材料的增強與增韌為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供基礎(chǔ)。然而,材料或構(gòu)件的變形失效往往起始于內(nèi)部,材料的結(jié)構(gòu)演化和變形分析需要強有力的三維表征手段。本文結(jié)合SR-CT與DVC,以短纖維增強和膠原纖維增韌的材料三維結(jié)構(gòu)演化與內(nèi)部應(yīng)變分析為對象進(jìn)行了研究。首先,對材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)表征和三維應(yīng)變演化的必要性進(jìn)行了探討,闡明了兩者對材料力學(xué)性能分析的重要性,彰顯了 SR-CT與DVC結(jié)合對研究材料變形失效過程中微結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制的重要前景。其次,通過對SR-CT力學(xué)加載設(shè)備的改進(jìn),大幅提高了有效投影角度,實現(xiàn)了三維應(yīng)變與結(jié)構(gòu)演化的關(guān)聯(lián)分析。然后,結(jié)合SR-CT與DVC方法分別對增強材料（纖維增強樹脂基復(fù)合材料）和增韌材料（膠原纖維增韌鹿角材料）進(jìn)行了實驗研究;開展了短纖維增強復(fù)合材料內(nèi)部變形失效機(jī)制行為的實驗研究,表征了結(jié)構(gòu)分布與應(yīng)變演化的耦合作用,分析了結(jié)構(gòu)和應(yīng)變與材料力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制;開展了生物多孔結(jié)構(gòu)材料鹿角的內(nèi)部力學(xué)行為實驗分析,發(fā)現(xiàn)了內(nèi)部微裂紋附近的應(yīng)變集中與微結(jié)構(gòu)演化新現(xiàn)象,提出了損傷失效與增韌機(jī)制。本文的主要研究內(nèi)容如下:一、改進(jìn)了 SR-CT力學(xué)加載設(shè)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(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２均勻化方法應(yīng)用于三維排布的短纖維復(fù)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(yīng)性強的多功能材料。骨骼在進(jìn)化過程中為生物體提??供了結(jié)構(gòu)上的支持，因此其力學(xué)特性具有重要的意義［３５］，如圖１．３所示是骨骼??的結(jié)構(gòu)與增韌機(jī)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(yīng)變是最高的。它的極限拉仲應(yīng)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(guān)。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(qū)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(jié)合內(nèi)在塑性機(jī)制和外在裂紋撓曲／扭轉(zhuǎn)和裂紋橋接機(jī)制，而這??兩種機(jī)制分別來自亞微米級和微米以上尺寸，需要進(jìn)一步的細(xì)觀實驗研宄。??１００｜?＇?１???？???！?３??３?ｆｃ）?Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ

測技術(shù)（ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＮＤＴ），以檢測材料變形過程中發(fā)生的力學(xué)??損傷［５５，?５６］。對先進(jìn)復(fù)合材料來說，主要有基于聲波的技術(shù)和基于成像的技術(shù)，??如果材料可以導(dǎo)電還可以使用渦流或基于電阻率的技術(shù)［５７，５８］�；诼暡ǖ募夹g(shù)??有聲發(fā)射（ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＥ［５９］）、超聲波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｗａｖｅｓ［６０］）、非線性??聲學(xué)（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ?ａｃｏｕｓｔｉｃｓ［６１］）；基于成像的技術(shù)有數(shù)字圖像相關(guān)（ｄｉｇｉｔａｌ?ｉｍａｇｅ??ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ＤＩＣ［６２］），Ｘ?射線照相（Ｘ－ｒａｙ?ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ［６３］），斷層掃描技術(shù)??（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(fù)合材料的應(yīng)用。中子衍射方法［６８－７１］可??以測量晶體材料內(nèi)部三維應(yīng)變和應(yīng)力等信息，如殘余應(yīng)變Ｒ２，７３］、內(nèi)部應(yīng)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(jié)構(gòu)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(fù)雜微結(jié)構(gòu)的纖維增強材料或多孔??結(jié)構(gòu)材料來說，低分辨的、表面檢測的實驗方法是不足以準(zhǔn)確表征其結(jié)構(gòu)變形演??化特征的。??

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3602716