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1、復合材料（先進材料）性能表征與失效分析《復合材料與結(jié)構(gòu)》復合材料的宏微觀力學與結(jié)構(gòu)力學，它自然涉及到復合材料的性能表征問題?！稄秃喜牧闲阅茉囼灐吩谶@里也自然涉及到復合材料的性能表征問題?！稄秃喜牧闲阅鼙碚髋c失效分析》復合材料失效分析（復合材料破壞力學）復合材料破壞力學復合材料破壞力學，它是研究復合材料損傷破壞行為的力學科學。與傳統(tǒng)的均質(zhì)各向同性材料相比，復合材料明顯的特點是多相性（非均勻性）、各向異性，這些就決定了復合材料的損傷破壞行為比傳統(tǒng)的均質(zhì)各向同性材料的損傷破壞行為復雜的多，現(xiàn)在我要問大家對“傳統(tǒng)的均質(zhì)各向同性材料的損傷破壞行
2、為”了解多少？現(xiàn)在請允許我給大家提一個問題：大家不久前學習了“復合材料力學”這門課，大家也曾學習過“材料力學”這門課，這兩門課中都包含有最大應力強度理論，現(xiàn)在我想請大家把“材料力學”中的最大應力強度理論與“復合材料力學”中的最大應力強度理論進行比較。我想大家對均質(zhì)各向同性材料的破壞力學未必清楚，所以我給大家講授“斷裂力學”，從均質(zhì)各向同性材料的斷裂力學到復合材料的斷裂力學(限于界面斷裂力學與多層介質(zhì)斷裂）。參考書：[[宏微觀斷裂力學]]，揚衛(wèi)著，國防工業(yè)出版社，1995。復合材料破壞力學材料力學（最大應力強度理論）：復合材料力學（最大
3、應力強度理論）：復合材料破壞力學（用有限元法對復合材料結(jié)構(gòu)做破壞分析）首先，需要建立一個結(jié)構(gòu)坐標系（x,y,z)，劃分單元，記每一單元的節(jié)點坐標(xi,yi,zi)(i=1,2,…,8)(六面體8節(jié)點單元）；對每一單元建立單元坐標系(ξ，η，?)，記單元的節(jié)點坐標(ξi，ηi，?i)(i=1,2,…,8);記坐標軸ξ的方位角為（αξ，βξ，γξ）（各向同性材料）（復合材料）單元剛度變換公式（兩階張量）（應力分析）應力變換公式（兩階張量）（破壞分析）把在結(jié)構(gòu)坐標系下的應力場變換為在材料坐標系下的應力場。斷裂力學線彈性斷裂力學:研究含裂紋
4、的線彈性體的破壞力學(線彈性材料)彈塑性斷裂力學:研究含裂紋的彈塑性體的破壞力學(彈塑性材料)線彈性斷裂力學如同在經(jīng)典的強度理論中，有以應力為參數(shù)和以能量為參數(shù)的強度理論一樣，在這里，我們有以應力為參數(shù)的斷裂理論應力強度因子理論（Irwin應力強度因子理論）以能量為參數(shù)的斷裂理論能量釋放率理論（Griffith脆斷理論）應力強度因子理論在這里，我需要強調(diào)，斷裂力學是基于彈性力學和塑性力學所獲得的應力場、應變場及位移場的基礎上，研究含裂紋材料的破壞行為。所以不論在線性斷裂力學還是彈塑性斷裂力學中，我們都重點研究裂紋體（含裂紋的線彈性體或
5、彈塑性體）關(guān)鍵區(qū)域中場量（應力場、應變場及位移場）的結(jié)構(gòu)，進而進行破壞行為研究。由于裂紋體中關(guān)鍵區(qū)域是裂紋尖端，所以我們重點研究裂紋尖端場量的結(jié)構(gòu)，進而進行破壞行為研究。在應力強度因子理論中，我們首先來學習：裂紋類型（分類）；線彈性裂紋尖端場；進而建立斷裂準則。（crack)張開型：I型（ModeI）（OpeningMode）滑開型：II型（ModeII）（ShearMode）撕開型：III型（ModeIII）（TearingMode）Irwin應力強度因子理論I型裂紋尖端場的表達式對線彈性各向同性材料,I型裂紋尖端應力場和位移場一般
6、表達式為：和為普遍適用的角分布函數(shù)。（漸進解）（幾何、加載方式）無限大中心裂紋板Irwin應力強度因子理論受均勻外力σ作用具有長度為2a的無限大板，KI為：是一與外載和裂紋幾何尺寸相關(guān)的量，通常稱為應力強度因子，它是裂紋尖端應力場幅值大小的度量。裂紋尖端應力場的幾點重要特點：（1）裂紋尖端應力場具有r-1/2的奇異性；（2）應力強度因子KI是一與外載和裂紋幾何尺寸相關(guān)的量，是裂紋尖端應力場幅值大小的度量；（3）裂紋尖端應力場的表達式具有普遍性，不同裂紋體幾何的影響通過應力強度因子KI來反映。Irwin應力強度因子理論一般地，I型裂紋應
7、力強度因子KI可以表達為其中Y(g)稱為幾何影響因子。(4)裂紋尖端應力場是漸進解，僅僅適合于裂紋尖端附近.Irwin應力強度因子理論鑒于裂紋尖端應力場的上述特點，尤其應力強度因子的特點：即它是一與外載和裂紋幾何尺寸相關(guān)的量，是裂紋尖端應力場幅值大小的度量，人們很自然地可以把應力強度因子作為含裂紋材料或結(jié)構(gòu)的破壞的力學參量來建立破壞準則：其中KIc稱為材料的斷裂韌性，是材料常數(shù)，是材料抵抗斷裂的抗力，可以通過實驗來確定。該破壞準則稱為應力強度因子斷裂準則，簡稱K準則.在八十年代初期，美國ASME就將該準則作為含裂紋材料或結(jié)構(gòu)的評定方法
8、。Irwin應力強度因子理論鑒于應力強度因子的重要性，在斷裂力學這門科學近半個世紀的快速發(fā)展中，應力強度因子的分析計算一直是一個經(jīng)久不衰的研究課題，這可從這方面的專著（如二十世紀七十年代Sih的專著[3,4]和近期的專著
