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1. An improved power law criterion for the delamination propagation with the effect of large-scale fiber bridging in composite multidirectional laminates
翻译：曹俊超
大范围的纤维桥连可以显著提高复合材料层合板的抗分层性能，导致层间断裂韧性出现明显的R-曲线现象，这使得采用传统的分层扩展准则无法准确评估多向层合板的分层失效行为。该文通过引入分层测试得到的R-曲线，提出了一种改进的幂法准则，以准确模拟含纤维桥连现象的分层扩展行为。首先开展了+45°/-45°多向层合板的I/II混合型层间断裂测试，进而确定了改进的幂法准则中的断裂韧性参数和经验参数，并将随裂纹长度变化的改进幂法准则引入到内聚力模型中，结合有限元软件开展了不同混合度的I/II混合型分层扩展模拟。无论是初始线弹性阶段还是分层损伤扩展阶段，数值模型预测的载荷-位移曲线都与试验结果基本一致，表明了提出的改进幂法准则在评估含纤维桥连现象的混合型分层行为的准确性与适用性。
图1. (a)正则化处理后的断裂韧性-裂纹长度曲线；(b)混合型断裂有限元模型；(c)0.25混合度的载荷-位移曲线对比：试验结果和传统幂法准则以及改进幂法准则预测结果；(d)不同混合度的试验载荷位移曲线和改进幂法准则预测结果对比。
Gong Y, Zhao L, Zhang J, Hu N. An improved power law criterion for the delamination propagation with the effect of large-scale fiber bridging in composite multidirectional laminates. Compos Struct 2018;184:961-968.
2. Meso-structure-based thermomechanical modelling of thermoplastic-based laminates subjected to combined mechanical loading and severe thermal gradients
机械载荷和严重热梯度结合下基于细观结构的热塑性层板热力建模
翻译：刘鹏
复合材料结构件在极端情况下（如发动机起火）会受到热和力双重载荷，而复合材料基体组分的高温度敏感性为其应用带来挑战。本文研究了复合材料板在受单轴载荷和单侧热载荷时（如图2（a）所示），材料力学属性的变化情况；试验装置如图2（b）所示，试验温度跨度从室温到基体分解温度。首先建立了宏观有限元模型，考虑了热传导、热对流和热辐射三种传热方式，通过将仿真背面温度场与实验测量值进行比较来确定热相关参数（如图2（c）所示）。建立了细观有限元模型并模拟了热塑性复合材料板在等温条件下弹性常数随温度的变化情况（如图2（d）所示）；同时，预测了复合材料板在受单侧热载荷时，各层的刚度退化情况（如图2（e）所示）。结果表明提出的模型能较好模拟复合材料在各热载荷和力载荷下的力学性能和温度分布。
图2.（a）单侧热载荷示意图；（b）试验装置图；（c）仿真和试验背面温度对比图；（d）等温条件下弹性模量变化情况；（e）单侧热载荷下温度和刚度变化情况
Carpier Y, Vieille B, Barbe F, Coppalle A. Meso-structure-based thermomechanical modelling of thermoplastic-based laminates subjected to combined mechanical loading and severe thermal gradients. Compos Part A Appl Sci Manuf 2022; 162: 107165.
3. Parametric analyses on the impact fracture of laminated glass using the combined finite-discrete element method
基于组合有限-离散元法的夹层玻璃冲击破坏参数研究
翻译：陈小鹏
夹层玻璃的冲击响应和行为对冲击条件和结构参数较为敏感，其断裂和破坏一般伴随高度非线性和非连续性。该文基于组合有限-离散元法（Combined finite-discrete element method, FDEM），对夹层玻璃的冲击问题进行数值模拟，如图3(a)所示，在模型验证和收敛性分析的基础上，该文的主要工作和结论如下：（1）对比了6-30 m/s的冲击速度下夹层玻璃的破坏行为，发现随着速度提高，夹层玻璃的破坏机制分别为局部损伤弯曲破坏、锥形破坏和局部穿透，可由内、外层玻璃的断裂长度表征，如图3(b)所示；（2）对比了不同构型夹层玻璃的冲击行为，发现夹层厚度占比11-44%、夹层位置在冲击时处于拉应力区时夹层玻璃的整体吸能能力较好，如图3(c)所示；（3）对比了不同形状的冲击物对夹层玻璃冲击破坏行为的影响，发现冲击物-靶板的初始接触面越大，破坏程度越大，如图3(d)所示。
图3.（a）基于组合有限-离散元法的夹层玻璃建模示意图；（b）不同冲击速度下夹层玻璃内外层破坏区域对比图；（c）不同构型夹层玻璃受冲击时系统总动能对比图（其中，2+3和3+4构型夹层位置在冲击时处于拉应力区）；（d）不同形状冲击时夹层玻璃系统总动能对比图。
[1] Goda I, Girardot J. Parametric analyses on the impact fracture of laminated glass using the combined finite-discrete element method. Compos Struct 2022; 297: 115914.
