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基于等效夹杂法的含多圆形夹杂的无限平面 热应力分析

2021-09-10黄云海张炯杨超刘卫东

五邑大学学报(自然科学版) 2021年3期
关键词:有限元法复合材料界面

黄云海,张炯,杨超,刘卫东

(1.五邑大学 土木建筑学院,广东 江门 529020;2.河海大学 机械学院,江苏 南京 210098)

颗粒增强复合材料具有优异的力学性能,在航空和机械等领域应用广泛. 然而,在其制造或使用过程中,由于热失配产生的残余应力会沿着夹杂物和基体之间的界面累积;当界面热应力与外荷载引起的应力结合时可能会引发界面裂纹,从而导致疲劳失效和材料性能下降. 因此,复合材料的界面热应力问题一直是人们关注的热点,研究者们采用了诸如复变函数、Mori-Tanaka方法和保角变换法等[1-4]探究了此类问题. 但从计算效率上讲,采用上述方法计算过程较为复杂,特别是处理多夹杂问题时效率较低.

从本质上讲,纤维可以被认为是嵌入在基体中的夹杂,Eshelby等效夹杂法[5-6]是研究纤维增强复合材料热应力的有效方法:Shibato[7]研究了由扁球形夹杂和基于等效夹杂方法的基体界定的错配界面引起的应力分布;Sanboh Lee[8]基于等效夹杂方法研究了球状夹杂引起的热应力. 一直以来,在采用等效夹杂法求解夹杂问题时,外弹性场的求解比较复杂. 然而,Jin[9]对于平面情形给出了Eshelby外部张量的封闭形式,这使得等效夹杂法更便于求解纤维增强复合材料的热应力,本文作者也在此基础上对无限大平面含单个夹杂的热应力进行了研究[10]. 然而实际工程中,复合材料会涉及到多个夹杂,为了解决无限平面含多个夹杂的热弹性场分布问题,本文同时采用Eshelby内部张量和Eshelby外部张……

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