积元(RVE)建立极坐标复合材料宏细观弹塑性本构模型,采用有限元法研究了Al基和Mg基复合材料的基体材料、纤维种类、纤维体积分数对复合材料整体力学性能的影响.研究结果表明:基体材料遵循自身弹塑性变化规律并引起复合材料整体的弹塑性变形,纤维保持其线弹性性能,在拉伸过程起主要承载作用;基体材料及纤维体积分数对复合材料力学性能的影响效应更强;利用宏细观本构模型计算获得的复合材料应力值与试验值接近,误差不超过2.5%.     

单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量预测

建立含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导得到纤维轴向应力计算方程和纤维长度影响因子λ的表达式。依据纤维长度影响因子和混合定律得到了单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量的计算公式,探讨纤维长径比和体积分数等细观结构参数对材料纵向弹性模量的影响。将计算公式得到的材料纵向弹性模量与Halpin-Tsai和Darlnigton方程得到的结果与实验值进行了对比。结果表明,计算公式预测值更接近于实验值。     

石墨烯及其衍生物改性聚酰亚胺的研究进展

聚酰亚胺(polyimide,PI)具有优异的热稳定性、机械性能、电学性能和化学稳定性。石墨烯(Graphene,G)具有优良的物理和化学特性,是一种良好的复合材料的增强材料。将石墨烯及其衍生物纳米片填充到聚酰亚胺材料中,制备复合材料,能很大程度提升聚酰亚胺复合材料的性能(力学、热力学、电学等性能),以满足随着高新科技的发展带来产品制造对材料性能的要求。综述了近年来国内外有关石墨烯及其衍生物改性聚酰亚胺制备复合材料的研究进展,重点阐述了石墨烯的制备及改性方法、复合材料的制备方法及性能,最后对复合材料的发展趋势和应用前景进行了展望。     

计算机断层扫描技术在混凝土细观力学中的研究进展与热点分析

混凝土作为一种典型非均质多相材料,其宏观性能取决于细观乃至微观结构组成及各组分基本物理力学性能,计算机断层扫描(computed tomography, CT)技术因其无损、高效及高精度等特点,在混凝土细观力学研究中有着得天独厚的优势。综述了光学技术、声波技术及CT技术在混凝土细观力学试验中的研究进展,对比了三者的优势与局限性;从图像获取、图像处理、三维重建与模型建立等3个步骤详细论述了基于CT图像的混凝土细观模型建立;利用CiteSpace软件可视化分析CT技术在混凝土细观力学中的研究热点;对CT技术与数字图像技术在混凝土细观力学的研究进行了总结与展望。     

地组织结构及材料对多轴向经编增强复合材料拉伸性能的影响

多轴向经编增强复合材料是当今复合材料领域的新产品,由于其优异的力学性能深受各方面的关注。在原有研究的基础上，郑重对多轴向经编增强织物两种常用的地组织结构及两种常用的材料对复合材料性能的影响进行深入的感觉,得出了一些结论，为今后经编多轴向增强材料的应用及发展提供了一定的理论基础。     

界面强度对柔颗粒增强复合材料破裂特性的影响

界面强度对复合材料的破裂特性和破裂机理具有非常重要的影响。研究了不同界面强度的柔颗粒增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能和破坏过程。在细观尺度上考虑了材料介质力学参数的非均匀分布,采用基于细观损伤力学开发的针对材料破坏过程分析的RFPA2D数值模拟程序,对复合材料从裂纹萌生、扩展直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,当界面结合较强时,复合材料主要发生穿晶破坏,材料韧性较好但强度较差;当界面结合较弱时,复合材料主要产生沿晶破坏,材料韧性较差而强度较好。     

有机—无机纳米复合材料的研究进展

综述了有机－无机纳米复合材料的最新发展,包括该类材料的制备方法、性能研究和应用前景．三种主要的纳米复合技术为溶胶－凝胶法、嵌入法和纳米微粒填充法．纳米复合材料的光学和磁学等性能可用Ｍａｘｗｅｌ形态理论、层状结构理论和分形结构理论等来研究．这类材料已在力学、热学、电学、磁学、光学、宇航和生物仿生等领域表现出广泛的应用前景．     

纤维增强脆性基复合材料界面脱粘过程的数值模拟

研究了纤维增强脆性基复合材料界面脱粘过程中剪应力的变化规律。采用基于细观损伤力学基础上开发的针对材料破坏过程的数值模拟程序,考虑材料物理力学参数在细观尺度上的非均匀性,对界面脱粘过程进行了模拟。结果表明,材料的非均匀性条件对界面脱粘过程有很大的影响。     

韧性材料的细观力学实验和数值模拟研究

引入能够定量描述内界面的细观统计参量-形状因子,定义了基于内界面形状因子的损伤变量,建立了相应的细观力学模型,探索细观组织演化和材料宏观响应关系的力学问题。通过宏细观相结和的方法,对韧性金属材料的内界面进行实验研究和数值计算。通过对比试验和数值计算结果,认为可以用形状因子能够反映材料细观组织的演化情况,用损伤变量能够表征材料的损伤程度。并得到了内界面演化随应变发展的演化方程。对于发展和应用宏-细观相结合的损伤力学理论,对阐明韧性材料的变形、损伤、破坏机制有重要意义。