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界面层对电磁弹性复合材料性能的影响

【摘要】:界面层作为增强材料与基体的连接桥梁和外加载荷从基体向增强材料传递的纽带,界面相属性(如厚度、性质、涂层顺序)的变化严重影响复合材料的细观局部场和宏观有效性能,因此对界面层的研究有着极为重要的意义。本论文研究了带界面层双周期排列电-磁-弹性纤维复合材料在远场均匀反平面剪切应力和远场均匀面内电磁载荷作用下,材料的局部场和宏观有效性能随材料微结构参数(尤其是界面微结构参数)的变化规律。 借鉴Eshelby等效夹杂思想,通过引入一个与基体性质相同的均匀介质,并在此均匀介质与原问题(带界面层双周期排列电磁弹性纤维复合材料的反平面问题)纤维和界面层对应区域内引入双周期分布的非均匀广义本征应变,构造了一个与原问题力、电、磁等价的均匀介质的双周期广义本征应变问题,建立了非均匀电磁弹性复合材料和带有广义本征应变的均匀电磁弹性复合材料之间的等价方程。利用各相接触面上的广义应力连续条件和广义位移协调条件,并结合罗朗级数展开和双准周期Riemann边值问题的数学成果,获得了所求问题的电-磁-弹性场的全场级数形式解答。该解答可用于对基本胞元内电-磁-弹性场量进行精细分析,也可对电磁弹性复合材料有效电磁弹性模量作出准确预测。 利用带有符号运算功能的软件Mathematica进行编程,对界面应力、有效电磁弹性模量和纤维内广义应力场进行了计算,与已有结果的对比表明了本文方法的正确性。数值分析表明,界面微结构对电磁弹性复合材料的细观场和宏观有效性能有显著影响。本论文结果对此类材料的宏观性能与微结构之间的关联的研究提供了有益的补充。

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