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连续纤维增强复合材料的统一弹-塑性本构理论--桥联模型

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登记号:G20200454

所属行业:科学研究和技术服务业

学科分类:力学;

关键词: 复合材料 本构关系 细观力学 弹-塑性性能

绿色分类:其他资源效率提升;

  • 基本信息
成果名称: 连续纤维增强复合材料的统一弹-塑性本构理论--桥联模型
成果登记号: G20200454 学科分类: 力学;
绿色分类: 其他资源效率提升; 项目关键词: 复合材料  本构关系  细观力学  弹-塑性性能  
推荐单位:

同济大学

成果所处阶段: 成熟应用阶段
合作方式: 合资合作,面洽, 成果所属行业: 科学研究和技术服务业
国家/地区: 中国 知识产权: 学术成果
简介: 点击查看

项目属于固体力学基础领域。    材料的本构关系,是固体力学研究的基石。添加纤维后的复合材料呈现各向异性,使得其塑性/非线性本构理论的建立面临极大挑战。一个基本要求是协调性,即当纤维消失或纤维性能变得与基体性能相同时,复合材料的本构方程必须要能退化到某个经典理论给出的各向同性基体材料的本构方程。现有宏观力学的非线性本构理论一般不满足协调性;细观力学的非线性本构理论,如自洽或广义自洽法、Mori-Tanaka方法等,一般都依赖Eshelby张量,虽能满足协调性,但基体进入塑性后的Eshelby张量无显式,导致复合材料的非线性本构方程极为复杂。本项目对统一的复合材料弹-塑性解析本构理论开展了研究,将纤维与基体内应力通过桥联矩阵相连,创建了普适的桥联模型。主要发现点如下:1.开创了桥联矩阵的崭新确定原则,即因变量须满足复合材料柔度矩阵的对称性和内应力计算的一致性,自变量则展开成纤维和基体性能的幂级数,进入塑性后,只需改变幂级数中的纤维或基体性能参数即可。由此建立的桥联模型,成为唯一(天生)满足内应力计算一致性的本构理论,对弹-塑性响应统一适用,并且塑性阶段的本构方程几乎与弹性阶段的本构方程一样简洁。不满足一致性的理论需基于三维本构方程求纤维和基体内应力,即使复合材料仅受单向载荷作用亦如此,与根据二维本构方程的计算量相比,增加一个数量级。2.揭示了精确解基础上的本构模型并非更有效,基于数学归纳、逻辑推理和物理抽象创建的桥联模型,虽与传统细观力学精确解得到的本构模型有异,但经典的各向同性材料本构模型如Hooke定律等都不是精确的,都是基于数学归纳、逻辑推理与物理抽象创建的,因为精确解的适用对象受限。3.建立了复杂应力状态下的拉、压判据,实现了对针织、机织、编织等纺织复合材料的破坏与强度预测。本项目7篇代表作SCI-E他引294次、代表作总他引495次。理论是否正确和有效,还须经过他人的独立应用检验方可证实。澳大利亚工程院士Mouritz等人采用两种方案,将包括桥联模型的细观力学理论计算值与实验值对比后指出:“两种评估方案都证实黄的桥联模型总体精度最高”(With both

evaluation methods Huang’s bridging method provides the best overall agreement

with the reported quasi-static composite material properties);全球风电基材领军企业浙江恒石纤维基业有限公司将本项目理论用于指导其新产品开发;迄今不完全统计,国内外其他学者独立应用桥联模型理论公式,研究解决各种复合材料科学与技术问题所公开发表的学术论文已达163篇,其中123篇为期刊论文,40篇为9个国家的博士硕士论文。这表明,桥联模型的正确性和有效性已得到国内外公认。


姓名: 黄争鸣 性别:
出生日期: 2020-05-27 职务:
国籍(地区): 中国 联系地址: 上海市四平路1239号行政北楼320室
电子邮件: chengky@tongji.edu.cn
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