復(fù)合材料具有較強的結(jié)構(gòu)特性,是一種多相體材料。其力學(xué)性能及損傷破壞規(guī)律不僅取決于各組分材料性能,同也取決于細觀結(jié)構(gòu)特征。采用細觀力學(xué)分析研究復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能與細觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系具有重要的科學(xué)意義和工程價值。論述了細觀力學(xué)實驗技術(shù)的理論基礎(chǔ)和常用實驗技術(shù)及進展,介紹了復(fù)合材抖的細觀力學(xué)模型的發(fā)展,綜述了復(fù)合材料力學(xué)行為有限元分析的研究現(xiàn)狀,并對這一學(xué)科的研究發(fā)展進行了簡要評述與展望。
復(fù)合材料是兩種或兩種以上不同性能、不同形態(tài)的組分材料通過復(fù)合手段組合而成的一種多相材料,與傳統(tǒng)材料相比,具有性能可設(shè)計性、材料與結(jié)構(gòu)同一性、材料性能對復(fù)合工藝的依賴性等特點,因此可根據(jù)不同的工程需要,方便地選取不同的組分材料、優(yōu)化材料的性能。同時,由于復(fù)合材料的就位特性、各向異性和呈層性等特點麗產(chǎn)生的各種復(fù)雜的力學(xué)現(xiàn)象,使得對其材料力學(xué)行為有意義的研究須借助于細觀力學(xué)進行。
復(fù)合材料的細觀力學(xué)研究采用固體動力學(xué)和材料科學(xué)相結(jié)合,從細觀和微觀層次,承認材料內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)的不均勻性,利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法研究材料的宏觀力學(xué)性能與細觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。而要深入的認識復(fù)合材料的細觀結(jié)構(gòu),就必須在廣泛的尺寸范圍內(nèi)分析所要探測和測量的物理量并進行建模和有限元分析,因而微米和亞微米尺度測量及模擬分析對于分析細觀結(jié)構(gòu)的變化以及對性能的影響就顯得尤為重要。一方面,由于復(fù)合材料的力學(xué)本質(zhì)常常是非線性的,因此研究復(fù)合材料力學(xué)性能的細觀力學(xué)方法所研究的問題一般來說也是非線性的、時間相關(guān)的和三維的。這些問題的數(shù)學(xué)解對計算力學(xué)而言,進行精確的分析和模擬是非常困難的。因此,就必須以宏觀和細觀的測試實驗為基礎(chǔ),建立切合實際的計算模型,用數(shù)值解法和有限元法對其進行復(fù)雜的和大量的計算和分析。另一方面,盡管隨著·非線性結(jié)構(gòu)力學(xué)和固力學(xué)中計算方法的進步,人們在復(fù)合材料的計算力學(xué)研究方面取得了不少進展。但復(fù)合材料計算力學(xué)分析的發(fā)展尚未達到解決材料性能研究和工程應(yīng)用中所遇到的眾多問題。因此,以細觀力學(xué)實驗為基礎(chǔ)結(jié)合細觀力學(xué)模型和有限元分析的現(xiàn)代材料研究技術(shù)對今后材料的設(shè)計和應(yīng)用具有重要意義。
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