非均质材料力学研究进展
非均质材料力学中的界面效应
作者姓名：段慧玲论文题目：非均质材料力学中的界面效应作者简介：段慧玲，女，1970年5月出生，2001年9月师从于北京大学王建祥教授，于2005年6月获博士学位。
中文摘要基于科学发展的内在动力和技术进步的现实需求，人们迫切需要了解和表征小尺度下物质的力学行为，给经典连续介质力学框架提出了挑战，也给其发展和突破提供了难得的机遇。
因此，跨物质层次的固体变形和强度理论被认为是力学领域最前沿的基础问题之一。
由于纳米尺度下表面/界面原子数占很大的比例，表面/界面原子处于与体内原子不同的环境，因而固体的表面/界面应力对纳米结构材料的力学性能以及相关物理性能具有重要影响。
纳米尺度下表面/界面应力的研究不仅对于促进连续介质力学和细观力学的发展具有基础理论意义，而且在量子点的生长和性能分析、纳米器件的自组装、微型传感器、纳/微米电子器件、生物工程、材料工程等领域具有重要的应用价值。
特别是，界面性能是影响甚至控制复合材料性能的重要因素之一，对各种界面条件的分析可为复合材料性能的预测和材料设计提供理论基础。
本文系统地研究了表面/界面应力以及界面相对非均质材料力学行为的影响。
具体完成的主要工作如下：(1) 根据虚功原理得到了界面应力模型的界面条件，在此基础上给出了计及界面应力效应的球形夹杂Eshelby 体系的解(Mechanics of Materials, 2005; Proceedings of the Royal Society A, 2006)。
经典的Eshelby体系(Eshelby formalism， 1957)是20世纪固体力学领域一项奠基性的工作，被认为是如今蓬勃发展的细观力学的基石之一。
经典的Eshelby体系没有包括界面效应，本文首次给出了计及界面应力效应的Eshelby张量、应力集中张量、Eshelby等效夹杂方法和Eshelby能量公式。
发现，与经典结果不同的是，在均匀本征应变和远场应力作用下，内场Eshelby张量和应力集中张量是位置相关和尺度相关的。
均质与非均质材料的力学性能研究
均质与非均质材料的力学性能研究在材料科学与工程领域中，研究均质和非均质材料的力学性能一直是一个重要课题。
均质材料指具有统一组织结构的材料，如金属、陶瓷等，而非均质材料则指组织结构不均匀的材料，如复合材料、多相材料等。
本文将从不同角度探讨均质和非均质材料的力学性能研究。
一、力学性能测试方法为了研究材料的力学性能，科学家们发展了各种各样的测试方法。
对于均质材料来说，经典的拉伸、压缩、剪切等实验方法已得到广泛应用。
这些方法通过施加外力并测量材料的应变和应力来评估其机械性能。
然而，对于非均质材料，由于其复杂的组织结构，传统的实验方法往往无法准确测量其力学性能。
因此，科学家们不断创新并开发新的测试方法，如纳米压痕、扫描电镜等，以适应非均质材料的力学性能研究需求。
二、均质材料的力学性能研究在均质材料的力学性能研究中，最重要的参数之一是材料的强度。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常以材料的抗拉强度来衡量。
抗拉强度越高，材料越难被拉断。
此外，弹性模量也是均质材料力学性能研究的一个重要指标，它描述了材料在受力后恢复原状的能力。
对于柔性材料来说，弹性模量较低，而对于刚性材料来说，弹性模量较高。
为了研究均质材料的力学性能，科学家们通常使用力学试验机进行拉伸实验。
首先，制备标准尺寸和形状的试样，并将其安装到试验机上。
然后，施加逐渐增加的拉力，并测量相应的应变和应力。
通过分析实验数据，可以确定材料的强度和弹性模量等参数。
此外，还可以通过电子显微镜等设备观察材料的断口形貌，进一步了解材料的断裂行为。
三、非均质材料的力学性能研究与均质材料不同，非均质材料通常由多个组分或相组成，其力学性能与组织结构的分布和形态直接相关。
因此，研究非均质材料的力学性能需要探索其内部结构和相互作用。
此外，由于非均质材料通常具有多种尺寸和形状，传统的力学性能测试方法无法直接适用。
在非均质材料的力学性能研究中，纳米压痕和扫描电镜等高精度测试方法得到了广泛应用。
混凝土受压性能的非均质细观数值模拟
混凝土受压性能的非均质细观数值模拟作者：方志杨钻苏捷来源：《湖南大学学报·自然科学版》2010年第03期摘要:将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较。
结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线。
关键词:混凝土, 单轴压缩,细观, 数值分析, 随机骨料模型, 本构模型中图分类号: 文献标识码:AMesoscopic Numerical Simulation on Compressive Behaviour of Heterogeneous ConcreteFANG Zhi†, YANG Zuan, SU Jie(College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)Abstract:In order to study the compressive behavior of concrete under uniaxial compressive load on mesoscopic level, considering the concrete as a three-phase composite material of aggregate, mortar and the interface between them, a random aggregate model at mesoscopic level with the usage of Monte Carlo method was developed. Mesoscopic numerical models for heterogeneous concrete were established, in which elastic brittle constitutive relationship for aggregate and the interface elements, and elasto-plastic constitutive relationship for motar elements were adopted, respectively. The results show that the failure of concrete is mostly due to the accumulation of damage at mesoscopic level, and the predicted macro-stress strain relationships of concreteunder uniaxial compression agree better with test results when considering the heterogeneity of concrete and using elasto-plastic relationship for motar element.Keywords: concrete; uniaxial compression; mesoscopic; numerical analysis; random aggregate model; constitutive relationship混凝土是工程中广泛应用的一种建筑材料,也是一种多相复合材料,内部结构非常复杂。
