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湿热环境对碳纳米管复合材料界面应力传递的影响

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工程力学 2006年第8期23卷 172-176页

作者：张宇驰王熙上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

基于碳纳米管的热膨胀系数及弹性模量分别为温度变化的函数,基体的热、湿膨胀系数及弹性模量分别为温度变化和湿度变化的函数,应用连续介质力学的经典弹性壳理论及传统纤维拉拔模型,分析了湿热环境对碳纳米管复合材料界面应力传递的影... 详细信息

基于碳纳米管的热膨胀系数及弹性模量分别为温度变化的函数,基体的热、湿膨胀系数及弹性模量分别为温度变化和湿度变化的函数,应用连续介质力学的经典弹性壳理论及传统纤维拉拔模型,分析了湿热环境对碳纳米管复合材料界面应力传递的影响。数值计算表明,湿度、温度的效应及碳纳米管的层数等参数对界面应力的传递均有显著影响。

关键词：碳纳米管复合材料界面应力传递湿热环境纤维拉拔膨胀系数

纤维增强橡胶复合材料界面力学性能有限元分析

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力学季刊 2021年第2期42卷 253-262页

作者：刘霞焦文祥杨晓翔福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108 内蒙古自治区特种设备检验研究院赤峰分院内蒙古赤峰024000

基于剪滞理论,引入双线性内聚力模型研究了纤维与基体界面应力传递机理.采用ABAQUS模拟了非理想界面在单纤维拔出过程中的脱粘失效,分析了不同脱粘阶段界面剪应力分布情况,以及界面刚度和纤维长径比对界面应力传递和拔出载荷的影响规律... 详细信息

基于剪滞理论,引入双线性内聚力模型研究了纤维与基体界面应力传递机理.采用ABAQUS模拟了非理想界面在单纤维拔出过程中的脱粘失效,分析了不同脱粘阶段界面剪应力分布情况,以及界面刚度和纤维长径比对界面应力传递和拔出载荷的影响规律.结果表明,在纤维受载失效过程中,纤维的拔出过程可分为4个阶段,即界面的完全粘结、损伤演化、逐渐脱粘、完全脱粘.界面的刚度和纤维长径比对界面应力传递与最大拔出力均有一定的影响.界面刚度、纤维长径比主要影响纤维的最大拔出载荷以及界面脱粘失效位移.

关键词：界面应力传递内聚力模型纤维/基体粘结

压力作用下横向短纤维与基体间应力传递机理研究

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工程力学 1997年第4期14卷 62-67页

作者：林小松湘潭矿业学院

在短纤维增强复合材料的研究中，弄清界面应力传递机理对于认识短纤维的增强机理及短纤维复合材料的力学性能是十分重要的。但传统的观点认为，在钢纤维混凝土中纤维对混凝土抗压强度的增强作用甚微，故对压力下纤维与基体界面应力传递... 详细信息

在短纤维增强复合材料的研究中，弄清界面应力传递机理对于认识短纤维的增强机理及短纤维复合材料的力学性能是十分重要的。但传统的观点认为，在钢纤维混凝土中纤维对混凝土抗压强度的增强作用甚微，故对压力下纤维与基体界面应力传递没有进行过研究。作者最近的试验研究与近年来的研究［１，３］均表明，中、高含量短钢纤维对混凝土的立方体抗压强度有大幅度提高。基于这一新的试验事实，作者在本文中对压力作用下横向短纤维与基体之间界面的应力传递进行了理论分析。

关键词：复合材料短纤维混凝土界面应力传递钢纤维

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单纤维与裂纹交互微力学：完整粘接纤维

实验力学 2013年第1期28卷 49-55页

作者：雷振坤王权邓立波周灿林工业装备结构分析国家重点实验室大连理工大学工程力学系辽宁116024 英国曼彻斯特大学材料科学中心M139PL 山东大学物理学院济南250100

使用微拉曼光谱技术研究裂纹前喙Kevlar49芳纶纤维交互微力学行为。在建立Kevlar49芳纶纤维轴向变形与拉曼频移线性关系的基础上,通过逐点测量裂尖前喙完整粘接纤维上的应力分布,探讨了裂纹与完整粘接纤维的交互作用,建立了完整粘接纤... 详细信息

