多夹杂问题的分步格式

提出了一种计算复合材料有效性能的分步格式, 用以解决高体分比和多夹杂复合材料的有效性能计算。对于多类夹杂问题, 模型分步处理每一类夹杂, 并分步计算复合材料的有效性能。给出了多夹杂复合材料性能的数值计算结果。数值结果与实验数据符合很好。研究表明, 对于二元复合材料, 现有的分步格式能够很好地处理接近于1的高体分比夹杂问题, 其结果与微分法的结果基本相同, 分步格式能够有效地处理具有不同形状和尺寸的多类夹杂问题。      

中空纳米夹杂填充复合材料的反平面问题

研究了中空纳米夹杂填充复合材料的反平面问题。基于Gurtin-Murdoch表/界面理论和广义自洽方法, 给出了考虑夹杂界面效应时空隙-夹杂-基体-等效介质模型的全场精确解, 并推导了中空纳米夹杂填充复合材料有效反平面剪切模量的闭合形式解。由本文结果的特殊情形, 可以得到一系列有意义的解。数值结果表明: 中空夹杂的尺寸在纳米量级时, 复合材料的有效反平面剪切模量受表/界面效应影响显著; 表/界面效应的影响随着夹杂尺寸的增大而逐渐减弱; 当中空纳米夹杂的体积分数和外半径一定时, 壁厚越薄其表/界面效应越大; 在相同的夹杂外半径下, 中空纳米夹杂填充复合材料的表/界面效应比实心纳米夹杂填充复合材料更加明显; 无量纲反平面剪切模量受夹杂的表/界面性能和刚度影响显著, 过高的夹杂刚度使得表/界面效应的影响变弱。      

含球夹杂复合材料的力学性能分析

对于复合材料的有效弹性模量,Eshelby[1]的等效夹杂法和Budians-ky和Wu[3]的自相似法仅仅考虑了夹杂的形状及基体和夹杂的力学性能,而忽略了夹杂的大小和相互作用。本文认为当复合材料的夹杂体积分数增大时,夹杂之间的相互作用影响是比较显着的。基于这一事实,本文在考虑夹杂的形状,大小,分布和相互作用前提下推导了材料的有效弹性模量。最后,本文给出了夹杂分布和基体泊松比对复合材料有效弹性模量的影响,并且部分结果与实验进行了比较。从比较的结果来看,本文的结果与实验值吻合的很好。      

N—层涂层夹杂体体复合材料有效模量显示表达

利用Ｇｒｅｅｎ函数及积分方程技术,在夹杂应变均匀的近似假定下,将Ｈｉｌｌ界面条件应用于整个二相体内,从而得到一种可以预报任意椭球夹杂体复合材料有效模量的广义自洽Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法。采用一种逐步渐进的均匀化技术将该模型推广至Ｎ层涂层夹杂问题,得到了Ｎ层涂层夹杂体复合材料的表达。与有的实验和理论结果比较表明,本文模型准确可靠,便于应用。同时本文还证实,采用夹杂均匀应变假定并利用Ｈｉｌｌ界面条件     

N-层涂层夹杂体复合材料有效模量显示表达

利用Green函数及积分方程技术,在夹杂应变均匀的近似假定下,将Hill界面条件应用于整个二相体内,从而得到一种可以预报任意椭球夹杂体复合材料有效模量的广义自洽Mori-Tanaka方法.采用一种逐步渐进的均匀化技术将该模型推广至N层涂层夹杂问题,得到了N层涂层夹杂体复合材料的显式表达.与有的实验和理论结果比较表明,本文模型准确可靠,便于应用.同时本文还证实,采用夹杂均匀应变假定并利用Hill界面条件于两相体内可导出Mori-Tanaka平均场近似.     