混凝土细观力学研究进展及评述
混凝土细观力学研究进展及评述马怀发陈厚群黎保琨展，在细观层次上利用数值方法直接模拟混凝土试件或结构的裂缝扩展过程及破坏形态，直观地反映出试件的损伤破坏机理引起了广泛的注意。
近十几年来，基于混凝土的细观结构，人们提出了许多研究混凝土断裂过程的细观力学模型，最具典型的有格构模型（Ｌａｔｔｉｃｅｍｏｄｅｌ）、随机粒子模型（Ｒ跚ｄｏｍｐａｒｔｉｃｌｅ啪ｄｅｌ）‘掣ＭｏｈａｍｅｄＡＲ【引等提出的细观模型、随机骨料模型（Ｒａｎｄｏｍａｇｇｌｌｅｇａｔｅｍｏｄｅｌ）及唐春安等人心８’２引提出的随机力学特性模型等。
这些模型都假定混凝土是砂浆基质、骨料和两者之间的粘结带组成的三相复合材料，用细观层次上的简单本构关系来模拟复杂的宏观断裂过程。
另外，文献［３０～３２］根据混凝土材料特性与分形维数的相关关系，运用分形方法定量描述了混凝土的损伤演化行为。
４．１格构模型格构模型将连续介质在细观尺度上被离散成由弹性杆或梁单元连结而成的格构系统，如图２。
每个单元代表材料的一小部分（如岩石、混凝土的固体基质）。
网格一般为规则三角形或四边形，也可是随机形态的不规则网格。
单元采用简单的本构关系（如弹脆性本构关系）和破坏准则，并考虑骨料分（ａ）格构杼件网络（ｂ）格构杆件属性布及各相力学特性分布的随机性。
计算时，图２格构模型在外载作用下对整体网格进行线弹性分析，计算出格构中各单元的局部应力，超过破坏阈值的单元将从系统中除去，单元的破坏为不可逆过程。
单元破坏后，荷载将重新分配，再次计算以得出下个破坏单元。
不断重复该计算过程，直至整个系统完全破坏，各单元的渐进破坏即可用于模拟材料的宏观破坏过程。
格构模型思想产生于５０多年前，当时由于缺乏足够的数值计算能力，仅仅停留在理论上。
２０世纪８０年代后期，该模型被用于非均质材料的破坏过程模拟ｎ８瑚’２１’３３。
６］’。
后来，ｓｃｈｌａｎｇｅｎＥ等人汹’２１’”“３将格构模型应用于混凝土断裂破坏研究，模拟了混凝土及其它非均质材料所表现的典型破坏机理和开裂面的贯通过程。
局部加载控制不均匀变形与精确塑性成形研究进展
局部加载控制不均匀变形与精确塑性成形研究进展I. 内容综述局部加载控制技术是一种在材料塑性成形过程中，通过施加局部载荷来控制不均匀变形和精确塑性成形的方法。
近年来随着科学技术的不断发展，局部加载控制技术在金属、陶瓷等材料的塑性成形领域取得了显著的研究成果。
本文将对局部加载控制技术在不均匀变形与精确塑性成形研究方面的进展进行综述。
首先局部加载控制技术在金属材料的塑性成形中的应用，通过对金属材料施加局部载荷，可以有效控制材料的不均匀变形，提高成形质量。
研究表明局部加载控制技术可以显著降低金属材料的残余应力、提高材料的力学性能和疲劳寿命。
此外局部加载控制技术还可以实现对金属材料的精确塑性成形，如薄壁零件、空心零件等复杂形状的制造。
其次局部加载控制技术在陶瓷材料塑性成形中的应用，陶瓷材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和低摩擦系数等优点，但其脆性较大，难以实现精确塑性成形。
局部加载控制技术可以通过施加适当的局部载荷，改变陶瓷材料的微观结构和晶粒尺寸，从而提高材料的强度和韧性，实现精确塑性成形。
同时局部加载控制技术还可以减少陶瓷材料在成形过程中的热损伤，提高成形效率。
再次局部加载控制技术在复合材料塑性成形中的应用，复合材料是由两种或多种不同性质的材料组成的新型材料，具有轻质、高强、高刚度等特点。
然而复合材料的加工难度较大，传统加工方法难以满足其精确塑性成形的要求。
局部加载控制技术可以通过施加适当的局部载荷，改变复合材料的微观结构和晶粒尺寸，实现精确塑性成形。
此外局部加载控制技术还可以减少复合材料在成形过程中的热损伤，提高成形效率。
随着科学技术的不断发展，局部加载控制技术在不均匀变形与精确塑性成形研究方面取得了显著的研究成果。
未来随着该技术的不断成熟和完善，将在更多领域发挥重要作用。
局部加载控制技术在不均匀变形和精确塑性成形中的应用背景和意义在现代工程领域，尤其是在航空航天、汽车制造和能源领域，不均匀变形和精确塑性成形技术的研究和应用具有重要的意义。
非均质性对高应力巷道围岩卸荷声发射的影响
岩稳定 性 问题更符 合 实际 。本 文运用 岩 石破 裂过 程
分 析软件 系统 ， 不 同 均质 度 下 的高 应 力 巷 道 围 岩 对
度取 １０ 平均 值 取 ０ ２ ， ０， ．５ 采用 修正 的莫 尔 一库 仑 判
据 作为单 元 破坏 的 准则 ， 中摩 擦 角取 ３ 。 拉 压强 其 ０，
拱巷 道尺 寸 为巷 道 宽 １０ｍｌ 巷 道 高 １０ｍ ０ ｉ， ｌ ５ ｍ。考 虑岩 石非 均 匀 性 的影 响 ， 定 岩 石 的 力 学 性 质 （ 设 单
元 的弹性 及强 度 性质 ） 从 韦 布 尔 分 布 （ ） 服 ｍ， ， 其 中参数 ｍ 为形 状参 数 ， 映岩 石 材 料 力学 性 质 的 反 均质 度 ， 越 大 ， 明岩 石 的性 质越 均 匀 ； 为 反 映 ｍ 表 岩 石材 料平 均 性 质 的参 数 。本模 型 中 ， 松 比均质 泊
度 比取 １ 。 ０
卸荷声发射进行了数值模拟 ， 得出了有价值的结论 。
ｌ 数值 模 型 与 方 案 设 计
ＲＰ Ｆ Ａ是 由东北 大学 岩 石破 裂 与失 稳 研 究 中心 开发 ， 模 拟岩石 在 受 载过 程 中其 内部 微 细 破 裂产 能 生到不 断发展 并导 致最 终 的宏 观破 裂 的过 程 。其显 著特点之 一是 在细 观统计 力 学 的基 础 上充 分考 虑地
维普资讯
Ｉ Ｎ ６ ＳＳ １ ７１ —２ ０ ９０ ＣＮ ３ — １ ４７ ４ ３ ／ＴＤ
采矿技术
第 ８卷
第 ５期
２０ ０ ８年 ９月
Ｓｐ２ ０ ｅ ．０ ８
Ｍｉ ｉ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｖｏ ． ， ． １ ８ Ｎｏ ５
非均质材料力学性能分析与工程应用探讨
非均质材料力学性能分析与工程应用探讨材料是工程领域中最基础的研究对象之一，而非均质材料则是其中一个重要的研究方向。
非均质材料是指其组成成分、结构或性质在空间分布上存在差异的材料。
在工程实践中，我们经常会遇到非均质材料，如混凝土、复合材料等。
因此，对非均质材料的力学性能进行分析与工程应用的探讨具有重要意义。
首先，非均质材料的力学性能分析是研究的重点之一。
