层状岩层裂纹饱和现象的数值模拟研究

层状岩层的裂纹饱和现象是地质界的一种普遍现象。基于有限元程序，分析了裂纹饱和现象的机理，从应力转化的角度解释了裂纹饱和现象；研究了单层材料厚度的变化对裂纹间距的影响；给出了层状材料达到饱和状态的全过程；并分析了裂纹的产生、发展规律。

复合材料层板饱和裂纹间距的试凑法(cut-and-try)

本文首次通过三维有限元法计算分析出90°层中横向裂纹的饱和间距值，为预测饱和裂纹间距提供了一条新途径。

ECC多重饱和裂纹破坏细观统计力学计算模型研究

根据ECC复合材料微观结构中缺陷的随机分布性质,给出细观统计力学分析计算模型。该模型可用来求解工程水泥基复合材料(ECC)硬化后的应力-应变曲线并真实地反映多重裂纹稳态断裂破坏过程中裂纹形成的顺序和荷载波动的特点。计算结果较好地证实了含有人造Norlite缺陷的ECC复合材料的延性特征。

随机缺陷对PVA-ECC多裂纹破坏的影响

通过引入合适尺寸的低强度颗粒作为人造初始缺陷以提高PVA-ECC多重饱和裂纹破坏的性能。根据细观力学和断裂力学理论提出发生应变强化和多裂纹破坏的能量与强度准则,试验中引入与PVA-ECC中最大的固有孔洞尺寸大小相当的Norlite人造缺陷尺寸。进行了轴向受拉PVA-ECC试件中仅含有天然缺陷和引入人工缺陷后多重裂纹的对比破坏试验。结果表明,PVA-ECC材料的延性和应变强化等性能取决于基体断裂强度以及缺陷分布等特性,缺陷数量较少时裂纹数量不会达到饱和状态,纤维最大桥联应力要求只有在缺陷尺寸超过一定临界值时才能激发萌生裂纹从而导致多重饱和裂纹破坏。Norlite人造缺陷可以有效地改善水泥基复合材料的延性和应变强化性能。

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面.通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系.损伤起始由卜克(Puck)失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为.模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层)的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层.以[0_3/45/-45]_S和[45/0/-45/90]_(4S)两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.

一种测定单向纤维增强陶瓷基复合材料组分“原位”弹性模量的方法

提出了一种将细观分析和宏观实验相结合的方法以测量纤维陶瓷基复合材料组分“原位”弹性模量,即利用混合率和Evans等导出的加载后卸载-再加载应力-应变曲线迟滞回环和组分材料力学性能之间的关系,反解出纤维的原位模量。将此方法成功地应用于C/SiC复合材料,初步结果表明此方法是行之有效的,还表明C/SiC复合材料中纤维的原位弹性模量有明显下降。