弹性分析与等效模量

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1、万方数据复舍材料亏搪&堑沈∞么如叩彩∞‰彻加砒船5‰如∞第22卷V01．22第4期NO．42005伍2005文章编号：1000—3851(2005)04一0125—06-___I-Ej同体积含量颗粒增强复合材料的一个细观力学模型I：弹性分析与等效模量周储伟+(南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016)摘要：提出了一种高体积含量颗粒增强复合材料的细观力学模型。该模型将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球，两颗粒之间的粘接材料(基体)简化为连接颗粒的一段圆柱体，假设了圆柱形基体中的细观位移分布形式，在此基础上分析了一对颗粒之间弹性的细观应力场和细观弹性系数，将颗粒对

2、的细观弹性系数在空间各个方向上平均，得到材料的宏观弹性常数，并建立了宏、细观分析之间的联系。最后用本模型分析了一种实际材料(两种体积含量)，弹性常数的预测与实验吻合良好，研究还发现颗粒的空间分布方式对材料宏观弹性常数的影响不大，而对细观应力的影响显著。关键词：、颗粒增强复合材料；细观力学；平均化方法；等效模量中图分类号：TB330．1文献标识码：AMICRoMECHANICALMoDELFoRCoMPoSITESREINFoRCEDBYLARGEVoLUMEFRACTIoNoFPARTICLESI：ELASTICANALYSISANDEFFECTIVEMoDULU

3、SZHOUChuwei’(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Amicro—mechanicalelasticanalysisofcompositesreinforcedbyalargevolumefractionofparticlesispursued．Asimplifiedmicrostructuremodelhasbeensuggested．Theparticlesareassumedt

4、Obesphereslinkedbyshortcylindersofmatrixmaterial．ThedisplacementcomponentsareassumedtObelinearlydistributedalongtheax—ialdirectionofmatrixcylinders．Microstressesandmicroelasticconstantsofatwo—particlecombinationarefirstde—ducedfortensileandshearloadingcases．Macroelasticconstantsforthe

5、compositearethenobtainedbyaveragingthemicroelasticconstantsinvariousspecialdirections．ThusarelationbetweenmicroandmacroanalysesiScon—structed．ThemodelisappliedtOametalmatrixcompositewithtwodifferentparticlevolumefractions．Thepredic—tedelasticpropertiesagreewellwiththeexperimentresults

6、．Theanalysisalsorevealsthattheeffectoftheparticlepackingpatternonthemacroelasticpropertiesistrivial；however，thedistributionofmicrostressesindifferentpackingpatternsvariessignificantly．Keywords：particlereinforcedcomposites；micromechanics；averagemethod；effectivemodulus颗粒体构成的复合材料，如混凝土、树脂

7、基和金属基颗粒增强复合材料等，其力学性能取决于颗粒体和基体(粘合体)的模量、强度、颗粒的体积含量、颗粒／基体的粘结强度等细观参数。颗粒增强复合材料力学分析模型，可以分为理论和数值两类，理论模型多是基于弹塑性夹杂理论，如Es—helb方法[1]，研究领域也已从弹塑性分析扩展到多种机制的损伤分析口~5]，但这类方法只适用于颗粒体积含量较小的情况(一般颗粒体积含量不超过20％)，当颗粒体积含量增大时，颗粒之间间距变小，甚至相互接触，颗粒之间的相互作用很强，应力应变有强烈的局部非均匀性，而理论方法一般不能反映出这种特性。数值模型以细观有限元为主[6~9]，可以更真实地描述

8、材料细观结