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1. On the measurement of total entropy generation for determining fatigue fracture
疲劳断裂总累积熵的测量研究
翻译：安驳
该文提出了一种利用热力学建模框架测量疲劳期间塑性功率的新方法，利用温度曲线和温度梯度来测量整个疲劳退化过程中的总累积熵。使用完全可逆弯曲疲劳试验机对碳钢1018扁平狗骨试样和铝6061-T651圆柱狗骨试样进行了拉伸-压缩循环加载试验。结果表明，在温度没有达到稳定状态的情况下，如极低循环疲劳，或在温度上升较低的情况下，该模型可以可靠地量化总熵的产生。对两种不同材料在不同加载类型和应力水平下的温度曲线和温度梯度贡献进行的分析表明，温度曲线对总熵产生的影响微乎其微，尤其是在较高的失效循环次数情况下。这突出表明，温度梯度是评估熵产生的有效工具。此外，温度梯度在极短周期情况下的作用更为明显，突出了其在此类情况下总熵生成计算中的重要性。结果表明，该模型能够准确测量塑性功率，无需捕捉初始温度斜率或中断疲劳试验来测量冷却率。
图1.（a）弯曲试验台示意图以及热像仪和试样的位置；（b）使用TP-TG方法计算得到铝6061-T651的疲劳断裂熵；（c）使用TP-TG法、初始温度法和有限元分析模拟碳钢1018的疲劳断裂熵。
Amooie, Mohammad A., et al. On the measurement of total entropy generation for determining fatigue fracture[J]. International Journal of Fatigue, 2024, 189: 108578.
2. Failure analysis of 3D woven composites under tension based on realistic model
基于真实模型的三维机织复合材料拉伸失效分析
翻译：白杨
此文通过实验和仿真相结合的方法，较为准确评估了三维机织复合材料在准静态拉伸载荷下的破坏行为。采用图像辅助数字元素的建模方法，准确地描述了机织复合材料的复杂几何形状，包括纱线路径的波动，横截面的变化，和树脂的分布。接着，为了进一步评估拉伸性能和损伤响应，采用有限元方法建立了一个高保真的体素网格模型，并针对材料体系修正后已有的三维渐进损伤模型。仿真得到的应力-应变曲线与试验结果较为一致，损伤过程和其内在机理被清楚地揭示，有限元方法的引入使得各类损伤起始更加明晰，这是试验手段所得不到的。在经向承受拉伸载荷作用时，经纱的弯曲段可以观察到严重的横向损伤和纤维束拔出。同样，在纬向载荷下，纬纱发生严重的轴向损伤，而经纱发生横向损伤，导致形成光滑而脆性的裂纹。经向拉伸的试验曲线与仿真曲线的刚度及强度之间均存在显著差异，作者将这种差异归因于未考虑的了界面损伤。整体来说，此文丰富了一种三维机织复合材料的基础试验数据，对于其在航空结构的应用具有一定潜在意义。
图2.（a）三维机织复合材料准静态拉伸及显微表征；（b）基于TexGen的3DWC几何结构重建；（c）3DWC经向拉伸基体与纤维损伤；（d）3DWC纬向拉伸基体与纤维损伤（e）3DWC准静态拉伸载荷的SEM损伤表征
Zhang B, Chen G, Wang B, Ge J, Li M, Liu Z, Liang J. Failure analysis of 3D woven composites under tension based on realistic model. Chin. J. Aeronaut. 2024.
3. Investigation on manufacturing and low-velocity impact performance of all-composite sandwich structure with S-type foldcore
S型折叠芯全复合材料夹层结构的制造及低速冲击性能研究
翻译：陈河宇
采用改进的热压成型技术，设计并制备了一种新型的s型复合折叠芯全复合夹层结构。通过仪器CEAST 9350冲击机对夹层结构进行了不同冲击位置的低速冲击试验，分别命名为“节点冲击”和“基底冲击”。实验结果表明，在冲击载荷的历史上有两个峰值，在相等的冲击能量下，节点冲击的峰值大于基底冲击的峰值。冲击位置对复合材料结构的抗冲击性和损伤方式有显著影响。由于s型复合折叠芯的加固，夹层结构在节点冲击下比基础冲击具有更好的抗冲击性。该研究开发了一种用户定义的三维渐进损伤模式来预测玻璃/环氧织物的构成和损伤演变，包括纤维损伤、基质损伤和层间分层。预测的复合夹心管试样的动态响应和失效行为与实验结果一致。
图3. 试样在（a）50 J、（b）100 J、（c）150 J、（d）200 J冲击能下的损伤模式。
Chen Y, Zeng X, Deng Y, et al. Investigation on manufacturing and low-velocity impact performance of all-composite sandwich structure with S-type foldcore[J]. Composite Structures, 2022, 290: 115539.
