材料的增強與增韌為結構優(yōu)化設計提供基礎。然而,材料或構件的變形失效往往起始于內(nèi)部,材料的結構演化和變形分析需要強有力的三維表征手段。本文結合SR-CT與DVC,以短纖維增強和膠原纖維增韌的材料三維結構演化與內(nèi)部應變分析為對象進行了研究。首先,對材料內(nèi)部微結構表征和三維應變演化的必要性進行了探討,闡明了兩者對材料力學性能分析的重要性,彰顯了 SR-CT與DVC結合對研究材料變形失效過程中微結構調(diào)控機制的重要前景。其次,通過對SR-CT力學加載設備的改進,大幅提高了有效投影角度,實現(xiàn)了三維應變與結構演化的關聯(lián)分析。然后,結合SR-CT與DVC方法分別對增強材料（纖維增強樹脂基復合材料）和增韌材料（膠原纖維增韌鹿角材料）進行了實驗研究;開展了短纖維增強復合材料內(nèi)部變形失效機制行為的實驗研究,表征了結構分布與應變演化的耦合作用,分析了結構和應變與材料力學性能的關聯(lián)機制;開展了生物多孔結構材料鹿角的內(nèi)部力學行為實驗分析,發(fā)現(xiàn)了內(nèi)部微裂紋附近的應變集中與微結構演化新現(xiàn)象,提出了損傷失效與增韌機制。本文的主要研究內(nèi)容如下:一、改進了 SR-CT力學加載設備的支撐部件,大幅提高了有效投影角度,為材料撤... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２均勻化方法應用于三維排布的短纖維復合材料［１４］??

?第一章緒論???動物的骨質(zhì)是由膠原分子和羥基磷灰石礦物晶體組成的一種材料，它形成了??一種極其堅韌、重量輕、適應性強的多功能材料。骨骼在進化過程中為生物體提??供了結構上的支持，因此其力學特性具有重要的意義［３５］，如圖１．３所示是骨骼??的結構與增韌機制。鹿角是自然界軔性最好的材料之一，鹿角在角骨類材料中的??失效應變是最高的。它的極限拉仲應變約為１２％，比人類骨骼高出５倍。在損傷??演化過程中，鹿角最大程度上發(fā)揮了其對外在斷裂的抵抗。其斷裂初性是人體骨??骼的１０倍左右。圖１．４所示是鹿角與骨質(zhì)材料的韌性對比［３６］。類似于人類的骨??骼，鹿角的這種增韌的外在成分與橫向（斷裂）方向上的大范圍裂紋撓曲和扭曲??以及縱向（裂口）方向上的未開裂橋聯(lián)有關。這兩個過程均是由骨質(zhì)的高礦化界??面上廣泛的微裂紋驅動的。與人類骨骼相比，鹿角的韌性更好但是強度不那么強，??這突出了生物材料中強度和軔性的重要區(qū)別。為了揭示角骨獲得其抗斷裂能力的??基本原因，需要結合內(nèi)在塑性機制和外在裂紋撓曲／扭轉和裂紋橋接機制，而這??兩種機制分別來自亞微米級和微米以上尺寸，需要進一步的細觀實驗研宄。??１００｜?＇?１???？???！?３??３?ｆｃ）?Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ

測技術（ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＮＤＴ），以檢測材料變形過程中發(fā)生的力學??損傷［５５，?５６］。對先進復合材料來說，主要有基于聲波的技術和基于成像的技術，??如果材料可以導電還可以使用渦流或基于電阻率的技術［５７，５８］�；诼暡ǖ募夹g??有聲發(fā)射（ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＥ［５９］）、超聲波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｗａｖｅｓ［６０］）、非線性??聲學（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ?ａｃｏｕｓｔｉｃｓ［６１］）；基于成像的技術有數(shù)字圖像相關（ｄｉｇｉｔａｌ?ｉｍａｇｅ??ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ＤＩＣ［６２］），Ｘ?射線照相（Ｘ－ｒａｙ?ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ［６３］），斷層掃描技術??（ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ?ａｎｄ?ｍｉｃｒｏ－ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ［６４］），紅夕卜熱成像（ｉｎｆｒａｒｅｄ??ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ［６５］），散斑干涉法（ｓｈｅａｒｏｇｒａｐｈｙ?［６６］），太赫茲（ｔｅｒａｈｅｒｔｚ［６７］）。??圖１．５所示是超聲檢測和太赫茲檢測對復合材料的應用。中子衍射方法［６８－７１］可??以測量晶體材料內(nèi)部三維應變和應力等信息，如殘余應變Ｒ２，７３］、內(nèi)部應力演化??［７４－７６】、強度與損傷演化［７７，７８］，是一種重要的無損檢測手段。這些方法大多只??能對微觀結構演變信息提供低分辨率圖像或僅能夠反映材料的表面形貌和成分??信息，或只能適用于金屬等晶體材料。對于含復雜微結構的纖維增強材料或多孔??結構材料來說，低分辨的、表面檢測的實驗方法是不足以準確表征其結構變形演??化特征的。??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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