预拉脆性岩石动态直接拉伸断裂的宏细观力学模型

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作者 李晓照 闫怀蔚 +1 位作者 李连杰 戚承志 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期217-227,237,共12页

预拉应力作用下脆性岩石的动态直接拉伸破坏力学特性,对于深部岩石工程的安全稳定性评价具有重要意义。然而,由于预拉岩石的动力直接拉伸试验条件较为苛刻,该方面的试验研究相对欠缺,关于宏-细观力学机制的理论研究更是缺乏。基于准静... 预拉应力作用下脆性岩石的动态直接拉伸破坏力学特性,对于深部岩石工程的安全稳定性评价具有重要意义。然而,由于预拉岩石的动力直接拉伸试验条件较为苛刻,该方面的试验研究相对欠缺,关于宏-细观力学机制的理论研究更是缺乏。基于准静态直接拉伸荷载作用下的翼型裂纹扩展模型、准静态与动态断裂韧度关系模型、动静耦合的应变率与应变关系函数,通过引入与预拉应力相关的断裂韧度修正参数λ,提出了一个脆性岩石在预拉伸作用下动态直接拉伸破坏的本构关系模型,建立了预拉岩石动态断裂韧度增强效应与动态直接拉伸强度提升之间的联系。当预拉应力小于岩石内部裂纹启裂应力时,预拉应力的增大强化了脆性岩石的动态直接拉伸强度。通过比较轴向预拉应力σ_(1pre)与裂纹启裂应力σ_(1ci)的大小关系,将预拉岩石动态直接拉伸断裂本构关系分为3种工况。重点分析了预拉应力对脆性岩石力学特性影响,讨论了岩石初始状态参数(初始损伤、裂纹初始尺寸、角度)对预拉岩石力学特性影响。研究结果为深部地下工程施工与设计提供一定理论参考。 展开更多

关键词 脆性岩石 预拉应力 动态直接拉伸 本构关系 宏细观力学模型

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干湿循环脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型 被引量：2

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作者 李晓照 车行 +1 位作者 李海峰 戚承志 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1906-1916,2049,共12页

针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷... 针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷载作用的宏细观力学关系模型非常欠缺。基于断裂力学理论方法,结合干湿循环试验研究方法,提出了一种干湿循环条件下脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型。该模型是在考虑了干湿循环次数n与含水率ω对断裂韧度K_(IC)和初始损伤因子D_(0)综合影响的基础上,结合岩石初始细观裂纹损伤与裂纹断裂韧度的直接拉伸细观裂纹扩展力学模型建立的。对比分析抗拉强度、裂纹扩展极限长度l_(lim)、弹性模量、岩石劣化损伤的理论与试验结果,验证了模型的合理性。讨论了初始裂纹倾角φ、材料常数β等参数影响下,裂纹启裂应力及峰值应力随干湿循环次数n的变化规律。对比分析了干湿循环和单独含水条件对岩石劣化度力学特性的影响。 展开更多

关键词 脆性岩石 干湿循环 直接拉伸 断裂 宏细观力学模型

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脆性岩石渐进及蠕变失效特性宏细观力学模型研究 被引量：12

3

作者 李晓照 邵珠山 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1391-1398,共8页

压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展... 压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展关系及裂纹扩张演化法则,并结合宏细观损伤定义之间的关系,提出了一个新的宏细观力学模型,推出了岩石完整的应力–应变关系与蠕变理论表达式。分析了围压对岩石的应力–应变关系的影响。研究了岩石内部初始微裂纹尺寸及裂纹间摩擦系数对应力应变关系及岩石强度的影响。并给出了不同围压下岩石裂纹初始应力与峰值应力,其对蠕变实验中的施加应力初始值选取提供了一定参考。然后,研究了恒定围压、轴压分级加载应力路径下的岩石蠕变应变及应变率变化趋势。通过试验结果验证了理论模型的合理性。进而,对压应力作用下细观裂纹扩展对岩石力学特性影响的理解提供了一定的理论参考。 展开更多

关键词 宏细观力学模型 应力-应变关系 蠕变 断裂 损伤

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纤维断裂引起层合板多向刚度减缩的细观力学模型 被引量：8

4

作者 姚卫星 翟洪军 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期413-417,共5页

研究了纤维断裂对连续纤维增强树脂基复合材料刚度的影响 ,建立了分析这种影响的细观力学模型 ,给出了描述纤维断裂引起的单向板四个弹性常数减缩的表达式。分析结果表明 :在纤维断裂为主要损伤控制模式阶段 。

