纤维增强先进复合材料及其结构失效机理的多尺度力学研究

纤维增强先进复合材料和结构在航空航天领域中占有举足轻重的作用，对纤维增强复合材料及其结构失效机理和相互作用规律的认识尚不充分，已成为影响其更广泛应用的主要障碍之一。本项目拟以微纳米力学、细观力学和连续介质力学为基础，发展描述复杂环境下纤维增强复合材料及其结构失效机理的多尺度理论分析模型和数值模拟方法，用以预测复杂环境、冲击损伤等对纤维增强复合材料及其结构性能和寿命的影响规律；建立纤维增强复合材料和结构的冲击响应、损伤和破坏容限评价方法；进行纤维增强复合材料结构的优化设计和可靠性评价；并探讨纳米颗粒对纤维增强复合材料及其结构的增韧机制；同时开展相关的实验研究，验证项目所建立的理论模型和数值方法的正确性。本项目研究结果可为纤维增强先进复合材料及其结构的增韧和优化设计提供理论指导。

纤维增强先进复合材料和结构在航空航天领域中占有举足轻重的作用，对纤维增强复合材料及其结构失效机理和相互作用规律的认识尚不充分，已成为影响其更广泛应用的主要障碍之一。本项目以细观力学和连续介质力学为基础，进行了以下四个方面的研究：.（1）.纤维增强复合材料和结构的破坏机理与可靠性研究。.（2）.冲击荷载下纤维增强复合材料和结构的动态行为与破坏机理。.（3）.纳米颗粒对纤维增强复合材料和结构的增韧机制。.（4）.典型纤维增强复合材料结构的多尺度优化设计。.发展了描述复杂环境下纤维增强复合材料及其结构失效机理的理论分析模型和数值模拟方法，用以预测复杂环境、冲击损伤等对纤维增强复合材料及其结构性能和寿命的影响规律。特别是提出一种新的能描述FRP-混凝土界面开裂前后性质的弹性,滑移,软化,剥离模型，即三线性粘结-滑移本构模型，在国际上引起广泛关注；研究了含脱层纤维增强复合材料板的弯曲、屈曲问题；分析了纤维增强复合材料层合板在的疲劳寿命；建立了纤维增强复合材料和结构的冲击响应、损伤和破坏容限评价方法；研究纳米粒子填充聚合物基复合材料和纳米粒子填充聚合物基纤维增强复合材料的力学性能,建立了纳米粒子增强聚合物基复合材料、填充纳米粒子的纤维增强聚合物基复合材料和添加纳米粒子的纤维增强半结晶聚合物基复合材料力学性能的多尺度分析模型，提出了复合材料宏观弹性模量的预测方法，得到了复合材料宏观力学性能与各组分材料参数的定量关系，分析各组分材料参数对复合材料力学性能的影响；进行了纤维增强复合材料结构的仿生优化设计和蜂窝夹芯复合材料层合板的协同优化设计；研究了热、电及机械载荷的共同作用下复合材料板的力学行为，建立了含非均匀界面层纤维增强复合材料在径向约束下的热弹性细观分析模型及损伤检测的热传导细观模型。本项目研究结果可为纤维增强先进复合材料及其结构的增韧和优化设计提供理论指导。.获得两项广东省科学技术二等奖，发表论文59篇，SCI论文12篇，EI收录论文32篇；培养了长江学者和新世纪人才，培养了10位博士、23位硕士；11人次出国访问、参加国际学术会议；主办、协办学术会议8次，46人次参加国际、国内学术会议。特别是2012年1月成立了“城市生命线工程结构安全”国际联合实验室，课题负责人刘人怀院士、美国工程院院士FrideSeible院士分别担任该实验室中、外主任。