4. Experimental and numerical investigation on high-velocity hail impact response of TC4 titanium alloy plates
TC4钛合金板高速冰雹冲击响应的试验与仿真研究
翻译：陈小鹏
围绕飞机和发动机冰雹冲击问题，该文基于TC4钛合金平板冰雹冲击试验和仿真，研究了不同影响因素对TC4钛合金平板冲击响应的影响。该文的主要结论如下：（1）冰雹冲击钛合金板后，钛合金板的位移-时间历程呈现双峰形，位移峰值与峰值时间呈线性负相关（如图4（a））；（2）随冰雹冲击速度增加，钛合金板的位移增大，呈现线性“稳定增长”；（3）随冰雹直径增大，钛合金板的位移和位移增长率均增大，呈现“膨胀增长”（如图4（b））；（4）随冲击倾斜角度增大，钛合金板的位移增大，呈现“收缩增长”，位移最大值出现的位置从中心点向中心点与夹持边界之间位置移动；（5）随着冲击位置接近边界，位移峰值减小，且由于应力波在边界反射后再次到达冲击点所需时间变短，到达位移峰值的时间呈线性减小（如图4（c））；（6）冲击峰值力与冰雹直径呈平方函数关系，与冰雹速度呈幂律关系，指数为1.912。
图4.（a）不同冲击速度下钛合金平板中心点的位移-时间曲线（冲击速度方向垂直于平板，冲击点为平板中心）；（b）不同冰雹直径下钛合金平板中心点的位移-时间曲线（冲击速度方向垂直于平板，冲击点为平板中心，冰雹直径分别为25.4 mm / 50.0 mm / 76.2 mm）；（c）不同冲击位置下钛合金平板的峰值位移、峰值位移时间、冲击持续时间。
Dou M, Fan Z, Li L, Wang X, Li L. Experimental and numerical investigation on high-velocity hail impact response of TC4 titanium alloy plates. Thin Wall Struct 2024, 197:111582.
5. CFRTP single-lap adhesive bonding and its mechanical performance enhanced by laser surface treatment: Finite element simulation and experimental validation
CFRTP单搭接及增强其力学性能的激光表面处理:有限元模拟与实验验证
翻译：方石林
在碳纤维增强复合材料的制造过程中，其表面会留下少量的脱模剂，这会抑制化学键的作用，从而导致键合失效。因此，在CFRTP/CFRTP胶粘前，清洗CFRTP表面的脱模剂和树脂层，获得具有较高润湿性的表面是保证胶粘接头强度和耐久性的关键。近年来，学者广泛采用激光表面处理技术对材料进行粘接前处理，以提高粘接强度。与传统清洗方法相比，激光清洗具有效率提高、去除可控、自动化、智能化、环保等优点。该文采用红外光纤激光设备对CFRTP单搭接接头进行激光清洗，以提高其力学性能。并进行了在线温度监测，阐明了CFRTP样品界面的激光处理机理。此外，采用单因素试验和正交试验相结合的统计方法，研究了不同参数对CFRTP激光清洗质量的影响。
总的来说，清洁后的CFRTP表面和残余树脂有助于碳纤维和胶粘剂之间获得更强的界面，从而提高胶粘接头的抗剪强度。然而，激光处理导致的过度清洗，会引发纤维分离从而降低胶粘接头的抗剪强度。当只去除CFRTP的表面树脂且不造成纤维分离时，环氧树脂胶粘剂可以穿透表面的微裂纹与碳纤维重新结合。随后，环氧树脂胶粘剂在胶粘区固化，形成联锁接头，此外，激光处理后试样表面的润湿性与自由能的提高，也显著提高了CFRTP胶粘接头的抗剪强度。
图5.（a）不同参数激光处理后试样的荷载-位移曲线；（b）胶粘接头处的抗剪强度；（c）不同参数激光处理后试样的表面形貌。
Z Liu, S Li, Y Yu. CFRTP single-lap adhesive bonding and its mechanical performance enhanced by laser surface treatment: Finite element simulation and experimental validation. Optics & Laser Technology, 2025;181:111765.