关键词 复合材料 纤维断裂 细观力学模型 刚度

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M-型皱褶芯材弹性常数的细观力学模型 被引量：3

5

作者 王志瑾 徐庆华 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期449-453,共5页

研究了皱褶芯材的几何特征和承力特性 ,给出了其当量弹性常数求解的细观力学模型。该模型采用材料力学的方法推导出了 M-型皱褶芯材的当量密度ρ、当量线弹性模量Εz 和当量剪切模量 Gyz。

关键词 皱褶芯材 弹性常数 细观力学模型 当量密度

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密质骨的滑动界面细观力学模型 被引量：1

6

作者 刚芹果 张丽萍 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 1999年第2期118-121,共4页

本文将粘合线作为骨单元和间板之间的粘弹性界面，建立了密质骨的细观力学模型，并给出了该模型在沿骨的轴线方向载荷作用下的应力响应和某些密质骨的宏观等效模量。还发现骨单元和间板的泊松比之差对密质骨的等效模量和内部横向应力的... 本文将粘合线作为骨单元和间板之间的粘弹性界面，建立了密质骨的细观力学模型，并给出了该模型在沿骨的轴线方向载荷作用下的应力响应和某些密质骨的宏观等效模量。还发现骨单元和间板的泊松比之差对密质骨的等效模量和内部横向应力的分布具有重要影响。 展开更多

关键词 密质骨 滑动界面 细观力学模型

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T700/QY8911缝合复合材料细观力学模型研究 被引量：1

7

作者 徐建新 曹启武 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第21期57-62,共6页

建立了两种缝合复合材料单层细观力学几何模型。通过考虑缝线引起面内纤维弯曲角度的梯度渐变分布和纤维弯曲区域宽度的范围,以T700/QY8911缝合复合材料为例,用细观力学方法和数值积分方法分别计算了两种模型的弹性常数和拉伸强度。计... 建立了两种缝合复合材料单层细观力学几何模型。通过考虑缝线引起面内纤维弯曲角度的梯度渐变分布和纤维弯曲区域宽度的范围,以T700/QY8911缝合复合材料为例,用细观力学方法和数值积分方法分别计算了两种模型的弹性常数和拉伸强度。计算及试验结果表明,缝合引起的面内纤维弯曲变形导致了复合材料纵向弹性常数下降;无论增强纤维最大弯曲变形程度为何值,当纤维弯曲区域宽度越小,纤维弯曲区域宽度对纵向弹性模量的影响越大;即缝线引起纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲变形比纤维全部发生弯曲变形得到的结果更准确。 展开更多

关键词 缝合复合材料 纤维梯度弯曲 弹性常数 细观力学模型

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塑性细观力学模型的比较分析 被引量：4

8

作者 田峰 胡更开 杨改英 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 1996年第5期477-482,共6页

对塑性细观力学模型的割线模量法、各向同性化的切线模量法、各向异性化的切线模量法和弹性约束法的适用性及预测结果进行了分析比较表明，在变形较小的情况下各向异性化的切线模量法能较好地预测复合材料的拉伸和循环硬化性能，各向同... 对塑性细观力学模型的割线模量法、各向同性化的切线模量法、各向异性化的切线模量法和弹性约束法的适用性及预测结果进行了分析比较表明，在变形较小的情况下各向异性化的切线模量法能较好地预测复合材料的拉伸和循环硬化性能，各向同性化的切线模量法和割线模量法较适用于对单向拉伸的预测，而弹性约束法的预测则偏高． 展开更多

关键词 复合材料 循环硬化 细观力学模型

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缝合复合材料弹性常数细观力学模型的分析比较 被引量：5

9

作者 于芳 燕瑛 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期36-39,共4页

对近几年来公开发表的缝合复合材料弹性常数的细观力学模型进行了分析比较。通过计算对比了铺层纤维面内弯折、正弦波状弯曲、多项式描述纤维弯曲三个典型的缝合复合材料弹性常数的细观力学分析模型。结果表明,采用面内纤维弯折假设的... 对近几年来公开发表的缝合复合材料弹性常数的细观力学模型进行了分析比较。通过计算对比了铺层纤维面内弯折、正弦波状弯曲、多项式描述纤维弯曲三个典型的缝合复合材料弹性常数的细观力学分析模型。结果表明,采用面内纤维弯折假设的弹性常数分析模型对缝纫参数的改变不敏感;采用面内纤维弯曲假设的模型对缝纫参数改变敏感,不同模型得到的弹性常数随缝纫参数变化趋势几乎是相同的。但是,假设纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲比假设纤维全部发生弯曲得到的结论更合理。 展开更多

