复合材料的细观力学研究进展

复合材料的细观力学研究进展

作者：刘克明， 金莹， 康林萍， 谌昀， 付青峰， LIU Ke-ming， JIN Ying， KANG Lin-ping ， CHEN Yun， FU Qing-feng

作者单位：刘克明,LIU Ke-ming(江西省科学院江西省铜钨新材料重点实验室,江西,南昌,330029;中南大学材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083)， 金莹,康林萍,谌昀,付青峰,JIN Ying,KANG

Lin-ping,CHEN Yun,FU Qing-feng(江西省科学院江西省铜钨新材料重点实验室,江西,南昌

,330029)

刊名：

江西科学

英文刊名：JIANGXI SCIENCE

年，卷(期)：2010，28(3)

被引用次数：0次

1.Tekoglu C.Pardoen T A micromechanics based damage model for composite materials 2010

2.胡丽娟.张少睿.李大永.苌群峰.彭颖红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 2008(3)

3.吕毅.吕国志.孙龙生基于有限元计算细观力学的RVE库的建立与应用 2009(5)

4.Segurado J.Llorca J Computational micromechanics of composites:The effect of particle spatial distribution 2006

5.陈增涛.王铎动态延性损伤的细观力学研究现状 1994(5)

6.王俊.G M Birman V Micromechanics and structural response of functionally graded,particulate-matrix,fiber-reinforced composites 2009

7.Axelrad D R.Basu S Mechanical relaxation theory of fibrous structures 1977(3-4)

8.Aghdam M M.Dezhsetan A Micromechanics based analysis of randomly distributed fiber reinforced composites using simplified unit cell model 2005

9.陈玮.赵清杰.马艳红细观力学理论在氧化铝陶瓷材料中的应用进展 2004(S)

10.Kontou E Micromechanics model for particulate composites 2007

11.曾庆敦复合材料的细观破坏与强度 2002

12.Xiaz.Okabe T.Curtia W A Shear-lag versus finite element models for stress transfer in fiber-reinforced composites 2002

13.Okabe T.Takeda N Estimation of strength distribution for a fiber embedded in single-fiber composite:experiments and statistical simulation based on the elastoplastic shear-lag approach 2001 14.Okabe T.Takeda N Elastoplastic shear-lag analysis of single-fiber composites and strength prediction of unidirectional multi-fiber composites 2002

15.Xiza.Curtin W A.Okabe T Green's function vs shear-lag models of damage and failure in fiber composites 2002

16.Hui C Y.Phoenis S L.Shia D The single filament composite test:application of new statistical theory for estimating and Weibull parameters for composite design 1997

17.李红周.贾玉玺.姜伟纤维增强复合材料的细观力学模型以及数值模拟进展 2006

18.宋迎东.雷友锋.孙志刚.高德平一种新的纤维增强复合材料细观力学模型 2003(4)

19.刘波.雷友锋.宋迎东纤维增强复合材料宏观与细观统一的细观力学模型 2007(3)

20.方岱宁.周储伟有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析 1998(2)

21.Sun H Y.Di S L.Zhang N Micromechanics of composite materials using multivariable finite element method and homogenization theory 2001

22.Zhang S Q.Jang B Z.Valaire B T A new criterion for composite materials mixed mode fracture analysis 1989

23.Sih G.C Energy-density concept in fracture mechanics 1973

24.张少琴.杨维阳.张克颢复合材料的Z-断裂准则及专家系统 2003

25.雷友锋.魏德明.高德平细观力学有限元法预测复合材料宏观有效弹性模量 2003(3)

1.会议论文杨庆生.马连华含流体夹杂复合材料的细观力学2008

含有流体夹杂复合材料具有广泛的实际背景，生物组织、饱和岩土、胶体材料等都是由固体骨架与间隙流体组成的复合材料。在这类材料中，流体与固体之间存在复杂的相互作用;由于流体夹杂的存在，它们展示出复杂的宏观性能。本文利用细观力学方法，建立了含有内压流体复合材料的力学模型;假设基体材料是弹性的，流体是可压缩静止流体，将等效夹杂原理推广到合流体夹杂复合材料的有效性能问题中。研究表明，复合材料的有效性能会受到流体夹杂含量、属性与初始内压的显著影响。

2.学位论文刘晓宁高阶连续介质细观力学方法研究2003

基体夹杂型复合材料的尺度效应已经为人们所公认,传统细观力学方法无法预测这种尺度现象.我们基于这样的观点:当夹杂尺度与基体的内在特征尺度接近时,其相互作用使得基体的非局部效应无法忽略,为此需要采用高阶连续介质理论来描述基体的响应.该文研究高阶连续介质理论框架下的细观力学方法,以此考虑尺度效应.提出了微极复合材料的宏细观过渡方法,给出把微极复合材料等效为Cauchy介质时的有效性质分析方法、Hill条件,以及基于Hill条件的扰动场分析方法.得到了微极介质球形夹杂平均Eshelby关系的解析结果,同时提出了平均等效夹杂方法,在此基础上将Mori-Tanaka方法推广到微极复合材料,给出了微极颗粒复合材料有效剪切和体积模量表达式.将基于二阶矩的割线模量方法,推广到微极复合材料,给出了一种能够预测复合材料颗粒尺度对其有效弹塑性性质影响的解析细观力学方法.给出了微极复合材料有效塑性性质的变分方法,由此证明对于微极复合材料系统也存在与Cauchy材料中Ponte Castaneda塑性势方法类似的变分结构.进而证明与传统Cauchy复合材料一致,该变分方法也对应着基于二阶矩的割线模量方法.给出了Microstretch理论的基本解,由此得到Microstretch介质中球形夹杂的Eshelby张量,并给出了平均Eshelby张量的解析式.提出了Microstretch复合材料的宏细观过渡及等效Cauchy性质分析方法.发展了Microstretch理论的形变塑性形式,并给出了分析Microstretch复合材料有效塑性性质的二阶矩割线方法.结果表明,在Microstretch理论框架下可以描述宏观三轴载荷作用下复合材料的尺度效应,弥补了微极理论的不足.研究了Micromorphic复合材料热传导的有效性质,给出了Micromorphic介质热传导的Eshelby关系及其平均表达式.研究了Micromorphic复合材料热传导的宏细观过度关系并给出了宏观有效性质的定义,利用M-T方法给出了有效传统热导率的解析式,该方法能够描述微结构的尺寸对有效热传导系数的影响.最后论文还考虑了将异质Cauchy介质等效为高阶介质的基本问题,研究了不同边界条件下向高阶介质的等效方法和定义.对于等效介质为Couple-Stress介质的情况,论文讨论了两种典型复合材料高阶模量的Voigt和Reuss界限.