由于非均质材料的组成成分和结构的差异性，其力学性能也会表现出明显的异质性。
例如，混凝土的力学性能受到其中包含的骨料种类、粒径分布、水胶比等因素的影响。
因此，对于非均质材料的力学性能进行分析，需要考虑其内部组分的差异性，并采用合适的试验方法和数学模型来描述和预测其力学行为。
其次，非均质材料的力学性能分析可以通过实验和数值模拟相结合的方式进行。
实验是获取材料力学性能的重要手段之一，可以通过拉伸试验、压缩试验、剪切试验等方法来测定材料的力学性能参数。
然而，由于非均质材料的复杂性，仅仅依靠实验往往无法全面了解其力学性能。
因此，数值模拟成为了分析非均质材料力学性能的重要工具。
数值模拟可以通过建立合适的数学模型和计算方法，对非均质材料的内部结构和力学行为进行模拟和预测。
例如，有限元分析是一种常用的数值模拟方法，可以有效地分析非均质材料的力学性能。
非均质材料的力学性能分析不仅仅是理论研究，还具有广泛的工程应用价值。
首先，了解非均质材料的力学性能可以为工程设计提供依据。
例如，在建筑结构设计中，混凝土的力学性能是一个重要的考虑因素。
通过对混凝土的力学性能进行分析，可以确定合适的结构尺寸和材料配比，以确保结构的安全性和可靠性。
其次，对非均质材料的力学性能进行分析可以为材料改性和工艺优化提供指导。
例如，通过分析复合材料的力学性能，可以优化其纤维含量和层压方式，以提高材料的强度和刚度。
此外，非均质材料的力学性能分析还可以为材料寿命评估和损伤分析提供依据，以及为材料的可靠性和可持续性设计提供支持。
非均质材料的力学性能评价研究
上 世纪８ 年代 ， ０ 日本 针 对 肮 天 技 术 出 数 倍 。 度 涂 层 材 料 用 于 航 空 涡 轮 发 动 机 梯 气缸 体 、 轮 机 叶 片 及 大 口径 火 炮 ， 气 现 的 温 度 高 落 差 现 象 ， 材 料 设 计 时 提 出 叶 片 、 在 了渐 变 非 均 质 材 料 的 新 设 想 和 新 概 念 。 同 非 均 质 的 梯 度 层 使 这 些 构 件具 有 优 良的 耐 传 统 的 均 质 材 料 及 复 层材 料 相 比 ， 均 质 磨 性 ， 蚀 性 和 耐 热 性 能 。 非 耐 材 料是 指沿 着某 一 方 向的 组 织 及 成 分 不 均 匀 ， 物理 、 学 、 其 化 力学 等 单 一 或 复合 性 能 ２非均质材料力 学 Ｉ 生能评价方 法 发 生 变化 ， 适 应 不 同 环境 ， 现 某 种 特 殊 以 实 在非 均 质材 料 中 ， 材 料 设 计 、 备 密 与 制 功 能 的先 进 材 料 。 非 均 质材 料 的 组 成 、 当 显 切 相 关 的 材 料性 能 评价 研 究成 为 优 质非 均 微组织是连 续分布时 ， 即构 成 梯 度 功 能 材 质 材 料 研 究 的 主 要 内 容 。 均 质 材 料 的 性 非 料 ， 材 料 具 有 适 应 环境 、 织 及 性 能 可 控 能 评 价 技 术 制 约 着 材 料 设 计 精 确 性 的 提 该 组
２． 硬 度和 弹性 模 量性 能评 价 方法 １ 通 常 用 压 入 法 来 测 量 非 均 质 层 的 硬 １ １ 高 能离 子渗 镀 非均 质 耐磨 材 料技 术 ． 度 。 性 模 量 的 测 量 时 ， 先 采 用 ３ 弯 曲 弹 则 点 非 均 质 材 料 组 分 的 不 均 匀 性 ， 得 其 或 ４ 弯 曲法 测 量 非 均 质 层 的挠 度 ， 后 根 使 点 然
数据驱动的多尺度非均质超材料结构设计方法及其应用研究
数据驱动的多尺度非均质超材料结构设计方法及其应用研究Introduction:The research on data-driven multiscale heterogeneous metamaterial structure design methods and theirapplications has gained significant attention in recent years. This field combines the principles of materials science, computer simulation, and data analysis to develop novel structures with tailored properties for various applications. In this discussion, we will delve into the fundamentals of data-driven design, explore its potential applications, and showcase some recent achievements in the field.I. Fundamentals of Data-Driven Design:Data-driven design is a methodology that leverages computational tools and machine learning techniques to optimize material structures based on predefined objectives and constraints. By integrating extensive databases, physical models, and algorithms, researchers can identifypatterns and correlations between structural parameters and desired properties. This approach eliminates trial-and-error methods and enables efficient exploration of large design spaces.数据驱动设计基础：数据驱动设计是一种利用计算工具和机器学习技术优化材料结构的方法，其基于预先确定的目标和约束条件。
金属层状复合材料的力学行为及微观变形机理
金属层状复合材料的力学行为及微观变形机理姜爽;贾楠;Peng Lin Ru【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2024(43)1【摘要】金属层状复合材料作为一种典型的非均质材料,通过调控其内部的多尺度微结构特性,可以实现金属结构材料强度-韧性的协同提升,在高端先进制造领域具有潜在的应用前景。
金属层状复合材料的宏观力学性能显著依赖于各组元层的性能、厚度和异质界面的结构特性。
变形过程中材料内部的微观应力/应变在异质界面处的协调特性对组元金属的形变微观机制产生重要影响,进而影响复合材料整体的性能。
因此,探索金属层状复合材料的“微观结构-力学行为-变形机制-宏观力学性能”的内在关联并揭示其对应的微观形变机理,对设计具有优异综合力学性能的金属层状复合材料有重要的理论指导意义和实际应用价值。
