各向異性暨復(fù)合材料的損傷、破壞和強(qiáng)度分析是固體力學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)。在該領(lǐng)域，黃爭(zhēng)鳴教授歷經(jīng)20多年的研究，取得了系統(tǒng)性突破。創(chuàng)建了復(fù)合材料彈-塑性解析本構(gòu)理論——橋聯(lián)模型，是唯一滿足內(nèi)應(yīng)力計(jì)算一致性的理論。不滿足一致性，就須采用三維本構(gòu)方程計(jì)算纖維和基體中的內(nèi)應(yīng)力，相比二維方程的計(jì)算量至少增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。基體進(jìn)入塑性后，只有橋聯(lián)模型的本構(gòu)方程是解析式，其他模型依賴的Eshelby張量無(wú)顯式，數(shù)值積分須取200個(gè)以上高斯點(diǎn)方足夠精確（Comp. Mech., 7: 13-19, 1990）。眾多國(guó)外評(píng)估證實(shí)，橋聯(lián)模型精度高于其他模型（Int. J. Impact Engng., 2009, p. 899），也是“世界范圍破壞評(píng)估(WWFE)”參評(píng)精度最高的細(xì)觀力學(xué)理論（Comp. Sci. Tech., 64: 565, 2004），并且是唯一計(jì)算了纖維和基體中熱殘余應(yīng)力的參評(píng)理論（Comp. Sci. Tech., 64: 450, 2004）。橋聯(lián)模型已成為世界復(fù)合材料力學(xué)界的著名理論，得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外他人基于橋聯(lián)模型公開(kāi)發(fā)表的研究論文已超過(guò)220篇。

 

　　復(fù)合材料除沿軸向的破壞可能源自纖維外，其它破壞一般都源自基體。因此，幾乎所有挑戰(zhàn)性問(wèn)題皆因無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基體破壞所致，關(guān)鍵是現(xiàn)有理論只能求得基體均值應(yīng)力，而預(yù)報(bào)復(fù)合材料性能必須基于真實(shí)應(yīng)力。黃爭(zhēng)鳴創(chuàng)建了基體真實(shí)內(nèi)應(yīng)力理論。他還首次將復(fù)合材料的破壞定義為強(qiáng)度型和損傷型，指明了損傷型破壞主要有三類，即纖維和基體界面開(kāi)裂、層合板分層及層合板中的非致命破壞，其中，非致命破壞包括纖維的偏折、基體的拉伸與基體的壓縮破壞，一舉解決了如何確定“損傷容限設(shè)計(jì)”中的損傷容限難題。

 

　　基體拉伸和壓縮破壞依據(jù)其破壞面上的外法向應(yīng)力大于或小于0確定，黃爭(zhēng)鳴依據(jù)堅(jiān)實(shí)的物理原理，創(chuàng)建了普適的基體拉、壓強(qiáng)度理論。他還徹底解決了任意載荷下纖維和基體界面何時(shí)開(kāi)裂這一難題，除了纖維和基體性能外，只需提供一個(gè)復(fù)合材料橫向拉伸強(qiáng)度即可。

 

　　航空界往往視復(fù)合材料為脆性材料，因其軸向和橫向拉伸直至破壞皆為線性的，但無(wú)法解釋為何剪切非線性變形卻異常顯著。黃爭(zhēng)鳴通過(guò)研究揭示纖維和基體界面開(kāi)裂后的相對(duì)滑移是剪切非線性變形的主因，其次是基體塑性和真實(shí)內(nèi)應(yīng)力影響。

 

　　針對(duì)為什么從T300到T1100，碳纖維的強(qiáng)度大幅提升，但復(fù)合材料沿纖維的壓縮強(qiáng)度卻幾乎不變？黃爭(zhēng)鳴揭示，當(dāng)纖維強(qiáng)度足夠高后，纖維偏折導(dǎo)致軸向壓縮下基體先發(fā)生剪切破壞。因此，進(jìn)一步提升纖維強(qiáng)度無(wú)助于改善復(fù)合材料軸向壓縮強(qiáng)度，只有通過(guò)減少纖維偏心排列、提高基體剪切強(qiáng)度方可改進(jìn)。

 

　　層合板分層是復(fù)合材料最為常見(jiàn)的破壞形式，目前預(yù)測(cè)分層存在兩大難題：一是幾乎每個(gè)加載步都須迭代，計(jì)算量極為龐大，工程中無(wú)法用；二是有些輸入數(shù)據(jù)的確定甚至沒(méi)有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可依。黃爭(zhēng)鳴建立的分層萌生與擴(kuò)展分析方法無(wú)需任何迭代，除了纖維和基體性能，只需提供單層板的臨界I型和II型斷裂韌性即可。

 

　　黃爭(zhēng)鳴教授在文章中的理論分析，不僅將復(fù)合材料的輸入數(shù)據(jù)降到最低，而且這些數(shù)據(jù)皆可依據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先獨(dú)立測(cè)定。這對(duì)復(fù)合材料的工程應(yīng)用具有重要意義。