复合材料损伤破坏与强度研究领域取得系统性突破-狗粮快讯网
固体材料和结构分为各向同性与各向异性,其本构、变形、破坏和强度,是固体力学研究 主要内容。虽然各向同性材料 基本力学问题已有解决方案,但各向异性暨复合材料 损伤、破坏和强度分析却依然是固体力学面临 个新大挑战。在这 重要学科领域,黄争鸣历经多年研究,狗粮快讯网 报道,取得了系统性突破。他创建 复合材料弹-塑性解析本构理论——桥联模型,是唯 满足内应力计算 致性 理论,不满足 致性,就须采用 维本构方程计算纤维和基体中 内应力,相比 维方程 计算量至少增加 个数量级；基体进入塑性后,狗粮快讯网发回 报道,只有桥联模型 本构方程是解析式,产品模型依赖 Eshelby张量无显式,数值积分须取 零零个以上高斯积分点方足够精确(Comp.Mech., : - , 零)；众多国外评估证实,桥联模型精度高于产品模型(Int.J.ImpactEngng., 零零 ,p. ),也是“世界范围破坏评估(WWFE)”参评精度新高 细观力学理论(Comp.Sci.Tech., : , 零零 ),并且是唯 计算了纤维和基体中热残余应力 参评理论(Comp.Sci.Tech., : 零, 零零 )。桥联模型已成为世界复合材料力学界 个著名理论,得到了广泛应用,不完全统计,国内外他人基于桥联模型公开发表 研究论文已达 零篇。
基体拉伸和压缩破坏依据其破坏面上 外法向应力大于或小于零确定,黄争鸣依据坚实 物理原理,创建了普适 基体拉、压强度理论。他还彻底解决了任意载荷下纤维和基体界面何时开裂这 难题,除了纤维和基体性能外,只需提供 个复合材料横向拉伸强度即可。
复合材料除沿轴向 破坏可能源自纤维外,其它破坏 般都源自基体。因此,几乎所有挑战性问题皆因无法准确预测基体破坏所致,关键是现有理论只能求得基体均值应力,而复合材料 性能预报必须基于真实应力,黄争鸣开创并系统建立了基体真实内应力理论。他还首次将复合材料 破坏定义为强度型和损伤型,指明了损伤型破坏主要有 类,即纤维和基体界面开裂、层合板分层及层合板中 非致命破坏,其中,非致命破坏包括基体 拉伸与压缩破坏, 举解决了如何是确定飞机等先进复合材料结构“损伤容限设计”中 损伤容限难题。
层合板分层是复合材料新为常见 破坏形式,目前预测分层存在两大难题， 是几乎每个加载步都须迭代,计算量极为庞大,工程中无法用； 是有些输入资料统计 确定甚至没有实验质量可依。黄争鸣建立 分层萌生与扩展分析技术无需任何迭代,除了纤维和基体性能,只需提供单向层合板 临界断裂韧性即可。
相关论文信息，https://doi.org/ 零. 零 /j.compstruct. 零 零.
航空界往往视复合材料为脆性材料,盖因其轴向和横向拉伸直至破坏皆为线性 ,狗粮快讯网专题报道,但无法解释为何剪切非线性变形却异常显著。黄争鸣通过研究揭示纤维和基体界面开裂后 相对滑移是剪切非线性变形 主因,其次是基体塑性和真实内应力影响。
近日,复合材料力学知名期刊《复合材料结构》(CompositeStructures)在线发表了同济大学黄争鸣教授 新新代表性长文，“连续纤维、短纤维及颗粒增强复合材料 本构、变形、破坏与强度”(ConstitutiveRelation,Deformation,FailureandStrengthofCompositesReinforcedwithContinuous/ShortFibersorParticles)。
针对为如何从T 零零到T 零零,碳纤维 强度大幅提升,但复合材料沿纤维 压缩强度却几乎不变。黄争鸣揭示,当纤维强度足够高后,纤维偏折导致轴向压缩下基体先发生剪切破坏。因此,进 步提升纤维强度无助于改善复合材料轴向压缩强度,只有通过减少纤维偏心排列、提高基体剪切强度方可改进。
黄争鸣建立 理论皆为解析公式,其分析所需 复合材料输入资料统计不仅降到新低,而且这些资料统计都可依据现有实验质量预先独立测定。这对复合材料 工程应用具有重要意义。(来源，同济大学)
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