聚焦于晶态金属层状复合材料的微观力学行为及变形机理,介绍了其力学行为的尺寸与界面效应,着重讨论了室温下材料的微观形变物理过程,阐明了非均匀金属层状复合体强韧化的机理。
最后,对金属层状复合材料力学行为的研究进行了简要展望。
【总页数】12页(P24-34)【作者】姜爽;贾楠;Peng Lin Ru【作者单位】东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室;东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室;林雪平大学工程材料系【正文语种】中文【中图分类】TB383【相关文献】1.热成形金属复合材料的微观结构及力学行为研究2.金属层状复合材料的超塑变形行为3.Al-Sn-Si/Al/steel层状复合材料的变形复合行为及机理4.Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料的冷轧变形行为及界面过渡层演变5.Zr-4合金双轴疲劳行为及其微观变形机理Ⅰ.双轴疲劳变形行为因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于纳米压痕与有限元反演的幂律本构测量方法
基于纳米压痕与有限元反演的幂律本构测量方法随着纳米技术的发展，材料的力学性质成为了研究的热点之一。
而纳米压痕技术作为一种常用的材料力学性能测试方法，被广泛应用于材料表征和研究中。
本文旨在介绍基于纳米压痕与有限元反演的幂律本构测量方法，帮助读者更好地理解并应用这一方法进行材料力学性能测试。
一、纳米压痕技术简介1.1 纳米压痕技术原理纳米压痕技术是一种用于表征材料力学性能的方法，其原理是利用纳米压头对材料表面施加压力，通过对压头压痕的观测和测量来计算材料的力学性能参数。
其优点是对样品尺寸要求低，测试过程简便，并且能够对薄膜和涂层材料进行测试。
1.2 纳米压痕技术在材料表征中的应用纳米压痕技术被广泛应用于材料的力学性能测试、薄膜和涂层的硬度测量、材料变形和损伤分析等领域。
在材料表征中具有重要的应用价值。
二、幂律本构测量方法2.1 幂律本构介绍幂律本构是材料的一种力学性质描述模型，其表征了材料的非线性本构关系。
在材料力学性能测试中，通过幂律本构模型可以更准确地描述材料的变形和损伤行为。
采用幂律本构模型进行材料力学性能测试具有重要意义。
2.2 基于纳米压痕的幂律本构测量方法基于纳米压痕与有限元反演的幂律本构测量方法是一种新型的材料力学性能测试方法，其原理是利用纳米压痕技术对材料进行加载，并通过有限元反演方法得到材料的本构参数。
该方法结合了纳米压痕技术和有限元模拟方法，能够更准确地获取材料的力学性能参数。
2.3 幂律本构测量方法的优势与传统的材料力学性能测试方法相比，基于纳米压痕与有限元反演的幂律本构测量方法具有以下优势：（1）能够对小尺寸材料进行测试，对样品尺寸要求低；（2）测试过程简便，不需要复杂的设备和操作流程；（3）能够更准确地测量材料的力学性能参数，提高了测试结果的可靠性。
三、方法应用与实例分析3.1 方法应用基于纳米压痕与有限元反演的幂律本构测量方法可以应用于各种材料的力学性能测试，特别适用于薄膜和涂层材料的测试。
非均质秸秆纤维复合材料保险杠蒙皮刚度分析
第14卷第3期精密成形工程刘军舰1，胡豪胜2a,2b，周磊1，李伟1,2a（1. 上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007；2. 武汉理工大学 a. 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室；b. 汽车零部件技术湖北省协同创新中心，武汉 430070）摘要：目的研究非均质秸秆纤维复合材料保险杠蒙皮的刚度性能。
方法采用试验与模拟分析的方法，通过共混挤出与化学发泡注塑工艺制备微发泡秸秆纤维/聚丙烯（SF/PP）复合材料试样，通过试验测试非均质结构试样的力学性能与微观结构，通过有限元分析手段建立非均质微发泡秸秆纤维/PP复合材料结构分析模型，并分析非均质材料保险杠蒙皮的刚度性能。
结果微发泡秸秆纤维/聚丙烯（SF/PP）复合材料的微观结构有明显的“三明治”结构特点，秸秆纤维主要分布在外皮层，泡孔主要分布在芯层。
将非均质秸秆纤维复合材料保险杠蒙皮近似为3层复合板结构，建模的刚度分析结果与试验测试相差约6%。
结论非均质秸秆纤维复合材料汽车注塑件可近似为3层复合板结构进行数值分析，简化了分析过程，研究结果可用于指导产品性能评估，提高产品开发效率。
关键词：微发泡；植物纤维复合材料；非均质；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.03.014中图分类号：U465.4 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)03-0107-09. All Rights Reserved.Stiffness of Heterogeneous Bumper Fascia Made by Straw Fiber CompositesLIU Jun-jian1, HU Hao-sheng2a,2b, ZHOU Lei1, LI Wei1,2a(1. SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou 545007, China; 2. a. Hubei Key Laboratory of Advanced Technology forAutomotive Components; b. Hubei Collaborative Innovation Center for Automotive ComponentsTechnology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)ABSTRACT: The work aims to research the stiffness of bumper fascia made of micro foamed straw fiber/polypropylene (SF/PP)composites. Micro foamed SF/PP composites were prepared by blending extrusion and chemical foaming injection processes.The mechanical properties and microstructure of heterogeneous samples were tested by experiment. A structure analysis modelof heterogeneous micro foamed straw fiber/PP composite was established through finite element