关键词 缝合复合材料 弹性常数 细观力学模型

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纤维增强复合材料宏观与细观统一的细观力学模型 被引量：6

10

作者 刘波 雷友锋 宋迎东 《航空发动机》 2007年第3期45-49,24,共6页

研究了复合材料宏观、细观特征之间的联系,将宏观复合材料体中的1点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设,建立了1种细观力学模型,用模型中高阶多项式函数模拟基体和增强相中的细观位移场;通过对细观单元力学方程的分析与求解,... 研究了复合材料宏观、细观特征之间的联系,将宏观复合材料体中的1点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设,建立了1种细观力学模型,用模型中高阶多项式函数模拟基体和增强相中的细观位移场;通过对细观单元力学方程的分析与求解,建立了复合材料宏观、细观力学变量之间的联系。该细观力学模型,不仅能用于复合材料宏观有效性能的预测及细观应力、应变场的分析,而且能够很容易地融入常规有限元法中,实现对复合材料结构的宏观、细观一体化分析。以该细观力学模型为基础的计算结果与部分文献中的试验结果及理论计算值具有较好的一致性。 展开更多

关键词 复合材料 细观力学模型 有效性能 代表性体积元 细观单元

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松质骨的细观力学模型 被引量：1

11

作者 刚芹果 河北大学 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 1999年第3期152-155,共4页

本文假设骨小梁为各向同性体，采用纤维张量描述骨小梁的结构，给出了松质骨的弹性系数与纤维张量和骨小梁弹性系数之间的关系。从而为进一步研究松质骨的力学行为奠定了理论基础。

关键词 松质骨 纤维张量 骨小梁 细观力学模型

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复合固体推进剂细观力学性能模拟研究进展 被引量：1

12

作者 韩若寒 付小龙 +2 位作者 蔚红建 石拉 刘瀚文 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期290-300,共11页

阐述了近年来国内外复合固体推进剂细观力学性能模拟的研究进展,分别从复合固体推进剂细观模型建立和数值模拟分析2个角度分别研究复合固体推进剂的宏观力学性能。介绍了复合固体推进剂细观模型建立的几种方法以及先进的数值模拟技术,... 阐述了近年来国内外复合固体推进剂细观力学性能模拟的研究进展,分别从复合固体推进剂细观模型建立和数值模拟分析2个角度分别研究复合固体推进剂的宏观力学性能。介绍了复合固体推进剂细观模型建立的几种方法以及先进的数值模拟技术,综述了机器学习在复合推进剂细观力学性能研究中的应用,并结合当前研究动态和相关技术的进展,对该领域的未来进行展望。分析认为,在细观模型建立方面,分子动力学实现三维RVE计算模型是难点,重点关注含内部损伤的细观本构模型,克服推进剂小变形的不足;在细观尺度数值模拟计算方面,建议在充分包含的细观组成和计算资源成本之间取得平衡,进一步发展能够兼顾计算效率和准确度的复合固体推进剂细观尺度的模拟计算方法。 展开更多

关键词 复合固体推进剂 力学性能 细观力学模型 有限元 数字图像处理 机器学习

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深部硬岩脆-延性转化行为的细观损伤模型 被引量：2

13

作者 胡坤 赵伦洋 +2 位作者 李鹏飞 刘思利 陈曦 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期11-20,共10页

既有试验研究表明,在压缩荷载作用下,围压对低孔隙率硬岩的强度、破坏模式、剪胀性等具有重要影响。在围压不断增大的条件下,硬岩的破坏特性将呈现由脆性向延性转变的趋势。本文基于细观力学方法分析硬岩的脆-延性破坏机理,探究脆-延性... 既有试验研究表明,在压缩荷载作用下,围压对低孔隙率硬岩的强度、破坏模式、剪胀性等具有重要影响。在围压不断增大的条件下,硬岩的破坏特性将呈现由脆性向延性转变的趋势。本文基于细观力学方法分析硬岩的脆-延性破坏机理,探究脆-延性转化过程中非弹性变形、损伤与围压的定量关系,继而构建细观损伤力学模型以描述深部硬岩在不同压缩荷载作用下的脆-延性转化力学行为。为了验证所构建模型的合理性和有效性,通过UMAT子程序将其嵌入有限元软件Abaqus模拟低孔隙率砂岩(围压10~120 MPa)和Tavel石灰岩(围压10~150 MPa)在常规三轴加载下的力学行为。对比发现,数值模拟结果与试验数据具有较好的一致性,说明细观损伤力学模型能够较好地捕捉硬岩随着围压增加表现出的从脆性到延性转化的力学特性,也初步表明基于细观力学的分析方法可以为解译深部岩石的力学行为提供理论支撑。 展开更多

