提高異質材料界面強度的結構設計方法研究

《提高異質材料界面強度的結構設計方法研究》是依託揚州大學，由吳志學擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：提高異質材料界面強度的結構設計方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳志學
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

異質材料界面端、界面角點附近奇異應力場的存在是導致異質材料結構失效的主要因素。因此，減輕或消除界面端和角點應力奇異性對於提高界面結合強度，進而提高異質材料結構的安全可靠性有著重要的理論和實際意義。本申請項目將採用理論分析和數值計算相結合的方法，研究各種邊界條件下減輕或消除三維界面端和角點應力奇異性的幾何條件（界面接合角組合），得出相應的臨界接合角組合；採用有限元方法對界面端附近的應力應變場進行分析，研究界面和接頭幾何形狀對界面結合強度可能產生的影響，建立以界面結構強度最大化為目標的最佳化設計方法；設計相應的異質材料接頭試樣，通過對比實驗對典型最佳化設計方案進行驗證。本申請項目的研究將為複合材料界面結構設計提供新理論和新技術，研究成果對研製高性能複合材料結構有重要的理論和實際意義。

結題摘要

雙材料粘接結構廣泛套用於諸如車輛、航空航天以及微機電系統等工業領域。這類結構由於存在材料的非連續性，其強度和可靠性問題異常突出，極大地制約了其使用範圍和使用條件。一般來說，粘接界面端附近的奇異應力場是引起異質材料結構實效的主要原因之一。因此，減輕或消除界面端和角點應力奇異性對於提高界面結合強度，進而提高異質材料結構的安全可靠性有著重要的理論和實際意義。本項目採用理論分析、數值計算並結合相應的實驗，首先分析了雙材料粘接結構減輕或消除三維界面端和角點應力奇異性的幾何條件；在此基礎上，設計了一系列具有不同界面尺寸、不同接頭傾斜角、有圓弧倒角與無圓弧倒角的雙材料試樣，通過實驗研究了接頭傾斜角、界面尺寸、三維界面應力奇異性對界面強度的影響；最後，通過對實驗數據擬合建立了表征三維應力奇異性指數與失效應力關係的經驗公式並對雙材料粘接梁的界面強度進行預測。本項目研究成果對提高複合材料結構強度設計提供了新理論和新技術，為複合材料界面結構設計提供了重要參考。