analysis. The stiffness per-formance of the composite bumper fascia was analyzed. The results showed that the microstructure of micro foamed SF/PPcomposites had obvious "sandwich" structure characteristics. Straw fibers were mainly distributed in the outer skin layer andbubbles were mainly distributed in the core layer. The difference between the analysis results and the experimental test wasabout 6%. The automobile injection parts of heterogeneous straw fiber composite can be approximated to a three-layer compos-ite plate structure for numerical analysis, which simplifies the analysis process. The research results can be used to guide productperformance evaluation and improve product development efficiency.KEY WORDS: micro foamed; plant fiber composite; heterogeneous; mechanical property收稿日期：2021-09-02基金项目：国家自然科学基金（51605356）；中央高校基本科研业务费专项资金（WUT 2019Ⅲ116CG）作者简介：刘军舰（1982—），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为汽车零部件先进制造。
非均质结构材料的建模与仿真研究
非均质结构材料的建模与仿真研究一、引言非均质结构材料是指材料中存在多种不同组分或不同形态的微观结构。
这些结构的存在对材料的性能和性质具有显著影响，因此建立非均质结构材料的准确模型并进行仿真研究具有重要意义。
本文将探讨非均质结构材料的建模与仿真研究的相关方法和进展。
二、非均质结构材料的特点非均质结构材料具有以下几个特点：首先，材料中微观结构的尺寸和形态具有多样性，呈现出一定的随机性和复杂性。
其次，材料中的不同组分之间存在着相互作用和界面效应。
再次，非均质结构材料的宏观性能通常受微观结构分布和组成的影响，因此建立精确的模型对于理解和预测其性能至关重要。
三、非均质结构材料的建模方法在对非均质结构材料进行建模时，可以采用多种方法来描述其微观结构和材料的组成。
常用的建模方法包括几何描述、统计学方法和物理模型。
1. 几何描述方法几何描述方法是指通过几何形状和尺寸来描述非均质结构材料的微观结构。
常用的方法有体积分数法、有效介质理论和像素分析等。
其中，体积分数法将材料划分为不同的相，通过相的体积比来描述材料的组成。
有效介质理论则通过等效介质的性质来描述材料的宏观行为。
2. 统计学方法统计学方法是通过统计学原理对非均质结构材料进行建模。
这种方法常用于描述随机分布的材料微观结构，主要依赖于统计学参数来表征材料的特征。
常用的统计学方法包括Monte Carlo方法、随机有限元法和级联模型等。
3. 物理模型方法物理模型方法是通过建立物理方程来描述非均质结构材料的行为。
这种方法基于材料的微观结构和宏观行为之间的物理和数学关系，通常需要对材料的结构特征和相互作用进行深入研究。
常用的物理模型包括晶体学模型、连续介质力学模型和分子动力学模型等。
四、非均质结构材料的仿真研究非均质结构材料的仿真研究是指利用计算机模拟的方法，通过建立合适的数学模型和计算算法，对材料的性能和行为进行预测和分析的过程。
非均质结构材料的仿真研究可以帮助科研人员更好地理解材料的微观特性和宏观行为，为新材料的设计和性能优化提供指导。
金属材料的非均质形变行为研究
金属材料的非均质形变行为研究金属材料是广泛应用于工程结构和制造业的重要材料。
而在使用过程中，金属材料会受到外力的作用，产生形变行为。
对于金属材料的形变行为的研究，不仅可以深化对金属材料的认识，还能为材料的设计和工程应用提供重要的依据。
本文将探讨金属材料的非均质形变行为，包括非均匀形变的原因、影响因素以及相关研究成果。
一、非均质形变的原因金属材料的非均质形变是指在外力作用下，材料内部出现不同程度的局部塑性变形现象。
非均质形变的原因主要有以下几点：1. 晶体结构不均匀性：金属材料的晶体结构由大量晶粒组成，晶粒之间存在着晶界。
晶界的存在导致晶体结构不均匀，不同晶粒对外力的响应不同，从而引起非均质形变。
2. 包含非金属夹杂物：金属材料中常常含有一些非金属夹杂物，如气孔、氧化物等。
这些夹杂物会形成局部应力集中区域，导致形变的非均匀性。
3. 冷加工硬化：金属材料在冷加工过程中，会发生塑性变形，其结晶结构发生改变。
塑性变形后的金属材料硬度增加，容易发生非均质形变。
二、非均质形变的影响因素金属材料的非均质形变不仅与材料的本身性质相关，还受到多种因素的影响。
以下是几个主要的影响因素：1. 应变速率：金属材料的非均质形变行为与应变速率密切相关。
当应变速率较高时，金属材料的非均质形变更为明显。
2. 温度：温度的升高会影响金属材料的本构关系，进而影响非均质形变的特征。
通常情况下，温度的升高会降低金属材料的非均质形变程度。
3. 晶体结构：金属材料的晶体结构对其非均质形变行为有重要影响。
例如，金属材料的晶界数量和晶界能量与非均质形变呈正相关。
三、相关研究成果在金属材料的非均质形变行为研究中，学者们做出了很多重要的成果。
以下是其中几个代表性的研究成果：1. 研究人员利用原位透射电镜技术观察了金属材料的非均质形变行为。
通过在纳米尺度下观察金属材料的形变过程，揭示了微观层面上形变的非均匀性和晶界的影响。
2. 通过数值模拟方法，研究人员对金属材料的非均质形变行为进行了建模和仿真。
非均质材料在科学和工程中的价值及应用探讨
非均质材料在科学和工程中的价值及应用探讨一、引言非均质材料是指材料中存在多个相区域，其微观结构、化学成分等在不同区域内有所不同，这种材料具有复杂的结构和性质，因而在科学和工程领域中有着广泛的应用。
本文将探讨非均质材料的价值及其在科学和工程领域中的应用。
二、非均质材料的价值非均质材料具有复杂的结构和性质，其制备难度较大，但其具有以下几点价值：1、展现基础科学问题非均质材料展示了材料中微观结构、化学成分等的复杂性，这使得科学家们在探究材料基础性质时能够更深入地了解材料，帮助科学研究者更好地研究材料的基本行为。
2、在新领域中的应用非均质材料在新材料领域有着广泛的应用。
