基于Eshelby等效夹杂理论的沥青混合料有效粘弹性质分析

利用Eshelby 等效夹杂理论研究了沥青混合料的单轴压缩蠕变行为。通过时间域内的Laplace 变换将问题线性化, 得到了沥青混合料的蠕变本构关系。开展了不同温度、应力水平条件下沥青砂的单轴压缩蠕变实验, 根据数据拟合了沥青砂四参量流变模型的模型参数。在此基础上, 预测了沥青混合料在不同温度、应力水平下的蠕变曲线, 分析了温度、应力水平对沥青混合料蠕变行为的影响。结果表明:在相同的应力水平下, 沥青混合料的应变和应变率都随温度的升高而增大, 并且在沥青软化点附近发生明显突变;在相同的温度下, 沥青混合料的应变和应变率都随加载应力的增加而增大。     

纤维复合材料粘弹性动态性能的细观力学分析

建立了纤维增强复合材料粘弹性动态性能的细观力学模型.首先建立了树脂基体相各向同性的粘弹性模型,模型参数由纯树脂基体材料的蠕变试验获取,在此基础上分别建立了针对单向和正交铺层复合材料的横观各相同性、正交各相异性的细观粘弹性模型.对单向、正交铺层复合材料进行了静态和动态试验,分别通过试验和上述理论模型得到了其阻尼比、动态储存模量、损耗模量和损耗因子,理论预测与试验结果吻合.     

智能复合材料宏细观力学性能的理论预测与数值分析

利用理论和数值方法研究了形状记忆合金增强复合材料的宏细观力学性; 能预测复合材料的宏观本构列式和弹性基体约束下的形状记忆合金的相变特性。建立了宏观性能参量与细观相变过程的联系。一维变形状态下的数值结果表明智能复合材料仍然具有形状记忆效应和拟弹性特性, 但受到组分材料的性能比、体分比和环境变量等参数的显著影响。      

纤维增强复合材料弹塑性性能的细观研究

基于Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夹杂理论,建立弹性阶段基体和纤维平均应力之间的桥联矩阵,导出了该矩阵各元素的显式。鉴于工程实际材料对柔度矩阵对称性的要求并考虑组分材料物理性能和细观几何特征等因素的影响,对所导出的桥联矩阵进行合理简化。引入与基体等效塑性应变相关联的修正参数,以此确定纤维和基体中应力分配。数值结果表明,本文中建立的复合材料非线性理论模型与实验结果吻合较好。      

机织复合材料力学性能的细观分析与实验研究

建立了预测机织复合材料弹性性能和强度的方法并进行了相应的实验研究,系统地研究了织物几何和结构参数对机织复合材料性能的影响,提出了优化机织复合材料弹性性能细观结构参数的选择,完成了具有友好界面的机织复合材料弹性性能分析软件,实验研究了冲击后的拉伸与压缩性能及疲劳剩余强度和寿命,建立了基于有限元分析和失效准则预测冲击能门槛值的方法,给出了预估疲劳寿命的公式,且实验验证了分析方法的正确性。为复合材料技术能更快地转移到飞机结构设计与制造中去提供了一套较完整的基础性数据和理论分析方法及工具。      

防热复合材料高温力学性能

通过对高温环境下防热材料内部热化学烧蚀机理的分析,利用Eshelby等效夹杂方法研究了组元材料烧蚀-相变特性和高温力学性能的变化规律。假设材料热化学反应后的热解(热氧化)生成相介质统计均匀分布,考虑了烧蚀反应产生的气孔与固体相介质之间的相互作用,预报了单向纤维增强复合材料微结构与宏观性能之间的变化关系,并进行了数值计算。研究结果表明:单向复合材料纵向杨氏模量随温度升高而衰减,并与加温速率有关,典型热防护材料的高温力学性能的理论预报与实验数据进行比较,结果吻合较好,说明理论模型正确,为防热复合材料热结构分析奠定了基础。      

有缺陷纤维增强复合材料的细观力学

本文沿着细观力学从各向同性到各向异性，从平面问题到三维问题，从线弹性到弹塑性的发展历程，对有缺陷复合材料的细观力学的主要研究领域进行了总结和评述。     

平面应力作用下复合材料的蠕变分析

本文对受平面应力作用下的复合材料的细观蠕变进行了研究,分析了纤维与基体的性能,纤维取向以及纤维体积百分含量等对复合材料蠕变性能的影响,从细观角度提出了控制复合材料蠕变的具体措施.     