集中载荷作用下弹性平面刚性夹杂的形状优化

当夹杂的弹性模量比基体的弹性模量大得多时,可将其看成刚性夹杂。对于这类硬夹杂与软基体的复合材料,采用复变函数方法中的保角映射技术和推广的 Schwarz 延拓原理,并结合对复应力函数的奇性主部分析,导出了焊接任意形状刚性夹杂的全场基本奇异解,求解了集中力与集中力偶作用下弹性平面刚性夹杂的形状优化问题,描绘出了夹杂界面应力最大值、界面主应力最大值随夹杂形状的变化规律,精确地定位出了界面应力最大值、界面主应力最大值的作用位置。通过对这些不同形状夹杂的界面主应力最大值的比较,确定了夹杂的最优形状。     

考虑夹杂间相互影响的弱界面颗粒复合材料等效模量预测的一般细观力学方法

基于Ju和Chen提出的颗粒增强复合材料的一般细观力学方法,采用Qu给出的一阶近似修正的Eshelby张量,本文建立了考虑夹杂之间相互影响的含任意分布弱界面颗粒增强多相复合材料等效模量预测的一般细观力学方法,通过体积均匀化方法得到了一组细观力学本构方程。分别推导了忽略夹杂之间相互影响的弱界面多相复合材料宏观模量表达式以及考虑夹杂之间相互影响的弱界面两相复合材料的宏观模量表达式。此外,还给出了几种特殊复合材料体系在考虑界面弱化下的宏观等效性能参数的解析表达式,在界面粘结完好的假设下,给出的表达式均可以退化成经典的细观力学预测结果。在考虑夹杂之间相互影响的情况下,本文预测结果与实验数据吻合很好,验证了模型的有效性。     

复合材料的椭圆夹杂模型线性温变问题的界面热应力分析

利用处理平面多连通域热弹性问题的一种有效方法,获得了椭圆夹杂模型线性温变问题的热弹性场解答,并讨论了夹杂和基体材料的热膨胀系数、热传导系数以及剪切模量对界面热应力的影响规律,所获得的结论为增强复合材料的设计与应用提供了有价值的参考依据.     

模拟纤维增强复合材料的相似子域边界元法

根据夹杂相积分区域的相似性,提出了相似子域边界元法求解方案。把含随机分布夹杂相的固体归结为对一个含有内边界条件复连通域问题的求解,与传统的有限元和边界元分域解法相比,显著地提高了计算效率。应用相似子域边界元法,对含有随机分布圆形和椭圆形夹杂相的固体材料进行了大量数值计算,并把夹杂相与基体材料之间从理想粘结扩展到带有界面层的情况。这些计算为相应纤维增强复合材料宏观等效力学特性研究提供了有效的数值模拟方法。      

求解具有弱界面的复合材料有效性能的近似模型与边界元法

基于中间层模型, 建立了用于描述具有弱界面的多夹杂复合材料的三层嵌入式模型。首先, 给出了计算多夹杂复合材料有效性能的公式, 随后将三层嵌入式模型分成两种体系得到了相应的细观力学近似方法。此外, 针对中间层模型进一步给出了快速多极边界元的基本列式。最后, 通过算例验证所提出的两种方法的正确性及有效性, 并进一步考察了界面性能对复合材料整体宏观性能的影响。比较结果发现, 细观力学近似模型形式简单, 易于编程计算, 适用于快速预测具有弱界面的复合材料有效弹性性能。而数值算法能够快速有效直观的考察复合材料内部受弱界面影响后的应力分布。算例分析结果表明, 当中间层厚度较大而弹性模量较低时, 会使得夹杂不再具有增强效果。并且, 随着中间层厚度的增加, 基体内承担的最大应力也随之增加, 从而容易导致复合材料在界面处产生破坏。     

在轴向应力状态下含有扁长椭球形增强物复合材料的平均弹塑性过程

研究了在轴向应力状态下,含有扁长椭球形增强物复合材料的弹塑性过程,进一步提出了判断在屈服点处是基体首先屈服还是增强材料首先屈服的判断基准,寻找到了材料整体的屈服应力与增强材料或基体屈服应力的关系。在本研究中所涉及的材料其基体和增强材料均为理想的各向同性材料,增强材料为扁长椭球体,其体积相对于基体是非常地小并与基体紧密相联。明确地得到了基体或增强材料首先屈服时所对应     