使用微拉曼光谱技术研究裂纹前喙Kevlar49芳纶纤维交互微力学行为。在建立Kevlar49芳纶纤维轴向变形与拉曼频移线性关系的基础上,通过逐点测量裂尖前喙完整粘接纤维上的应力分布,探讨了裂纹与完整粘接纤维的交互作用,建立了完整粘接纤维上的应力传递模型。I型裂纹切口前方的高应力区造成粘接完好纤维上出现应力集中,应力强度因子KI影响着纤维应力集中长度。

关键词：完整粘接纤维裂纹与纤维交互界面应力传递微拉曼光谱技术

微拉曼光谱研究M55JB碳纤维／微滴的拉伸变形行为

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实验力学 2012年第1期27卷 30-36页

作者：雷振坤王权仇巍周灿林工业装备结构分析国家重点实验室大连理工大学工程力学系辽宁116024 英国曼彻斯特大学材料科学中心M139PL 天津大学力学系天津300072 山东大学物理学院济南250100

使用评价纤维/基体界面力学性能的新方法纤维微滴拉伸测试,来研究M55JB碳纤维/环氧树脂基体之间的界面应力传递性能。使用自制的微加载装置对碳纤维/环氧树脂微滴试样进行对称式拉伸测试,用微拉曼光谱仪记录下不同应变下的嵌入微滴内纤... 详细信息

使用评价纤维/基体界面力学性能的新方法纤维微滴拉伸测试,来研究M55JB碳纤维/环氧树脂基体之间的界面应力传递性能。使用自制的微加载装置对碳纤维/环氧树脂微滴试样进行对称式拉伸测试,用微拉曼光谱仪记录下不同应变下的嵌入微滴内纤维上的拉曼频移信号,经过应力/频移关系转换成纤维轴向应力。实验结果显示,微滴内纤维轴向应力随载荷而明显增加。根据界面力平衡模型得到相应的界面剪切应力呈反对称式分布,在纤维嵌入端存在剪应力集中。新测试方法能保证嵌入微滴内纤维上的应力呈对称式分布,而且能降低纤维嵌入端附近的应力奇异性。

关键词：界面应力传递纤维/微滴拉伸微拉曼光谱

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柔性基底-金属薄膜结构界面损伤行为分析

柔性基底-金属薄膜结构界面损伤行为分析

作者：刘永旭东南大学

学位级别：硕士

柔性基底-金属薄膜结构是柔性电子领域中最基本的结构形式,其通常承担着金属导线及金属电极的作用,在承受外部载荷作用时,金属薄膜与柔性基底的非协调变形将会引起柔性基底-金属薄膜结构的界面脱粘,这是引起柔性电子器件损伤失效的主要... 详细信息