3.期刊论文雷友锋.魏德明.高德平细观力学有限元法预测复合材料宏观有效弹性模量-燃气涡轮试验与研究

2003,16(3)

基于能量等效原理提出了复合材料有效弹性模量的定义,并指出了该定义的基础及前提条件.为从理论上计算复合材料宏观有效弹性模量,建立了通过细观力学有限元法计算复合材料有效弹性模量的方法.复合材料宏观弹性模量,是通过对复合材料细观结构代表性体积元的力学响应的计算来得到,在该计算方法中,给出了施加简便的边界载荷以及恰当的边界变形约束条件的方法.数值计算结果与部分试验结果具有较好的一致性,表明所提出的方法能够较好地计算复合材料的宏观有效弹性模量.

4.学位论文胡瓯尔理性有限元法在细观力学自洽方法求解复合材料等效弹性模量问题研究中的应用1998

该文根据钟万勰院士提出的理性有限元法建立了横观同性平面应变理性元,该方法与传统的有限元方法有很大的不同.它以力学的需求作为主导,将弹性力学基本解作为单元插值逼近的基础,充分考虑了力学的微分方程.作为一种探索,该文利用横观同性平面应变理性元结合自洽方法求解了单向长纤维复合材料的等效弹性模量,为将来利用理性有限元方法求解短纤维复合材料问题打下基础.

5.期刊论文罗以喜.胡红.Luo Yi-xi.Hu Hong针织复合材料细观力学研究进展-针织工业2006(9)

对针织物细观几何结构进行了研究,基本上采用了基于Micro-cell或RVE的分析方法,并建立了细观几何模型,包括:G.A.V.Leaf和A.Glaskin模型、纤维方向张量模型、二维线圈模型、三维线圈模型、MWK单胞模型及一些其他模型.从力学分析及计算方法上,可将针织物增强复合材料细观力学模型分为层板理论模型、取向平均模型和有限元分析模型三类,并具体加以介绍.最后,采用层板理论法、取向平均法和有限元分析法对针织复合材料细观力学进行了理论分析.

6.学位论文武义明表/界面性能对材料整体性能的影响2004

随着现代科技对工程结构和材料要求的不断提高,人们已经不能满足于仅限于对一般力学行为的材料的使用,而是希望在更多层面考虑、研究新型的功能材料.因此,对材料表/界面性能与表/界面性能对材料整体性能的影响的研究已经成为材料科学、力学和工程科学共同关心的课题.另一方面,基体—夹杂型复合材料的尺度效应已经被公认,并越来越多的受到关注,而传统的细观力学无法预测尺度效应.为此我们考虑将材料表/界面性能引入已有的细观力学体系,并通过考虑材料表/界面性能框架下的细观力学体系解决尺度效应问题.第一章,对经典的细观力学研究做一简单的综述,介绍了相关领域的研究概况与代表性工作.通过经典细观力学的限界方法,讨论了界面性能对复合材料整体性能的影响.第二章,首先,对于材料的尺度效应与能够考虑尺度效应的细观力学研究做一概述,主要已有的研究方法有:1,发展相关的应变梯度塑性理论.2,将微连续理论,如微态(Micromorphic)或微极(Micropolar)理论应用于复合材料有效性质的研究中,并由此发展基于微连续理论的细观力学方法.虽然以上理论能够解释与材料尺度效应有关的一些实验观察,但要确定材料内部微结构的特征长度参数以及合理给出对应于高阶应力的边界条件仍存在相当大的困难.因此,对于以上途径的有效性尚有待作进一步的研究.其次,介绍了材料表面的有关物理性质如表面张力等,并介绍了在解决表/界面问题中有重要作用的Yougg-Laplace方程.对于现有的基于物理机制的表/界面研究做了简单的介绍,发现现有的研究中,多数是从材料表面物理性质,如表面应力、表面能的角度考虑表面性能对材料宏观性能的影响.之后,将表面性能引入细观力学体系,并应用于对考虑表面影响的孔隙材料的等效性能的研究,得到了对基体—夹杂型复合材料的尺度效应进行预测的一套解析的细观力学方法.最后,对该文工作做一总结,提出了不足之处,并对下一步工作进行了展望.该文的工作为进一步研究表/界面性能对球形粒子填充复合材料整体性能的影响,及在已有的细观力学范围内预测基体—夹杂型复合材料的尺度效应提供了新的思路和理论分析.

7.期刊论文吕毅.吕国志.吕胜利.Lu Yi.Lu Guozhi.Lu Shengli细观力学方法预测单向复合材料的宏观弹性模量

-西北工业大学学报2006,24(6)