在轴向应力状态下含有扁长椭球形增强物复合材料的平均弹塑性过程

研究了在轴向应力状态下,含有扁长椭球形增强物复合材料的弹塑性过程,进一步提出了判断在屈服点处是基体首先屈服还是增强材料首先屈服的判断基准,寻找到了材料整体的屈服应力与增强材料或基体屈服应力的关系。在本研究中所涉及的材料其基体和增强材料均为理想的各向同性材料,增强材料为扁长椭球体,其体积相对于基体是非常地小并与基体紧密相联。明确地得到了基体或增强材料首先屈服时所对应      

含有扁长椭球形增强物复合材料的弹性常数

研究了含有扁长椭球形增强物复合材料的弹性过程并得到了材料整体的弹性常数.当材料基体和增强材料均为各向同性材料,增强材料的体积相对于基体非常地小并与基体紧密相联时,含有扁长椭球形增强物的材料具有各向异性,提高这种材料的杨氏模量是以牺牲剪切模量为代价的.     

树脂基材料的高温烧蚀变形

通过对树脂基材料高温热解反应过程中热化学烧蚀机理的分析,利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了材料高温烧蚀相变特性和热变形行为。假设材料体积烧蚀后,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,预报了不同树脂基材料热膨胀系数与温度、加温速率之间的变化关系。与实验结果对照,吻合较好。     

晶须增强金属基复合材料的包辛格效应

本文利用自行改进的等效夹杂理论研究了晶须增强金属基复合材料的包辛格效应,讨论了加载次序和晶须含量的影响.所得理论可以从数值上模拟材料的包辛格效应.     

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。     

Effects of inclusion on the creep rate of piezoelectric films

This paper presents an analytical method to study the effect of inclusions in piezoelectric materials on the creep rate. The driven force for the creep rate of piezoelectric materials with inclusion is from diffusional mass transport along the inclusion interface. The results show that the creep rate of piezoelectric materials containing the rigid inclusion with the shape parameter m = 0.8 appears at the minimum, and the effect of inclusion volume fraction on the creep rate of piezoelectric materials with soft inclusion becomes the smaller and smaller, as the stiffness of soft inclusion decreases. Thus, the effect of inclusion on creep characteristics can be improved by controlling the material property, the sizes, shapes, and volume ratio of inclusions.     

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。      

双周期电磁弹性纤维增强复合材料的纵向剪切问题

利用等效夹杂法并结合双 (准) 周期解析函数理论,为双周期电磁弹性圆截面纤维复合材料的纵向剪切问题发展了实用有效的解析方法,获得了全场的级数解,给出了应力、电位移和磁感应强度的显式结果。利用数值算例讨论了该类非均匀材料微结构对其电磁弹性性能的影响。本文方法为电磁弹性复合材料的性能分析和微结构设计提供了一个实用有效的计算工具。      

EFFECT OF NON-METALLIC INCLUSIONS ON CORROSION FATIGUE RESISTANCE OF P/M DUPLEX STAINLESS STEELS

Abstract— The effect of non-metallic inclusions on high-cycle fatigue resistance of powder metallurgically (P/M) fabricated and hot isostatically pressed (HIP) duplex stainless steels (DSSs) was investigated with axial fatigue test specimens in a chloride and sulphate containing aqueous solution at room temperature. The inclusion content of the studied materials was analysed with bulk oxygen content measurements as well as with optical and digital inclusion analysis methods. Fatigue crack initiation was observed to take place at material defects, i.e., on contaminated prior powder-particle boundaries or, especially, at oxide inclusions. Localised corrosion was not noticed at the initiation sites. Material defects had an especially pronounced effect on fatigue properties, when the stress ratio was R =0, but their effect decreased, when the calculated stress intensity factor was reduced below a certain value. Moreover, the change of the stress ratio from R =0 to R =-1 decreased the difference in high-cycle corrosion fatigue properties between P/M-HIP DSSs with different inclusion contents.