柔性基底-金属薄膜结构是柔性电子领域中最基本的结构形式,其通常承担着金属导线及金属电极的作用,在承受外部载荷作用时,金属薄膜与柔性基底的非协调变形将会引起柔性基底-金属薄膜结构的界面脱粘,这是引起柔性电子器件损伤失效的主要原因。为了避免出现因界面损伤失效而导致的柔性电子器件整体失效,提高柔性基底-金属薄膜结构服役期间的可靠性的需要。本文将从理论与数值模拟两个层面对柔性基底-金属薄膜结构的界面损伤行为展开研究。理论方面,建立柔性基底-金属薄膜结构的界面应力传递模型,揭示薄膜与基底间的应力传递机理;基于内聚力理论,建立可用于界面损伤分析的柔性基底-金属薄膜结构界面解析模型。数值模拟方面,通过内聚力单元构建柔性基底-金属薄膜结构的有限元数值模型,利用所建立的数值模型对结构界面损伤失效行为进行分析,探究影响柔性基底-金属薄膜结构的因素。本文的主要工作和研究成果如下:1.基于剪切滞后理论,建立了考虑结构厚度影响的柔性基底-金属薄膜结构界面应力传递模型。所建立的模型适用于承受单轴拉伸载荷作用下的柔性基底-金属薄膜结构服役初期和界面损伤可忽略不计的情况,通过该模型可获得基底、薄膜及界面的应力应变场,进而可得到界面应力传递机理:在单轴拉伸载荷作用下,金属薄膜中的应力通过界面从柔性基底中传递而来,并且界面主要是以界面切应力的形式将柔性基底中的应力传递到金属薄膜中,界面切应力在结构载荷作用位置达到最大值,在靠近结构对称轴处为零,而薄膜中的正应力在载荷作用位置为零,在靠近对称轴处增大到最大值。基于该模型可对结构尺寸参数与弹性参数对应力传递的影响进行分析,从而可以为柔性基底-金属薄膜结构制备过程中对薄膜、基底的厚度和弹性参数合理调配提供一种理论分析手段。2.将解析法与双线性内聚力模型相结合,建立了柔性基底-金属薄膜结构内聚力界面解析模型。所建立的模型在柔性基底-金属薄膜结构承受单轴拉伸载荷作用时从弹性变形阶段到结构界面脱粘失效的整个过程都有着良好的适用性,利用该模型可得到在不同界面受力状态下柔性基底、金属薄膜以及界面的应力应变场。结果表明,柔性基底-金属薄膜结构的界面边缘处首先发生损伤失效,接着向界面内部进行扩展。该模型可揭示结构尺寸参数、力学参数及内聚力参数对柔性基底-金属薄膜结构损伤演化过程的影响,可为有限元数值模拟提供理论依据,避免内聚力参数的盲目选择。3.通过构建内聚力模型单元,建立了柔性基底-金属薄膜结构的有限元数值模型。该模型可对在不同服役载荷作用下的柔性基底-金属薄膜结构的力学响应进行分析,结果表明,对于界面附近的内聚力单元,拉伸载荷对界面脱粘的影响大于弯曲载荷。通过将有限元模型得到的计算结果与理论模型得到的计算结果对比,发现二者具有较好的一致性。4.利用柔性基底-金属薄膜结构的有限元数值模型研究了影响柔性基底-金属薄膜结构界面损伤的因素。结果表明,柔性基底-金属薄膜结构的材料属性、结构尺寸与内聚力参数会影响界面中损伤范围的大小。其中,金属薄膜与柔性基底弹性模量的增加均会使界面损伤的范围增大;柔性基底厚度与金属薄膜厚度的比值的增加会使界面中发生损伤的范围减小;界面损伤起始位移的增加会使界面中发生损伤的范围减小;而界面脱粘失效位移与界面剪切强度的增加,均会使界面中发生损伤的范围增大。在进行柔性基底-金属薄膜结构设计时,可以采用提高界面粘结强度、增大柔性基底厚度、降低薄膜和基底的弹性模量等方法提高柔性基底-金属薄膜结构的可靠性。

关键词：柔性电子柔性基底-金属薄膜结构界面损伤界面应力传递内聚力模型

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钢纤维混凝土界面性能的细观力学有限元分析

钢纤维混凝土界面性能的细观力学有限元分析

作者：金锦鑫哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

由于钢纤维混凝土比一般钢筋混凝土具有更优越的性能，已经越来越广泛的被应用于各种工程领域。钢纤维混凝土是一种新型复合材料，影响其力学性能的因素很多，在促进钢纤维混凝土技术发展和实用化过程中，对其基本力学性能和进行深入的... 详细信息

由于钢纤维混凝土比一般钢筋混凝土具有更优越的性能，已经越来越广泛的被应用于各种工程领域。钢纤维混凝土是一种新型复合材料，影响其力学性能的因素很多，在促进钢纤维混凝土技术发展和实用化过程中，对其基本力学性能和进行深入的基础理论研究具有十分重要的意义。本文中，采用细观力学有限元方法，基于剪切滑移滞后理论，在弹性范围内，分别对单向受拉和单向受压情况下的的钢纤维混凝土体积元模型进行了数值计算，得到不同工况下应力场分布和界面剪应力分布，并与理论值作了对比和讨论;计算了拉压联合作用下的有限元模型，得到粘结和部分脱粘情况下纤维和基体的应力场分布及界面剪应力分布。并且讨论了网格细化、钢纤维嵌入长度、体积含量、基体强度、纤维刚度等参数变化对计算模型产生的影响。利用ANSYS软件的强大前后处理功能，计算了具有离散裂缝的钢纤维混凝土体积元模型，以最大拉应变准则为裂缝张开的判断依据，分析裂缝开裂前后各组分的应力场变化和界面剪应力变化。本文旨在找一个更加简洁、迅速、有效的计算方法，揭示钢纤维和混凝土之间的作用机理，特别是界面应力传递机理，力图定量的给钢纤维混凝土复合材料设计工艺提供参考依据。

关键词：细观力学有限元剪切滑移滞后体积元模型界面应力传递离散裂缝

纤维拉出测试中的应力传递行为的微拉曼光谱研究

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