关键词 脆性-延性转化 围压效应 摩擦滑移 损伤临界值 细观力学模型

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混凝土力学性能及其细观力学机理研究综述 被引量：15

14

作者 单智 方联民 高晶 《混凝土》 CAS 北大核心 2015年第7期11-17,共7页

介绍了混凝土宏细观力学性能及细观力学机理研究现状,总结了混凝土细观力学机理研究的不足之处,提出了混凝土力学性能与力学机理的"宏细统一,拉压同质,压拱拉裂"的研究思路与力学模型。此研究思路与力学模型,有可能较好地统... 介绍了混凝土宏细观力学性能及细观力学机理研究现状,总结了混凝土细观力学机理研究的不足之处,提出了混凝土力学性能与力学机理的"宏细统一,拉压同质,压拱拉裂"的研究思路与力学模型。此研究思路与力学模型,有可能较好地统一混凝土宏观非线性力学行为与细观损伤演化过程,较好地解释混凝土在拉压应力、拉压循环应力等状态下力学行为的细观损伤机理(本质)。 展开更多

关键词 混凝土 宏观力学 细观力学 细观力学模型

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地下结构混凝土微胶囊自修复法及力学模型 被引量：3

15

作者 周帅 朱合华 +1 位作者 闫治国 朱建文 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1467-1472,共6页

由于受到外环境和内环境的共同作用,地铁隧道结构的劣化现象是不可避免的,且用常规方法难以修复.而微胶囊自修复混凝土为地铁隧道结构的修复提供了新的方法,它能够智能、大范围地修复细微裂缝,且对结构造成的初始损伤较小.为此,提出了... 由于受到外环境和内环境的共同作用,地铁隧道结构的劣化现象是不可避免的,且用常规方法难以修复.而微胶囊自修复混凝土为地铁隧道结构的修复提供了新的方法,它能够智能、大范围地修复细微裂缝,且对结构造成的初始损伤较小.为此,提出了基于泰勒弹性损伤模型的受拉荷载下地下结构微胶囊自修复混凝土的二维自修复细观力学模型,建立了损伤修复演化方程,给出了修复后柔度的求解公式.微胶囊自修复水泥的试验与数值对比分析表明,该模型不仅能够模拟地下结构微胶囊自修复混凝土的损伤修复现象,而且具有较好的计算精度. 展开更多

关键词 地铁隧道 微胶囊自修复混凝土 二维 受拉荷载 自修复细观力学模型

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颗粒增强橡胶细观力学性能二维数值模拟 被引量：7

16

作者 李庆 杨晓翔 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期607-612,633,共6页

在细观层次上建立了具有随机分布形态的代表性体积单元,通过细观力学有限元方法对炭黑颗粒填充橡胶复合材料的宏观力学性能进行了研究。采用二维平面应变模型进行单轴压缩模拟仿真,通过施加周期边界条件保证了代表性体积单元变形场的协... 在细观层次上建立了具有随机分布形态的代表性体积单元,通过细观力学有限元方法对炭黑颗粒填充橡胶复合材料的宏观力学性能进行了研究。采用二维平面应变模型进行单轴压缩模拟仿真,通过施加周期边界条件保证了代表性体积单元变形场的协调性。重点研究讨论了颗粒的随机分布形态和粒径大小、刚度、体积分数对复合材料宏观应力-应变关系曲线和有效弹性模量的影响。结果表明:炭黑颗粒的填充显著提升了橡胶材料的刚度,在炭黑含量Vf=0.2513时,复合材料的有效弹性模量值高于橡胶初始模量值的2倍;复合材料的有效弹性模量随颗粒所占体积分数的增加而增大。 展开更多

关键词 橡胶复合材料 炭黑颗粒 细观力学模型 代表体积单元 随机分布

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新型热塑性复合材料细观力学与宏观性能的研究 被引量：2

17

作者 刘文博 王荣国 +1 位作者 矫维成 谢怀勤 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第10期46-49,共4页

