复合材料力学分析的三种主要方法

对于复合材料的力学分析和研究大致可分为材料力学和结构力学两大部分，习惯上把复合材料的材料力学部分称为复合材料力学，而把复合材料结构(如板、壳结构)的力学部分称 为复合材料结构力学，有时这两部分也统称为复合材料力学。复合材料的材料力学部分按采用力学模型的精细程度可分为细观力学和宏观力学两部分，下面分别说明这三种力学分析方法的基本特点。

1. 细观力学

它从细观角度分析组分材料之间的相互作用来研究复合材料的物理力学性能。它以纤维和基体为基本单元，把纤维和基体分别看成是各向同性的均匀材料，根据材料纤维的几何形状和布置形式、纤维和基体的力学性能、纤维和基体之间的相互作用(有时应考虑纤维和基体之 间界面的作用)等条件，来分析复合材料的宏观物理力学性能。这种分析方法比较精细但相当复杂，目前还只能分析单层材料在简单应力状态下的一些基本力学性质，例如材料主轴方向的弹性常数及强度。

此外，由于实际复合材料纤维形状、尺寸不完全规则和排列不完全均匀，制造工艺上的差异和材料内部存在空隙、缺陷等，细观力学分析方法还不能完全考虑材料的实际情况，需进一步研究。以细观力学分析复合材料性质，在复合材料力学的学科范围内是不可缺少的重要组成部分，它对研究材料的破坏机理、提高复合材料性能、进行复合材料和结构设计 将起到很大作用。

ANSYS和ABQAUS都可以建立复合材料细观模型，进行相关的研究。

2. 宏观力学

它从材料是均匀的假定出发，只从复合材料的平均表观性能检验组分材料的作用来研究复合材料的宏观力学性能。它把单层复合材料看成均匀的各向异性材料，不考虑纤维和基体的具体区别，用其平均力学性能表示单层材料的刚度、强度特性，可以比较容易地分析单层和叠层材料的各种力学性质，所得结果较符合实际。

宏观力学的基础是预知单层材料的宏观力学性能，如弹性常数、强度等。这些数据来自实验测定或细观力学分析。由于实验测定方法较简便可靠，工程应用往往采用它。在复合材料学学科范围内，宏观力学占很大比重 。

3. 复合材料结构力学

它从更粗略的角度来分析复合材料结构的力学性能，把叠层材料作为分析问题的起点,叠层复合材料的力学性能可由上述宏观力学方法求出、或者可用实验方法直接求出。它借助现 有均匀各向同性材料结构力学的分析方法，对各种形状的结构元件(如板、壳)进行力学分析 其中有层合板和壳结构的弯曲，屈曲与振动问题，以及疲劳、断裂、损伤、开孔强度等问题。ABAQUS可以进行复合材料结构力学维度的相关研究。

总之，复合材料的力学理论作为固体力学的一个新的学科分支，是近几十年来发展形成的，它涉及根据复合材料的制造工艺、性能测试和结构设计等进行力学分析，随着新复合材料的不断发展和广泛应用，复合材料力学理论也将不断发展。

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