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复合材料界面微观力学表征方法及界面细观力学模型研究进展

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高分子材料科学与工程 2023年第3期39卷 155-162页

作者：王静徐爽姚健任荣熊需海李令喜沈阳航空航天大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110136 辽宁鲸苇科技有限公司辽宁沈阳110000 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津300457

复合材料界面的应力传递对材料的性能有着重要的影响,对于界面相的组成、结构、使用温度及强度的研究极为重要。文中对单丝复合材料界面微观测试方法进行了归纳总结,重点介绍了微观测试方法在高温下、动态载荷加载过程中、串珠纤维表征... 详细信息

复合材料界面的应力传递对材料的性能有着重要的影响,对于界面相的组成、结构、使用温度及强度的研究极为重要。文中对单丝复合材料界面微观测试方法进行了归纳总结,重点介绍了微观测试方法在高温下、动态载荷加载过程中、串珠纤维表征、原位检测可视化等界面表征方面的研究现状,并介绍了细观力学模型在界面失效、界面增强机理等方面的研究进展。最后分析了目前研究中界面理论的缺失,并就未来的研究方向进行了合理性建议。

关键词：单丝复合材料微观力学界面表征

高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势

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硅酸盐学报 2015年第5期43卷 632-642页

作者：曹明莉许玲张聪大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料。ECC在受力过程中,由于开裂处纤维的桥联作用以及纤维与基体间传递应力时裂缝能够稳定扩展,使得ECC表现出明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。因此... 详细信息

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料。ECC在受力过程中,由于开裂处纤维的桥联作用以及纤维与基体间传递应力时裂缝能够稳定扩展,使得ECC表现出明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。因此,ECC相对于传统的纤维增强水泥基复合材料具有更好的力学性能和耐久性。本文对ECC的微观力学设计理论、基本力学性能、耐久性以及工程应用进行了综述,介绍了4种具有特殊性能的新型ECC,最后就ECC所存在的材料选取、制备工艺和测试方法等方面的不足进行了评述和展望。

关键词：高延性纤维增强水泥基复合材料微观力学应变硬化力学性能耐久性

基于热力学和微极理论考虑颗粒破碎的微观力学模型

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岩土工程学报 2015年第2期37卷 276-283页

作者：刘恩龙刘明星陈生水傅中志四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065 南京水利科学研究院江苏南京210029

颗粒破碎是自然界中常见的物理现象。高应力水平作用下堆石坝料会发生严重的颗粒破碎。基于热力学和微极理论,建立了考虑颗粒破碎的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的3个等粒径的颗粒体当作颗粒... 详细信息

颗粒破碎是自然界中常见的物理现象。高应力水平作用下堆石坝料会发生严重的颗粒破碎。基于热力学和微极理论,建立了考虑颗粒破碎的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的3个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。通过引入颗粒破碎准则,并采用均匀化理论,建立了颗粒尺度的应力–应变关系,并模拟了加载过程中颗粒破碎发生时的应力和应变。计算结果表明所提出的微观力学模型可以模拟颗粒破碎前的应力逐渐增大和破碎时的应力跌落现象。

关键词：热力学微极理论颗粒破碎微观力学破碎准则

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含天然气水合物土微观力学特性研究进展

力学学报 2021年第8期53卷 2119-2140页

作者：赵亚鹏刘乐乐孔亮刘昌岭吴能友青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 中国地质调查局青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071 青岛理工大学理学院山东青岛266033

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源... 详细信息

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提.含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映,相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义.本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结,系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式;重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点;简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展;综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析;最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战,并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展.

关键词：天然气水合物晶体微观力学数值模拟分子动力学本构模型

连续纤维增强陶瓷基复合材料微观力学研究进展

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无机材料学报 2018年第7期33卷 711-720页

作者：刘海韬杨玲伟韩爽国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 西班牙IMDEA材料研究所马德里28906

微观力学参数是构建连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)组分、微观结构和宏观力学性能的桥梁,但受限于CFRCMCs的脆性和微观力学参数测试水平,微观力学研究工作进展缓慢。随着基于纳米压痕的微观力学测试技术和基于聚焦离子束微观测试... 详细信息

微观力学参数是构建连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)组分、微观结构和宏观力学性能的桥梁,但受限于CFRCMCs的脆性和微观力学参数测试水平,微观力学研究工作进展缓慢。随着基于纳米压痕的微观力学测试技术和基于聚焦离子束微观测试样品制备技术的飞速发展,近年来CFRCMCs的微观力学研究工作取得显著进步。本文结合国防科技大学刘海韬课题组的研究工作,重点对CFRCMCs组分的原位模量、断裂韧性以及界面结合强度的测试方法和典型应用进行了讨论,最后举例说明了基于微观力学参数的CFRCMCs宏观力学行为的预判方法。