钢筋混凝土柱偏心受压力学性能的细观数值研究

钢筋混凝土构件的宏观力学性能由其组分-钢筋和混凝土两部分的力学性能决定。结合混凝土细观结构形式,认为混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的复合材料,假定钢筋与混凝土之间完好粘结,基于钢筋混凝土柱偏心受压试验,建立了钢筋混凝土柱偏心受压加载下力学特性及破坏行为研究的细观尺度力学分析模型。通过对混凝土方形和矩形试件进行受压力学特性模拟,采用反演法确定了界面的力学参数,进而模拟了钢筋混凝土柱偏心受压加载下的宏观力学性能。结果表明,相比于宏观尺度模型,细观数值分析模型能够充分体现材料的非均质性,能够较好的模拟试件的宏观力学性能,并且能够细致的描述裂缝发展及试件破坏过程,与试验结果吻合良好。该文建立的细观尺度分析模型与方法,为钢筋混凝土构件层次宏观力学非线性及其尺寸效应研究提供了理论支持。     

金属基复合材料疲劳寿命细观预测

本文以细观力学的平均场理论为基础,利用增量方法分析了金属基复合材料的疲劳性能,在每个增量过程把基体看作各向异性弹性材料来处理。首先利用数值方法求得了任意椭球夹杂在各向异性基体中的Eshelby张量,然后利用Mori-Tanaka平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系。应用上述方法和基体的塑性混合强化模型及基体的疲劳寿命关系,本文分析了SiC/Al金属基复合材料的疲劳性能与微观结构的联系,并对复合材料的低周疲劳寿命进行预测。分析和预测结果和文献的实验相符合。      

SMA长纤维增强弹塑性基体复合材料的力学性能

本文从作者建立的SMA本构模型出发,推导出增量型的SMA本构关系;借助于细观力学的方法,推导出了新的长纤维SMA复合材料的增量型细观本构模型;应用此模型分析了该复合材料的力学性能,得出了一些定量的结论,尤其是计算了复合材料中各相的残余应力的变化,这对智能复合材料的设计提供了很大帮助。     

O型钢板-高阻尼黏弹性复合型消能器的力学性能试验与分析

提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器,阐述了其构造形式和工作机理,对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明：复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线;其力学性能稳定,受加载频率影响较小;该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点,小变形时,黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用,O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度,大变形时,二者共同耗能;相比单一类型的消能器,该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备;采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

粘弹性耗能器的性能试验研究

本文根据土木工程的特点和要求,选用三种国产粘弹性材料制作相应的耗能器,分别进行了变频、变温、变应变、常温与低温疲劳及极限变形等大量试验,研究了这些材料的主要性能指标—剪切模量、耗能因子的变化规律,分析了频率、温度、应变和疲劳效应等因素对粘弹性材料性能参数的影响。在此基础上,提出了粘弹性耗能器设计和制作的一些要求以及国产粘弹性材料用于土木结构减振时进一步改性的目标     

蠕变对SMC复合材料动态粘弹性能的影响

本文采用蠕变-振动实验方法,对一种 SMC 短纤维增强复合材料,考察了在不同加载时间和温度下恒载蠕变对其动态力学参量的影响,拟合了该材料的本构关系。实验结果表明:经不同时间和温度下蠕变变形后,其动态弹性模量 E 都产生不同程度的下降,其损耗因子 tgδ都呈上升趋势。随着蠕变时间的延长和温度的提高。它们的相对改变量变化越大。但在常温下动态弹性模量随蠕变时间无明显变化;在随温度上升中,损耗因子对不同的蠕变时间具有相似的变化趋势。     

防热材料高温烧蚀-相变特性的细观研究

通过高温环境下防热材料体积烧蚀机理的分析,利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了材料烧蚀-相变特性和热力学性能变化规律。假设材料热化学反应后热解生成相介质统计均匀分布,考虑了热解反应产生的气孔与固体相介质之间的相互作用,预报了不同基体材料弹性模量随温度、加温速率之间的变化关系,并与实验结果对照,吻合较好。     

无收缩共聚环氧树脂的力学性能

对纯环氧树脂及其与膨胀性单体 NSOC 共聚得的收缩、或等密度、或膨胀的共聚环氧树脂试样作了应力-应变实验和动态力学试验。由于 NSOC 的引入,树脂的强度和玻璃化温度均下降,表明分子链结构对性能的影响超过聚合时体积膨胀引起的效应。     

粘弹性材料的ADF模型研究

采用GA-BFGS混合遗传算法建立了一套确定粘弹性模型参数的方法,对ADF模型进行参数拟合,并与标准流变模型,GHM模型及试验结果进行了比较。基于ADF模型的本构方程和控制方程,建立了粘弹性自由层阻尼悬臂梁的有限元方程。算例表明,本文确定模型参数的方法是有效的;同时通过对自由层悬臂梁的有限元模态分析,表明ADF模型在描述粘弹性材料本构关系中具有结构简单,计算精确,方便和有限元相结合的特点。     

具有几何和物理非线性粘弹性梁的混沌运动

建立了描述具有几何和物理非线性均匀梁动力学行为的偏微分－积分方程,梁的材料满足Leaderman非线性本构关系。对于两端简支的情形,采用Galerkin方法简化为常微分－积分方程;然后通过引进附加变量的方法进一步简化为常微分方程;最后利用相平面图、功率谱和Lyapunov指数等非线性动力学中的数值方法识别梁的动力学行为。结果表明梁的运动呈现混沌性态。     

新型旋转放大式黏弹性阻尼器性能试验研究

该文提出了一种新型旋转放大式黏弹性阻尼器,该阻尼器利用杠杆原理将梁柱节点处相对较小的转角变形成倍放大.通过放大转角变形,充分发挥阻尼器的耗能能力,可实现更理想的减震控制效果.介绍了阻尼器的基本构造及工作原理,并加工制作了实物模型;进而对其进行频率相关性、变形相关性以及疲劳性能加载试验,探究其最大阻尼力、等效剪切刚度、每...