6. Amachinelearningmethodofacceleratingmultiscaleanalysisforspatiallyvaryingmicrostructures
一种加速空间变化微结构多尺度分析的机器学习方法
翻译：高乾宸
非均质材料的多尺度计算为处理缺乏合适的宏观本构模型的情况提供了一种强大而逼真的方法。然而，在工业领域采用并行多尺度建模技术的实例非常少，这主要是因为它们需要大量的计算资源，当处理整个宏观结构中大量具有不同微观结构形态的代表性体积单元（RVE）时这一问题更为明显。该文提供了一种基于人工神经网络（ANN）模型的多尺度方法，用于加速具有空间变化微结构的椭圆夹杂增强复合材料的多尺度分析。首先，该文模拟了在不同载荷条件下一系列具有不同夹杂物取向和纵横比的微结构形貌的RVE生成训练数据。其次，使用从RVE模拟中获得的数据离线训练反向传播神经网络（BPNN），以学习潜在的和可能的RVE形态。训练好的BPNN在每次迭代中代替每个宏观积分点上复杂的微观力学求解问题，更新宏观应力-应变响应，显著降低了多尺度模拟的计算成本。最后，将训练好的神经网络通过用户自定义材料（UMAT）在ABAQUS上实现，并通过与经典的FE2分析结果对比验证了其有效性。
图6.（a）二维夹杂强化微结构的参数化；（b）均质化宏观应力分量BPNN预测模型预测值与期望值对比；（c）经典FE2方法和该文基于ML方法在不同点处RVE的应力分布对比。
Li S, Hou S. A machine learning method of accelerating multiscale analysis for spatially varying microstructures. International Journal of Mechanical Sciences 2024;266:108952.
7. Loading rate effect on the shear behavior of the carbon fiber/epoxy interface
加载速率对碳纤维环氧复合材料界面剪切行为的影响研究
翻译：顾佳辉
碳纤维环氧树脂（CF/EP）复合材料被广泛应用，但其微观界面的性能获取依旧存在挑战。该研究通过准静态和动态剪切实验，研究了加载速率对CF/EP界面剪切行为的影响。通过数值模拟，样品和界面的大多数区域都受到均匀的剪切应力，界面上的法向应力可以忽略不计。因此，验证了新型剪切试验方法在准静态和动态加载条件下测试界面剪切特性的准确性。随着加载速率的增加，界面剪切破坏应力增大，界面破坏模式由纤维基体脱粘转变为基体几乎完全脆性断裂和纤维基体脱粘。该文提出的剪切试验方法可以较好地测试两种材料或两相界面的剪切行为，其破坏模式的改变是加载速率对CF/EP界面剪切行为影响的结果。
图7.（a）准静态剪切测试装置；（b）动态界面剪切方法；（c）仿真模型中的界面应力分布;（d）SHPB计算剪应力与仿真界面剪应力对比；（e）动态加载下的应力、速度、位移和失效过程随时间变化图。
Yan K, Cao X, Xie X, Mei H, Tang J, Sun X, Ren F. Loading rate effect on the shear behavior of the carbon fiber/epoxy interface. Composites Science and Technology 2024; 257:110785.
8. Research progress on the dynamic compressive properties of
ultra-high performance concrete under high strain rates
高应变率下超高性能混凝土动态压缩性能研究进展
翻译：韩恒
超高性能混凝土（UHPC）因其优越的力学性能而迅速被人们所接受，分离式霍普金森压杆（SHPB）被广泛用于评价超高性能混凝土的动态压缩性能。该文首先介绍了SHPB体系的优势、不足和改进方法。动态压缩性能包括动态抗压强度、峰值应变、应力-应变关系和动态弹性模量。全面讨论了钢纤维（含量、类型、取向和混杂）、温度条件、粗骨料、纳米材料、尺寸效应和加载速率对UHPC动态性能的影响。总结了动态增长因子、能量吸收特性及其模型。然后，对动态本构模型和动态破坏模式进行了评估。在此基础上，提出了考虑应变率和钢纤维体积分数的动态强度和能量吸收预测模型，并提出了不同应变率下UHPC的失效机理。最后，该文强调了UHPC需要进一步研究的课题。
图8.（a）不同纤维体积分数下UHPC的峰值强度；（b）不同应变率下UHPC的峰值应变；（c）应变率对UHPC DIF的影响；（d）UHPC的能量吸收值。
Yu Q., Zhuang W., et al. Research progress on the dynamic compressive properties of ultra-high performance concrete under high strain rates[J]. Cement and Concrete Composites, 2021, 124: 104258.