如珠光材料、多晶硅、纳米复合材料等，这些材料的设计和制备依赖于非均质材料的原理，而且这些材料又可以应用于电子、建筑、汽车等多个领域，促进了新科技的进步和经济发展。
3、推动工程领域中的进步非均质材料也对工程领域有很大的影响。
在制备高性能材料时，非均质材料能够帮助工程师们更好地优化材料的性能，帮助制造出更优良的产品。
另外，在地震、建筑等领域，非均质材料能够帮助工程师们了解材料的强度和稳定性，帮助他们更好地设计出安全的建筑或者抗震措施。
三、非均质材料在科学中的应用1、纳米材料非均质材料在纳米材料的制备和研究过程中扮演着重要的角色。
有些纳米材料由非均质材料制备而成，非均质材料的物理和化学性质在纳米材料的制备和表征中十分重要。
有很多非均质材料能够帮助材料科学家们开发出性能更好的纳米材料，进一步推动材料科学的研究和进步。
2、玻璃材料玻璃材料是一种非晶态非均质材料，其复杂的结构使得其具有特殊的物理、光学、电学、力学等性质。
玻璃材料在光学领域有广泛的应用，如玻璃透镜、玻璃光器件等。
此外，在生物医学领域，玻璃纤维支架、微流体芯片等也应用广泛，解决了人类健康发展领域的问题。
四、非均质材料在工程中的应用1、建筑材料非均质材料在建筑领域中应用广泛，如混凝土、砖墙、地基材料等都是非均质材料。
混凝土流变学理论与应用
混凝土流变学理论与应用混凝土流变学是研究混凝土在外力作用下变形和破坏行为的科学，也是混凝土材料力学的重要分支。
混凝土是一种非均质、多相、非线性的材料，其变形和破坏行为受多种因素的影响。
混凝土流变学理论的发展，对于混凝土结构的设计、施工和维护具有重要的意义。
混凝土的流变性质混凝土的流变性质是指混凝土在外力作用下的变形和破坏行为。
混凝土的流变性质是非线性的，受多种因素的影响，如应力水平、应力历史、荷载速率、温度、湿度等。
混凝土的流变性质可以分为弹性、塑性和粘弹性三个阶段。
弹性阶段是指混凝土在荷载作用下，产生的瞬时变形，荷载消失后，混凝土能够恢复到原始状态的能力。
混凝土的弹性模量是衡量混凝土弹性阶段变形能力的重要指标。
塑性阶段是指混凝土在荷载作用下，产生的不可逆变形。
当荷载达到一定水平时，混凝土开始产生塑性变形，称为屈服状态。
在屈服状态下，混凝土的变形随荷载的增加而增大，但变形率逐渐减小。
当荷载继续增加，混凝土进入破坏状态，称为极限状态。
在极限状态下，混凝土的变形率急剧增大，破坏发生。
粘弹性阶段是指混凝土在荷载作用下，产生的延迟变形和剩余变形。
延迟变形是指混凝土在荷载作用下，随时间逐渐增加的变形。
剩余变形是指混凝土在荷载消失后，仍然存在的不可逆变形。
粘弹性是混凝土流变性质的重要特征，对混凝土结构的长期变形和稳定性具有重要影响。
混凝土流变学的实验研究方法混凝土流变学实验研究的目的是获得混凝土的流变性质，并建立数学模型进行预测和分析。
混凝土流变学实验研究方法包括静态实验和动态实验两种。
静态实验是指在恒定荷载下进行的实验，可以获得混凝土的强度、弹性模量、塑性变形等基本参数。
静态实验的主要方法包括压缩试验、拉伸试验、剪切试验和扭转试验等。
动态实验是指在动态荷载下进行的实验，可以获得混凝土的动态强度、动态弹性模量、动态应力应变关系等参数。
动态实验的主要方法包括冲击试验、振动试验和脉冲加载试验等。
混凝土流变学的数学模型混凝土流变学的数学模型是建立在实验研究基础上的，用于描述混凝土的流变性质和力学行为。
几何必须位错密度gnd
几何必须位错密度gnd
几何必须位错（GND）密度是指在材料变形过程中，位错在径向的分布情况。
如果位错密度从材料表面向中心区域逐渐减小，则这种梯度分布的GND可以产生显著的应变梯度强化效应，从而大幅提高材料的力学性能。
通过对变形前后的材料进行EBSD扫描和KAM分析，研究人员发现介观尺度梯度非均质片层结构促使材料内的GND在变形过程中沿径向呈现梯度分布。
这种结构能够促进GND的梯度分布，从而诱导出明显的应变，大幅提高材料的力学性能。
需要注意的是，GND密度是材料力学性能的重要影响因素之一，但不是唯一的因素。
其他因素，如材料的晶体结构、杂质含量等，也会影响材料的力学性能。
非均质性对混凝土材料力学性能的影响
非均质性对混凝土材料力学性能的影响覃源;柴军瑞;党发宁【摘要】Based on the non-homogeneity of the micro structure of concrete, the random aggregate concrete model was established, and the numerical simulation was carried out on this model, from the result it can be concluded that the non-homogeneity of the micro structure have a significant influence on the form, and distribution of the cracks but have little influence on the strength of concrete. It is indicated that the random aggregate is suitable for the concrete analysis.%基于混凝土材料内部结构的非均质性,建立了混凝土三相介质随机骨料模型,在此基础上对所建立的模型进行了数值模拟分析,结果表明,内部结构的不同对试件内部裂纹的形态和分布特点具有较显著的影响,而对试件整体的强度影响不大,进一步证明了分析混凝土材料力学性能时采用随机骨料模型的可行性和合理性.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2012(028)012【总页数】7页(P92-98)【关键词】混凝土;细观损伤;随机骨料模型;数值模拟【作者】覃源;柴军瑞;党发宁【作者单位】西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TV431混凝土材料是一种非均质材料，其内部结构的随机性显而易见，特别是混凝土CT 技术的发展，使混凝土内部结构更加清晰地呈现在人们面前，于是很多学者利用CT图像的数据信息，开始对混凝土试件的细观结构进行计算机重建[1-3]。
非均质物理双摆的混沌特性研究
非均质物理双摆的混沌特性研究孔令辉;刘丁杨;蹇开林【期刊名称】《重庆大学学报》【年(卷),期】2024(47)2【摘要】为了解决工程实际中材料质量不均匀分布对双摆系统运动的影响,在均质物理双摆模型的基础上,将摆的质心位置和摆的转动惯量提取为变量,建立非均质双摆模型。
将非均质双摆系统由Hamilton系统近似为拟Hamilton系统,运用双自由度的Melnikov法,得到拟Hamilton系统存在Smale马蹄意义下混沌的能量阈值,以此作为Hamilton系统的混沌条件。
利用最大Lyapunov指数图、分岔图、Poincaré截面图等数值方法验证混沌条件的正确性,并详细分析了各参数对系统运动状态的影响和作用机制。