关键词：陶瓷基复合材料微观力学纳米压痕聚焦离子束综述

一个基于微观力学分析的散粒体应力–剪胀关系

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岩土工程学报 2021年第10期43卷 1816-1824页

作者：刘洋于鹏强张铎王肖肖北京科技大学土木工程系北京100083 中南建筑设计院地下空间工程技术中心湖北武汉430071

从微观力学角度出发,基于真应力张量推导了散体中平均接触力与平均接触位移的计算公式,并通过宏–微观能量守恒得到了考虑散体各向异性组构及其演化的应力–剪胀关系;详细分析了剪胀参数的物理意义及对剪胀性的影响,并与经典的剑桥流动... 详细信息

从微观力学角度出发,基于真应力张量推导了散体中平均接触力与平均接触位移的计算公式,并通过宏–微观能量守恒得到了考虑散体各向异性组构及其演化的应力–剪胀关系;详细分析了剪胀参数的物理意义及对剪胀性的影响,并与经典的剑桥流动法则、Rowe剪胀方程以及室内试验结果进行了比较分析。研究结果表明,提出的应力–剪胀关系宏微观物理意义明确,考虑了材料密实状态和微观各向异性组构及其演化对应力–剪胀关系的影响,可以很好地模拟散粒体的初始剪胀(缩)行为,并可反映峰值应力比滞后于最大剪胀比的现象。同时提出的应力–剪胀方程还可以描述材料在相变点处应力比不等于临界应力比的现象,与已有室内试验结果一致,能够较好地预测散体材料三轴条件下的各向异性应力–剪胀关系。

关键词：应力–剪胀关系微观力学组构演化能量守恒

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纳米晶材料变形行为的微观力学分析

固体力学学报 2010年第1期31卷 1-7页

作者：兰姣霞洪友士军事交通学院基础部天津300161 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190

将纳米晶材料视为包括晶粒和晶界的两相复合材料.基于能量平衡概念推导出纳米晶材料的增量本构关系.最后将本文发展的模型用于纯铜的单轴拉伸实验,讨论了晶粒大小、形状和晶粒分布的影响,并将模型预测的结果和已有的实验结果进行比较.

关键词：纳米晶材料微观力学应变能纯铜

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混凝土微观力学基础研究进展及应用展望

工程力学 2021年第4期38卷 1-7,92页

作者：胡传林李宗津王发洲武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室湖北武汉430070 澳门大学应用物理和材料工程研究所中国澳门特别行政区999078

混凝土是现代土木工程建设的基础和关键结构材料,现代工程建设的发展对混凝土性能提出新的挑战。水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化最重要的产物(约占水化产物的70%),也是混凝土中最重要的胶结性物质,起到胶结砂石骨料、发挥强度的关键作用... 详细信息

混凝土是现代土木工程建设的基础和关键结构材料,现代工程建设的发展对混凝土性能提出新的挑战。水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化最重要的产物(约占水化产物的70%),也是混凝土中最重要的胶结性物质,起到胶结砂石骨料、发挥强度的关键作用。在微观尺度上,C-S-H是一种多孔介质材料,组成结构十分复杂。因此,对C-S-H微观力学性能进行解析和设计,是认识和提高水泥基材料宏观力学性能的关键,同时也是混凝土研究领域的基础科学问题。该文旨在介绍混凝土微观力学性能表征方法、混凝土微观力学计算理论以及其在混凝土应用过程的新发现,同时展望混凝土微观力学在工程建设中的应用。

关键词：混凝土微观力学水化硅酸钙微观材料设计多尺度

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尼龙6/碳纤维微复合材料的界面微观力学

高分子学报 2010年第6期20卷 684-690页

作者：严峡龙盛如杨杰四川大学高分子科学与工程学院成都610064 四川大学材料科学技术研究所高分子材料工程国家重点实验室(四川大学) 成都610065

选用微球脱黏实验,在其基础上改进了制样方法,并分析了界面参数对界面微观力学性能的影响.结果显示,树脂微球脱黏时的力值Fmax随着纤维在树脂基体中的包埋长度le增大而以斜率k的趋势线性增大,截距为b;界面剪切强度τIF与le呈双曲线函数... 详细信息

选用微球脱黏实验,在其基础上改进了制样方法,并分析了界面参数对界面微观力学性能的影响.结果显示,树脂微球脱黏时的力值Fmax随着纤维在树脂基体中的包埋长度le增大而以斜率k的趋势线性增大,截距为b;界面剪切强度τIF与le呈双曲线函数关系,随着le增大而增大,并最终趋向于一个极限值k′.此外,还讨论了不同的界面参数,如函数Fmax(le)的斜率k,截距b值,对函数Fmax(le)和τIF(le)的曲线分布的影响,以及试样形貌对实验数据分散性的影响。

关键词：微球脱粘实验法微观力学界面微复合材料