9. Impact of a bird strike on the aerodynamic performance and damage behavior of a full-scale aeroengine fan
鸟击对全尺寸航空发动机风扇空气动力学性能和损伤行为的影响
翻译：黄开旗
为分析鸟击对宽弦钛合金风扇叶片的影响，对旋转风扇叶片进行了实际试验和数值研究，该文采用高速摄像机、高压鸟枪和传感器对风扇叶片进行鸟击测试，分析了鸟类撞击的实际过程、损伤特性及空气动力学性能的损失。随后，通过验证SPH方法和LS-DYNA软件，模拟鸟击过程并评估风扇叶片的抗鸟击性能。试验结果显示，鸟击主要导致叶片变形、卷曲和撕裂，前缘损伤显著影响气动性能。鸟击后，风扇的质量流率、总压比和绝热效率分别下降了8%、16%和24.5%。因此，防鸟撞设计应重点提高风扇叶片的前缘刚度。数值模拟得到的叶片跨度变形、位移和损伤模式与实验数据最大偏差小于16.7%，表明基于SPH方法的模拟能够有效预测叶片损伤。研究结果对防鸟击设计和航空发动机适航认证具有重要参考价值。
图9.（a）试验测试设备示意图；（b）鸟撞试验中风扇前缘的损坏行为；（c）使用LS-DYNA的鸟撞后风扇转子叶片的有效塑性应变分布。
Wang S, Zhao X, Huo J. Impact of a bird strike on the aerodynamic performance and damage behavior of a full-scale aeroengine fan. Aerospace Science and Technology; Volume 151, August 2024,109270.
10. Design-manufacturing-performance of electromagnetic absorbing/load bearing three-dimensional honeycomb woven composites
电磁吸收/承载三维蜂窝编织复合材料的设计制造性能
翻译：李佳丽
结构电磁波（EMW）吸收复合材料在民用和军事应用中都起着至关重要的作用。然而，传统的夹层蜂窝EMW吸收复合材料的平面外力学性能和承重性能较差。该研究介绍了一种集成了EMW吸收和承载能力的三维蜂窝编织复合材料（3DHWC）的开发。利用织布机制作了一种具有不同结构参数的三维蜂窝编织结构织物（3DHSWF）。随后，以碳黑（CB）、多壁碳纳米管（MWCNTs）和碳基铁粉（CIP）为混合吸收剂，以环氧树脂为基质，结合真空辅助树脂转移成型（VARTM）工艺形成复合材料。测试证实了该材料具有优良的EMW吸收和力学性能，达到了最大的反射损耗（RL）为-30.9dB和足够的EMW吸收带宽（EAB）为14.58GHz。最大弯曲载荷达到5779.1N，样品中未观察到分层。该材料具有优异的EMW吸收能力。
图10.（a）3DHWC制备工艺示意图；（b）EMW性质曲线：介电常数的实部、虚部，介电损耗正切，磁导率的实部、虚部，磁损耗正切；（c）EMW吸收机理图；（d）反射损耗曲线和等高线曲线比较图；（e）实验和模拟反射损耗的比较；（f）6.5 GHz电场分布下的场分布和能量损失分布，磁场分布，总体能量损失分布。
Wenbin Yao, Xinghai Zhou, Yuan Gao, et al. Design-manufacturing-performance of electromagnetic absorbing/load bearing three-dimensional honeycomb woven composites, Composite Structures. 351 (2025) 118581.