结果表明,非均质双摆的混沌阈值有较高复杂性,而且摆长、摆重、第一摆的质心位置同时影响着系统的能量与混沌阈值,解释了质心位置和转动惯量等参数发生变化时,系统在混沌和拟周期之间交替变换的原因。
进一步研究了参数取值与Melnikov法适用性之间的关系,通过数值仿真分类讨论了Melnikov法不适用时的参数取值情况。
【总页数】13页(P106-118)【作者】孔令辉;刘丁杨;蹇开林【作者单位】重庆大学航空航天学院;重庆大学非均质材料力学重庆市重点实验室;中国船舶集团海装风电股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】O322【相关文献】1.非常规气藏勘探的地震岩石物理学和均质——非均质AVO方法2.非均质油藏双水平井SAGD三维物理模拟3.非均质油气藏的岩石物理学特性4.基于Melnikov法的双摆系统混沌特性研究5.非均质油藏单井控制储量与剩余油潜力分布研究——以G油田GD研究区非均质油藏剩余油潜力分布为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
非均质材料力学中的界面效应
作者姓名：段慧玲论文题目：非均质材料力学中的界面效应作者简介：段慧玲，女，1970年5月出生，2001年9月师从于北京大学王建祥教授，于2005年6月获博士学位。
中文摘要基于科学发展的内在动力和技术进步的现实需求，人们迫切需要了解和表征小尺度下物质的力学行为，给经典连续介质力学框架提出了挑战，也给其发展和突破提供了难得的机遇。
因此，跨物质层次的固体变形和强度理论被认为是力学领域最前沿的基础问题之一。
由于纳米尺度下表面/界面原子数占很大的比例，表面/界面原子处于与体内原子不同的环境，因而固体的表面/界面应力对纳米结构材料的力学性能以及相关物理性能具有重要影响。
纳米尺度下表面/界面应力的研究不仅对于促进连续介质力学和细观力学的发展具有基础理论意义，而且在量子点的生长和性能分析、纳米器件的自组装、微型传感器、纳/微米电子器件、生物工程、材料工程等领域具有重要的应用价值。
特别是，界面性能是影响甚至控制复合材料性能的重要因素之一，对各种界面条件的分析可为复合材料性能的预测和材料设计提供理论基础。
本文系统地研究了表面/界面应力以及界面相对非均质材料力学行为的影响。
具体完成的主要工作如下：(1) 根据虚功原理得到了界面应力模型的界面条件，在此基础上给出了计及界面应力效应的球形夹杂Eshelby 体系的解(Mechanics of Materials, 2005; Proceedings of the Royal Society A, 2006)。
经典的Eshelby体系(Eshelby formalism， 1957)是20世纪固体力学领域一项奠基性的工作，被认为是如今蓬勃发展的细观力学的基石之一。
经典的Eshelby体系没有包括界面效应，本文首次给出了计及界面应力效应的Eshelby张量、应力集中张量、Eshelby等效夹杂方法和Eshelby能量公式。
发现，与经典结果不同的是，在均匀本征应变和远场应力作用下，内场Eshelby张量和应力集中张量是位置相关和尺度相关的。
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非均质材料力学研究进展: 热点、焦点和生长点Advances in Heterogeneous Materials Mechanics: Cutting-edge and GrowingPointsJinghong Fan1,2 Haibo Chen31 Kazuo Inamori School of Engineering, Alfred University, Alfred, New York, 14802, USA2 Research Center of Materials Mechanics, ChongQing University, ChongQing, 400044, P. R.China3 Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, CAS Key Laboratory of Mechanical behavior and Design of Materials, Hefei, Anhui, 230026, P. R, ChinaRecently, heterogeneous materials mechanics (HMM) has attained increased momentum for its development. These advances are motivated by the needs of nanotechnology, biotechnology, materials sciences, renewable energy, aeronautical and aerospace engineering, etc. New phenomena, concepts, and methods, and fruitful research results appear in its different branches. This speeds the collaboration and combination between the HMM and other disciplines such as materials science, condensed physics, chemistry and engineering sciences. This trend is shown in the positive attitudes of the world's top scholars, who attended or will attend the series of International Conferences of Heterogeneous Materials Mechanics (ICHMM-2004, ICHMM-2008 and ICHMM-2011).This paper is a systematic review of the cutting-edge and growing points of the heterogeneous materials mechanics. It includes not only the contents of presentations and discussions of the six special workshops held in the ICHMM-2008, but also includes the recent, focused research topics and their new achievements. Specifically, this paper discusses the advances in