碳纤维增强杂萘联苯聚醚酮 (CF/ PPEK)和碳纤维增强杂萘联苯聚醚砜 (CF/ PPES)是一种新型高性能热塑性复合材料 ,制备方法和力学性能的研究是使其得到广泛应用的基础。本工作研究了两种复合材料的预浸热压成型工艺 ,对制备的单向复合材... 碳纤维增强杂萘联苯聚醚酮 (CF/ PPEK)和碳纤维增强杂萘联苯聚醚砜 (CF/ PPES)是一种新型高性能热塑性复合材料 ,制备方法和力学性能的研究是使其得到广泛应用的基础。本工作研究了两种复合材料的预浸热压成型工艺 ,对制备的单向复合材料进行了力学性能实验研究 ,并基于复合材料细观结构周期性假设 ,建立了一种细观力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 。 展开更多

关键词 CF/PPEK CF/PPES 力学性能 细观力学模型

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γ-TiAl基金属间化合物近γ组织强度的细观力学分析 被引量：2

18

作者 郭富安 杨军 +2 位作者 郑瑞廷 张永刚 V.Ji 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期16-19,22,共5页

通过选用不同 Al含量的 γ- Ti Al基金属间化合物及采用适当的热加工工艺及热处理工艺 ,获得了几种含有不同α2 体积含量的近 γ组织 ,采用室温拉伸试验研究 α2 相的含量对合金力学性能的影响。然后利用细观力学的方法分析了含有不同 ... 通过选用不同 Al含量的 γ- Ti Al基金属间化合物及采用适当的热加工工艺及热处理工艺 ,获得了几种含有不同α2 体积含量的近 γ组织 ,采用室温拉伸试验研究 α2 相的含量对合金力学性能的影响。然后利用细观力学的方法分析了含有不同 α2 体积含量的合金的强度随外载的变化关系。结果表明 ,α2 相的体积含量对合金的强度有较大的影响 ,所选用细观力学模型的计算结果和试验结果吻合较好 。 展开更多

关键词 Α2相 体积含量 细观力学模型 γ-钛铝基金属间合物 近γ组织 强度

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基于细观模型的纤维增强树脂基复合材料的裂纹与强度关系研究 被引量：3

19

作者 王歆 贾玉玺 +1 位作者 季忠 李红周 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期3-5,共3页

纤维增强树脂基复合材料是一类高比强度、高比刚度的结构材料。开展该材料的裂纹与强度关系研究具有重要的科学意义和工程价值。采用细观力学模型和有限元方法,分析Ⅰ型裂纹长度和裂尖位置对复合材料应力状态和应力强度因子的影响,进而... 纤维增强树脂基复合材料是一类高比强度、高比刚度的结构材料。开展该材料的裂纹与强度关系研究具有重要的科学意义和工程价值。采用细观力学模型和有限元方法,分析Ⅰ型裂纹长度和裂尖位置对复合材料应力状态和应力强度因子的影响,进而获得启裂载荷与裂纹长度和裂尖位置的关系。 展开更多

关键词 复合材料 裂纹 强度 细观力学模型 数值模拟

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基于细观力学的缠绕复合材料弹性模量的预测分析 被引量：2

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作者 付春艳 高行山 +2 位作者 王佩艳 王富生 岳珠峰 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期85-89,共5页

本文在细观力学模型的基础上,考虑到缠绕工艺,提出一种计算缠绕复合材料三维弹性模量的方法。该方法将代表单元分为层合部分和编织部分。层合部分用经典层合板理论计算刚度矩阵,编织部分采用四胞模型和均一化方法计算刚度矩阵,最后按两... 本文在细观力学模型的基础上,考虑到缠绕工艺,提出一种计算缠绕复合材料三维弹性模量的方法。该方法将代表单元分为层合部分和编织部分。层合部分用经典层合板理论计算刚度矩阵,编织部分采用四胞模型和均一化方法计算刚度矩阵,最后按两部分在代表单元中所占比例,将两部分的刚度矩阵平均化,得到代表单元的刚度矩阵。利用该方法预测了几种材料的弹性模量,并与实验结果对比,结果显示本文所提出的方法能较好地计算缠绕复合材料的弹性模量。 展开更多

关键词 缠绕复合材料 细观力学模型 均一化 弹性模量

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