11.An overview of tensile and shear failure mechanisms of silicon
carbide-based ceramic matrix composites
碳化硅基陶瓷基复合材料的拉伸和剪切破坏机制概述
翻译：李文昊
该研究综述了碳化硅陶瓷基复合材料（SiC-CMCs）的拉伸和剪切行为及其失效机制，从细观力学角度进行分析。研究总结了常用的组分属性及其测量方法，并建立了失效机制与组分属性计算的联系。研究发现，基体的开裂应力与界面滑动应力和基体断裂能成正比，且剪切应力与拉伸应力的比值恒定。裂纹传播受弹性模量匹配参数和裂纹与界面的角度影响，裂纹易在界面处偏折。基体裂纹饱和时，纤维桥接机制控制拉伸行为，剪切强度则由界面滑移长度决定。研究通过应力-应变曲线分析了基体、纤维桥接和纤维拔出对复合材料拉伸行为的贡献。裂纹偏折机制被认为是加强和增韧C/SiC复合材料的关键条件，受残余热应力影响显著。此研究为理解SiC-CMCs失效机制提供了理论基础，对提高材料性能具有重要意义。
图11.（a）SiC-CMCs的组成特性及测量方法;（b）界面特性与拉伸行为的关系图;（c）界面特性与拉伸行为的关系图;（d）裂纹偏转机理示意图;（e）基体裂纹演化示意图;（f）长基体裂纹的纤维桥接机制示意图;（g）基体开裂应力的理论模型;（h）2D SiC-CMC 的失效机制示意图;（i）2D C/SiC非线性面内剪切行为模型。
Xuqin Li, Kunming Pan, et al. An overview of tensile and shear failure mechanisms of silicon carbide-based ceramic matrix composites[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2024, 2924-2933.
12. Exploring shear nonlinearity of plain-woven composites at various temperatures based on machine learning
基于机器学习的平纹编织复合材料在不同温度下的剪切非线性研究
翻译：梁康杰
平纹编织复合材料广泛应用于各个领域，然而，它在高温下表现出明显的剪切非线性。此文利用高斯过程回归提出了一种基于机器学习的本构模型，该模型能够有效表征平纹编织复合材料在不同温度下的剪切非线性。首先通过面内剪切实验，此文研究了T800碳纤维增强环氧基平纹编织复合材料的剪切非线性，并建立了考虑温度效应的数据集。与传统的本构模型相比，此文所提出的基于机器学习的模型在预测剪切非线性方面表现出色，即使在训练集不考虑温度的情况下也是如此。最后，此文将基于机器学习的本构模型集成到有限元仿真的框架中，实现了仿真结果与实验结果的高度一致性，从而验证了机器学习在复合材料力学行为建模和有限元分析中的重要应用。
图12.（a）剪切试件；（b）机器学习回归模型的训练过程；（c）不同温度下的剪切应力-应变曲线的模拟与实验比较;（d）采用弹性本构模型和基于高斯过程回归的剪切非线性本构模型与实验结果的面内剪切应变场分布对比。
Jindi Zhou, Kai Huang,Tao Zheng, Xiaodong Liu, Xiaojian Han, Zhongyu Wang, Hongsen Liu, Licheng Guo. Exploring shear nonlinearity of plain-woven composites at various temperatures based on machine learning[J]. Compos Struct, 2024, 346:118434.
13.High velocity impact on preloaded composite plates
预加载复合材料平板的高速冲击
翻译：刘欢
在航空器飞行过程中，飞机结构所面临的冲击载荷通常在承受预应力的状态下发生的。因此，研究预载荷对复合材料结构冲击响应的影响具有重要意义。该文对T800S/M21碳/环氧树脂复合材料平板在拉伸和压缩预加载条件下的高速冲击性能进行了实验和数值研究。使用气炮试验研究了球形弹体在五种不同的预加载状态和五种不同的速度范围内（50-90m/s）复合材料平板的高速冲击性能。基于Abaqus采用隐式-显式计算耦合的方式建立了一种有效的考虑预应力的复合材料平板冲击的仿真方法。其中，隐式计算模拟平板所处的预应力状态，显式计算模拟冲击工况。研究结果表明：预加载对复合材料层合板的冲击响应具有一定的影响：拉伸预加载导致平板在冲击载荷下弯曲变形减小而引起的分层程度减小；压缩预载荷导致平板在冲击载荷下弯曲变形增加而使得分层程度增加。与未加载情况相比，在预加载条件下由基体开裂引起的层间损伤程度更高，作为主要的吸能模式。
图13.（a）冲击点横截面损伤形貌;（b）C扫分层损伤分布; （c）数值仿真中分层和层内损伤所吸收的能量比以及层间和层内损伤的具体数值。
Heimbs S , Bergmann T , Schueler D ,et al.High velocity impact on preloaded composite plates[J].Composite Structures, 2014, 111(may):158-168.