the following aspects: Multiple physics and multiscale modeling, atomistic to continuum analyses of materials structure and behavior, stochastic microstructure evolution and degradation, modeling realistic microstructure, biological and nature-inspired materials design, in situ experiments and model validation, mechanics of functional gradient materials, and the development of micron-nano devices and systems. Taking the topic of multiple physics and multiscale modeling as an example, this paper introduces its background, objectives, needs, advantages and disadvantages of existing methods, obstacles for its development, applications , intrinsic connections with other范镜泓1,2 陈海波31 Kazuo Inamori School of Engineering, Alfred University, Alfred, New York, 14802,USA2重庆大学工程材料力学研究中心, 重庆, 4000443中国科学技术大学近代力学系，中科院材料力学行为与设计重点实验室，合肥，安徽，230026摘要在纳米、材料、生物、能源、航空、航天等领域强力需求的推动下，近年来，非均质材料力学显现出加快发展的趋势，新概念、新方法和新成果不断涌现, 有力地推动了它与材料科学、凝聚态物理、化学等基础科学及工程应用科学的结合。
这一趋势也生动地体现在各国学者积极参加在我国举行的非均质材料力学系列性国际会议的活跃程度上。
本文结合第二届国际非均质材料力学会议（ICHMM-2008, 黄山）专题讨论会的讨论, 及明年5月22日-26日将在上海崇明岛举行的ICHMM -2011国际会议的内容，对该领域的研究进展及其热点、焦点和生长点进行综合性的评述。
结合最近的一些新发现与研究新进展，本文采用粗细结合的方法，尽可能多地展示了非均质材料力学发展的概况。
重点讨论了多物理场与多尺度模拟、材料结构与力学行为从原子到连续介质的分析、随机微结构演化与退化、真实材料微结构的模拟、生物材料力学与仿生设计、在位实验和模型验证、功能梯度材料结构力学、微纳米功能器件开发等前沿性课题。
以多物理场与多尺度模拟为例,文中从多个角度介绍了其背景、目标、必要性、现有方法的优缺点、障碍、应用例子与其它前沿研究领域的联系及其发展态势, 并从7个方面阐述了其研究焦点与值得注意的进展。
关键词：多物理场与多尺度模拟；随机微结构演化；现实微结构模拟；生物材料；仿生设计；在位实验国家自然科学基金(10975130)资助项目非均质材料力学与传统的假定材料为均质的材料力学不同，它强调真实材料在不同程度与尺度上的非均质特性并据此建立其理论基础，发展相应的分析、模拟计算与试验方法。
“非均质材料力学”包含着所有过去的、现在的及将来的以材料非均质假设为前提的与力学及其相关学科紧密相连的理论、计算与模拟工作。
这一学科的特性、难度与其在基础科学发展及工程应用中的使命注定了它必然是多学科交叉的领域。
这一学科不只是包括诸如复合材料均匀化的理论、多相材料界面的损伤与断裂及其它在通常的力学会议中所讨论的内容，也包括深入研究该学科的复杂而重要的问题，例如多物理场与多尺度的不同理论、各种缺陷与夹杂萌生及演化的预测、材料的强韧化理论与设计、微结构的随机性与表征、非平衡态演化过程、真实材料的非局部效应、在位实验及模型验证等。
这种对较为复杂而又新颖的问题的研究要求不同学科包括材料科学、物理、应用力学、计算科学与先进试验方法的共同努力。
关于这一学科更详细的介绍在本文第一笔者的论文“非均质材料力学：学术思想与研究趋势”（《力学进展》2004年第四期：570~578）已作了阐述。
本文就最近几年来研究的热点、焦点和生长点分成下述7个方面作一综合性的、多角度的评述。
1.0 多物理场与多尺度模拟下面先介绍专题讨论会的结果，再介绍当前遇到的一些焦点问题及取得的进展。
1.1专题讨论会的结果（英国牛津大学Alan Cocks和美国Alfred大学范镜泓主持）讨论会集中研讨了以下四个问题：（1）为什么多物理场与多尺度模拟对于深入理解材料的特性是必须的？（2）什么是现有的多尺度模拟方法的优点和缺点？（3）多尺度模拟应用的例子。
（4）什么是多尺度方法进一步发展的主要障碍？1.1.1为什么要进行多物理场与多尺度模拟1.1.1.1 纳米技术与生物技术发展的需要英国Leicester大学Simon Gill从纳米技术发展提出的挑战，强调了多物理场与多尺度模拟对于理解这些新材料特性的重要性，他列举的新现象包括：1、不透明的材料如铜可变成透明的；2、惰性材料如金/铂可变成催化剂；3、稳定材料如铝可变成可燃烧的；4、固体如金可在室温下变成液体；5、绝缘体如硅可变成导体。
接着，从当今科学与技术的发展来看，他强调了下列诸种物理因素或效应所呈现出愈发明显的重要性：1、量子效应；2、具有高的面体比（面积与体积的比值）的表面与界面的重要性；3、接近物质最小基本尺度（原子与量子尺度）的非连续变化或突变；4、可大大缩减自由度的系统；5、远离平衡态的系统。
为了解释他的观点，Simon Gill列举了几个例子[1]，其中包括金沿（111）面的锯齿状（ZigZag）表面的构造，以显示FCC和HCP原子排列构造的混合转变以及自组织钴（CO）低能态的形成。
为了描述材料特性突变的概念，他介绍了所观察到的处于临界体积的锗/硅（Ge/Si100）量子点从较扁平立锥体到高拱形物的突发性转变。
他也提及所谓的纳米钻的现象，即金滴像电钻一样腐蚀GaA基体以形成纳米孔。
很明显，所有这些有趣的现象难以单纯用唯象理论的方法来解释，却有可能借助从物质最基本尺度出发的多尺度分析来引入新概念、新方法、新机制并发现新现象，最终为提高材料性能或设计新材料服务[2].1.1.1.2 发展微结构敏感的材料设计与剩余寿命分析的需要佐治亚理工学院David McDowell列举了为什么需要多尺度分析的下述理由：1、对于塑性流动，能发展不同尺度缺陷萌生及演化的自相容理论，以支持更有预言能力的微结构敏感的结构分析与设计；2、有助于选取与剪裁材料的微结构, 以利于获得诸如屈服强度、韧性、疲劳及韧性断裂等更好的特性；3、有助于加速新材料进入产品的循环，并加速对微结构敏感的失效现象的预言能力；4、有助于诊断材料—部件系统的剩余寿命。