4. Modified micro-mechanics based multiscale model for progressive failure prediction of 2D twill woven composites
能够用于2维斜纹机织复合材料渐进损伤预测的基于微观力学理论的多尺度模型
翻译：党浩源
为了预测材料的多尺度损伤特征，本文通过理论预测和数值仿真相结合的方法建立了横跨微观和细观的协同式多尺度仿真方法。同时，通过编写用户子程序UMAT将该方法嵌入到ABAQUS软件中，用于预测二维斜纹机织复合材料的渐进损伤失效行为。具体来说，该方法通过应变-应力放大因子，将材料在细观尺度（纱线）上的应变传递到微观尺度（纤维和基体）。随后，通过最大应力失效准则和Von Mises失效准则分别判断纤维和基体的损伤起始，并通过常数退化法和渐进刚度退化法分别实现纤维和基体刚度性能的折减。最后，通过微观力学模型-Chamis模型将均匀化后的力学性能重新传递回细观尺度。相关结果表明，该方法能够准确预测二维斜纹织物在经向压缩载荷下的力学响应，同时能够反映材料在微观尺度上所发生的基体类型损伤和纤维类型损伤等典型失效特征。
图4.（a）协同式多尺度仿真方法示意图；（b）斜纹机织复合材料在经向压缩载荷条件下的宏观力学响应和微观损伤行为示意图
Wang M, Zhang P, Fei Q, Fei G. Modified micro-mechanics based multiscale model for progressive failure prediction of 2D twill woven composites. Chinese J Aeronaut 2020; 33(7): 2070-2087.
5. Contributions of interfaces on the mechanical behavior of 3D printed continuous fiber reinforced composites
3D打印连续纤维增强复合材料界面对其力学性能的影响
翻译：党志龙
论文采用碳纤维和凯夫拉纤维作为增强材料，采用3D打印方法制备了连续纤维增强复合材料。然后分别通过拉伸试验和剥离试验研究了3D打印复合材料的力学性能和界面行为。并利用数码相机和扫描电子显微镜（SEM）分析了应变引起的复合材料的结构演变和失效特征，以揭示考虑界面的复合材料变形和失效机理。不同材料层之间的界面对3D打印复合材料的力学性能起着重要作用，不同材料之间的界面强度通过剥离试验进行量化。PA-PA界面的平均剥离载荷高于其他界面。通过在体积平均刚度模型中引入界面强化系数，引入了一种分析方法来预测3D打印复合材料的刚度行为。对于具有不同纤维、堆叠顺序和光栅取向的3D打印连续纤维填充复合材料，刚度预测与实验结果吻合良好。然而，由于材料对界面的影响不同，与不同材料接触的界面应具有不同的特性。在当前研究中，假设界面强化系数对相邻3D打印层的影响相同。
图5.（a）FDM过程展示；（b）不同堆叠顺序的试样；（c）不同界面的剥离试样
Shixian Li, Kui Wang, Wanying Zhu, et al. Contributions of interfaces on the mechanical behavior of 3D printed continuous fiber reinforced composites, Constr. Build. Mater. 2022; 340:127842.