14. Fabrication and mechanical properties of a high-performance PEEK-PEI hybrid multilayered thermoplastic matrix composite reinforced with carbon fiber
评估天然纤维热塑性复合夹芯结构在高级应用中的力学性能
论文研究了一种由碳纤维增强的高性能聚醚醚酮（PEEK）-聚醚酰亚胺（PEI）混合多层热塑性基体复合材料的制造方法。作者通过多层结构和一次性热压固化工艺制造了该材料，并进行了多种实验，包括拉伸测试、模式I剥离测试和低速冲击测试。实验结果显示，相较于单一基体材料，混合基体在抗拉强度和抗冲击性上有显著提升，尤其是在±45°纤维取向下，断裂应变提高了48%，而剥离强度在低速冲击测试中提升了13%。该研究证明了PEEK-PEI混合基体材料在保持PEEK的优异力学性能的同时，也兼顾了PEI的经济性与易加工性。
图14.（a）通过薄膜堆叠和热压成型加工复合材料层压板的示意图。（b)PEEK/CF、PEI/CF 和PEEK-PEI/CF的代表性微镜结构（c）DCB试样断裂表面的 SEM 图像（d）PEEK/CF、PEI/CF和PEEK-PEI/CF层压板的工程应力-应变曲线，其中纤维相对于加载方向以 0/90（左）和 45（右）定向。
Toro, S. A., González, C., Fernández-Blázquez, J. P., & Ridruejo, A. (2024). Fabrication and mechanical properties of a high-performance PEEK-PEI hybrid multilayered thermoplastic matrix composite reinforced with carbon fiber. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 108308.
15. A novel bidirectional LSTM network model for very high cycle random fatigue performance of CFRP composite thin plates
一种预测CFRP复合材料薄板高周随机疲劳性能的双向
LSTM网络模型
翻译：谯业杰
该研究首先针对复合材料的极高周疲劳(VHCF)性能测试，开创性地采用了与传统的伺服液压和超声波疲劳测试方法不同的振动台高周疲劳测试方法，用以生成TDA-BiLSTM模型训练的初始输入数据，研究中试验周期约为257小时，试验周期为108次。然后该研究提出了一种新的双层双向长短期记忆神经网络模型（TDA-BiLSTM），用于预测碳纤维增强聚合物(CFRP)层合薄板结构在高周随机振动疲劳载荷下的疲劳寿命。与传统长短期记忆（LSTM）模型和标准迁移学习LSTM模型(Tr-LSTM)不同，该体系结构结合了双向LSTM (BiLSTM)、注意机制和迁移学习，通过在ε-N曲线上对不同寿命范围的数据进行训练和验证，进行模型训练时，首先将试验测试得ε-N数据进行曲线拟，再通过线性插值来标准化数据格式与数据扩充，所有拟合的ε-N曲线范围为105 ~ 108循环，插值后生成1000个均匀间隔的数据点作为模型训练的数据输入。与传统LSTM模型和Tr-LSTM模型相比，该研究提出的TDA-BiLSTM模型在应变寿命预测中表现出较高的准确性和稳定性。
图15. CFRP复合材料薄板高周随机疲劳性能的TDA-BiLSTM模型训练与验证。
JIAN Y, HU P, ZHOU Q, et al. A novel bidirectional LSTM network model for very high cycle random fatigue performance of CFRP composite thin plates[J]. International Journal of Fatigue, 2024: 108627.
16. Ultimate strength prediction of composite laminates containing straight-sided holes, scarfed holes, and bonded repairs
包含直边孔、疤痕孔和粘合修复的复合层压板的极限强度预测
损伤会导致复合材料性能的急剧下降，如何修复含损伤复合材料成为目前亟待解决的问题。在航空航天领域，斜切修补技术因其能够提高受损复合材料层压板的强度，同时维持光滑的空气动力学外形，而展现出较高的适用性。然而，准确预测此类复合材料修补结构的强度面临诸多挑战，其强度取决于引起应力集中的几何特征尺寸和形状以及层压板的堆叠顺序。该文提出了一种新的半解析和有限元分析强度模型，并对含有圆形和椭圆形直边孔、楔形孔和粘合剂粘接修复的层压板进行了实验验证。所建立的新型开孔极限强度半解析模型是对点应力准则的扩展。该模型能够依据材料特性、堆叠顺序、孔洞形状和孔洞尺寸估算特征损伤长度。此外，还介绍了粘合修复的强度预测。在多种工况的验证中，半解析模型的精确度与计算成本更高的连续损伤有限元模型相当，而且两种模型的预测结果与实验结果高度吻合。
图16. （a）斜接试样；（b）有限元模型；（c）实验仿真应变数据结果对比。
Daynes S, Das R. Ultimate strength prediction of composite laminates containing straight-sided holes, scarfed holes, and bonded repairs. Compos Struct 2024; 348: 118512.
