非完美界面非规则形状夹杂复合材料有效性能研究

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复合材料的研究和设计大都是在完美界面下展开的。而完美界面就意味着通过界面时,即使材料发生了不连续的变化,但界面牵引力和位移仍是连续的。因此,在完美界面条件下,界面仅是一个数学上的几何面,由此,复合材料的有效性能仅由组分材料唯一地确定。 为了在复合材料有效性能计算中包含界面的结构和性能,在界面处引入一种无厚的线性层,此时,界面两侧的位移认为是不连续的,其跳跃量与相应的界面牵引力成线性关系,但界面牵引力由于局部平衡仍保持连续,称这种界面类型为弹簧型非完美界面。 本文研究弹簧型非完美界面条件下,无限大弹体内具有均匀本征应变的任意多边形夹杂所引起的弹性场问题。首先,按照Rodin算法,得到该问题在完美界面下的解。接着,用ANSYS验证了夹杂内和边界线上的位移场与应变场,并与Nozaki研究结果进行了比较。然后,运用边界单元法得出原问题基于完美界面基础上的解答。最后,采用Mori-Tanaka理论计算非完美界面条件下纤维增强复合材料的有效模量,其中纤维的横截面为凸多边形。并以正四边形纤维横截面作为算例,将所得有效模量与Nozaki结果比较,数值结果表明界面的非完美性质对凸多边形纤维增强复合材料的有效性能有明显影响。
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