6. Experimental study of the mechanical behavior of sandstone affected by blasting
爆破对砂岩力学行为影响的试验研究
翻译：夏荣柱
为了定量研究爆破造成的强爆破振动对岩石力学性能的破坏和退化，本文首先对三块砂石试样进行爆破试验；然后采集爆破后块状较大的岩屑，对端面进行钻芯、切割、抛光制备成标准圆筒试样；最后通过纵波速度测试试验和单轴压缩试验，分析了离爆源距离和炸药量对岩样力学性能的影响。试验结果表明，随着离爆源距离的增大，试样的纵波速度、单轴压缩强度、弹性模量、割线模量、裂纹萌生应力和裂纹损伤应力等力学参数均以指数为0 ~ 1的幂函数形式接近未经历爆破的完整岩石的相应性能参数；同时，变形特征逐渐由延性向脆性演化，可能是由于爆破应力急剧减小，峰值粒子速度随传播距离呈非线性衰减，导致爆破振动引起的动力损伤程度逐渐减小；当离爆源距离一定时，试样的特征应力随着炸药量的增加而逐渐减小。
图6.(a) 砂岩块体爆破试验示意图；图(b) 同一爆破试样中，与爆破源不同距离处砂石的单轴压缩应力应变曲线；图(c) 砂石的单轴压缩强度与爆破距离之间的关系；图(d) 砂石的峰值应变与爆破距离之间的关系。
Yu L, Su H, Jing H, et al, Experimental study of the mechanical behavior of sandstone affected by blasting, Int J Rock Mech Min, 2017, 234-241.
7. Ballistic performance of hybrid 3D woven composites: Experiments and simulations
实验与仿真测量混合三维编织复合材料的弹道性能
翻译：魏海涛
本文采用冲击试验与x射线计算机断层扫描分析相结合的方法，研究了纤维分布不对称的三维正交机织复合材料在弹道冲击下的力学行为，还与二维机织复合材料进行了对比。该混杂机织复合材料顶部四层为S2玻璃纤维，底部两层为AS4C碳纤维。面向填充方向的混合层(包含玻璃纤维和碳纤维)位于玻璃层和碳层之间。这一层的每一束纤维都含有AS4C和S2玻璃纤维。此外，复合材料板在厚度方向上采用超高分子质量聚乙烯纤维制成的z型纱进行增强。研究发现，与二维机织复合材料相比，贯穿厚度的z型纱的存在并没有显著改善弹道性能，因为在两种情况下，损伤都局限在弹丸弹道周围。然而，试验中，冲击碳面比冲击玻璃纤维面时混杂三维机织复合材料的能量耗散增强。最后，在有限元分析框架下，基于嵌入单元法的数值模拟再现了剩余速度曲线和耗能机理。
图7. （a） 三维混合编织复合材料单胞编织结构 （b）不同初速度下冲击板子碳面剩余速度
R. Muñoz, F. Martínez-Hergueta, F. Gálvez, C. González, J. LLorca,Ballistic performance of hybrid 3D woven composites: Experiments and simulations,Composite Structures,Volume 127,2015,Pages 141-151,ISSN 0263-8223
8. The effects of fiber radius and fiber shape deviations and of matrix void content on the strengths and failure mechanisms of UD composites by computational micromechanics
基于微观力学数值模型的纤维半径与形状偏差性和基体孔隙率对于单向复合材料的强度与失效机理影响研究
翻译：顾佳辉
制造工艺的稳定性对于复合材料力学性能的稳定有着重要影响，因此工艺不确定性所导致的材料微观结构偏差的影响有必要被定量评估。基于实验观察结果，该文分别建立了考虑纤维半径与形状偏差性和基体孔隙率的三种微观数值模型，在周期性边界条件下对模型进行横向拉伸、横向压缩、横向剪切和纵向剪切加载，模型的准确性通过与已发表文献中的RVE对比得到验证。基于该模型的参数化研究，获取了三种典型的工艺不确定性对于材料宏观力学性能的影响规律。结果表面，纤维直径偏差增大对于材料的横向拉伸和横向剪切强度有着负面影响，而纤维形状的偏心率增大（即越扁）则几乎增强了所有条件下的强度。此外，孔隙率对于横向拉伸和横向压缩强度有着弱化效应，原因在于孔隙率的提高会导致破坏模式的转变。该文的研究结论对进一步理解制造工艺的正负面影响有着重要意义。
图8.（a）复合材料中典型纤维直径形状偏差与孔隙的微观图片与几何模型构建；（b）有限元模型的建立；（c）三种不确定性的RVE结果影响规律
He, C, Ge, J, Cao, X, Chen, Y, Chen, H., Fang, D. The effects of fiber radius and fiber shape deviations and of matrix void content on the strengths and failure mechanisms of UD composites by computational micromechanics. Compos Sci Technol 2022;218:109139.
