纤维与基体之间的应力传递细观力学模型分析

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纤维复合材料的强度问题一直是人们研究的一个方向,正确有效的预测纤维复合材料的强度,首先,应当了解纤维上的应力分布情况。而本文基于研究纤维与基体之间的应力传递问题,延伸出了纤维上的应力分布;分别建立了含有纤维,基体以及界面层的三相结构细观力学模型和纤维随机分布的二相结构细观力学模型。依据所建立的不一样的细观力学模型,分析了应力传递过程,预测了复合材料中纤维上的应力分布情况。本篇论文中针对三相细观力学模型,采用了Eshelby等效夹杂理论,Mori-Tanaka方法以及剪滞理论,推导出了在纤维上的应力分布解析式。文中利用Eshelby等效夹杂理论,Mori-Tanaka方法计算出了等效纤维(纤维和界面层的等效)的有效弹性模量,进而基于剪滞理论的思想方法,推导出了纤维上应力应变之间的关系,得出了纤维上应力分布状况表达式。同时也探究了影响纤维上应力分布的因素,并一一做出了分析讨论。另外,由于不同的界面层力学性能会对等效纤维相的力学参数求取中产生影响,因此,本文也考虑了不同界面力学性能参数对界面传递应力的影响。探究了界面的性能对应力传递的影响。针对纤维随机分布的二相结构细观力学模型,采用了弹性力学的基本公式同时基于剪滞理论的思想,推导了纤维在随机方位下的应力分布情况。文中利用了弹性力学中的应力应变关系,虎克定律等等,推导出了复合材料中的纤维与基体之间的关系式,进一步以剪滞理论的思想为基础,分析了纤维与基体之间的应力传递过程,推导出纤维随机方位下的应力分布表达式;同时也探究了纤维的长径比,体积分数对纤维上应力分布的影响。
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