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含有模量和孔隙双梯度界面的非球形颗粒增强复合材料细观力学模型

颗粒增强复合材料；非均质界面；弹性模量梯度；孔隙率梯度；椭球形颗粒夹杂；细观力学

计算力学在工程中的应用 > 复合材料力学

近年来的实验研究发现，颗粒增强复合材料（PRCs）中颗粒相与基体相之间界面相的弹性参数和孔隙率分布都是不均匀的，而这种不均匀的界面相对PRCs的宏观力学性能起着非常重要的作用。本文发展一种细观力学模型来预测含有弹性模量与孔隙率双梯度协同下的非均质界面相、非球形颗粒夹杂相以及基体相共同组成的颗粒增强复合材料的有效弹性性能。首先考虑界面区域内的弹性参数梯度呈幂律分布，同时采用一个从水泥基复合材料实验中得到的半经验公式来模拟孔隙率的梯度变化，接着用一个改进的Mori-Tnaka模型预测得到含方向随机的颗粒夹杂的两相复合材料的弹性性能，再结合广义自洽模型，将不均匀的界面相引入PRCs整体有效弹性性能的预测中，最终建立一个n相梯度模型。通过与实验数据的比较表明，模型预测结果良好。此外，预测结果还表明了界面弹性参数和孔隙度梯度、颗粒尺寸和形状以及水灰比的耦合作用对PRCs的有效弹性模量有显著影响。研究结果可为复合材料基因设计和微观结构优化提供理论指导。