17.Full scale promoted convolution neural network for intelligent terahertz 3D characterization of GFRP delamination
全尺度提升卷积神经网络用于GFRP脱层智能太赫兹三维表征
翻译：孙鹏翔
复合材料损伤检测对部件全生命周期的监测、维护策略制定和潜在替换至关重要。玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料在制造和使用中常因机械或热载荷产生分层损伤。太赫兹（THz）无损检测技术为多层CFRP分层缺陷的三维表征提供了潜在的替代方法。然而，THz测试通常需要复杂的信号处理和对未损坏地层的先验知识，以抑制噪声和干扰，阻碍自动检测。因此，该文提出了一种基于深度学习方法的有效、可靠、端到端的3D太赫兹表征系统，无需额外信号处理和先验知识，即可实现GFRP分层缺陷的自动定位和成像。在定位环节，结合全尺度特征学习和提升分类器的双重机制，开发了全尺度提升卷积神经网络（FSP-CNN）。在成像过程中，采用分类编码策略，根据分类结果获取分层缺陷的二维和三维信息。最后，通过一系列实验验证了该系统对GFRP复合材料分层缺陷的自动定位和成像的有效性，为复合材料中隐藏分层缺陷的太赫兹三维智能自动表征提供了一种新颖高效的范式。
图17.（a）成像数据集的二维和三维成像结果；（b）玻璃钢分层缺陷智能三维表征系统流程图；（c）角度约束对FSP-CNN在测试数据集上对各分层类分类性能的影响；（d）FSP-CNN的整体架构。
Xu Y, Zhou H, Cui Y, Wang X, Citrin D S, Zhang L, Yan R, Chen X. Full scale promoted convolution neural network for intelligent terahertz 3D characterization of GFRP delamination. Compos Part B: Eng 2022; 242: 110022.
18. Interlaminar fracture toughness of metal/composite bonded joints under high-speed mode I loading considering the elastic vibration
考虑弹性振动的高速I型加载下金属/复合材料粘结接头层间断裂韧性
翻译：王华垚
在航空航天和汽车等领域，金属-复合材料胶接结构的应用日益广泛。复合材料本身特性的多样性以及与其他材料结合后的复杂性，使得其断裂机制的确定变得尤为困难，因此，对金属-复合材料胶接接头断裂韧性的研究至关重要。该研究探究了高速加载条件下金属-复合材料胶接接头的I型断裂韧性，同时考虑了试样的弹性振动效应。提出了一种新的解析-实验混合方法，该方法融合了数字图像相关性（DIC）技术运动学与基于Timoshenko梁理论及Lagrangian接触公式的解析模型，以确定断裂韧性及其各个组成部分。并且分析了可以应用混合方法的条件。为了验证该混合方法的准确性，采用一种新型试验装置开展相关测试，该装置采用楔形加速驱动由空气枪发射的弹体，使得双悬臂梁（DCB）试样能够达到2m/s的张开速率。研究结果揭示了断裂韧性、位移速率和试样的振动特性之间的关系。
图18 .（1）混合方法的流程图：（a）选择应用混合方法的点；（b）可用和不可用子集；（c）基于插入数据点的Timoshenko梁理论的运动学预测；（d）兼容的数据点；（e）不兼容的数据点；（2）实验结果：（a）准静态试验的特征荷载-位移曲线；（b）高速加载试样加载点随时间的位移及其相对误差；（c）实验测量的裂纹起裂时间与位移速率的函数关系；（d）临界位移与位移速率的关系。
Kotsinis G, Chatzaki Z, Sotiriadis G, Loutas T. Interlaminar fracture toughness of metal/composite bonded joints under high-speed mode I loading considering the elastic vibration. Compos Sci Technol 2024; 258: 110858.
19. Damage evolution of CFRP laminates by normal and oblique impact erosion of pulsating water jets
碳纤维增强复合材料层压板在多重水射流正向和斜向冲击侵蚀下的损伤演变
冲击方向是影响材料水滴侵蚀行为的关键因素之一。该文研究了典型碳纤维增强聚合物（CFRP）层压板在不同冲击角度（0°为正向冲击，15°、30°、45°为斜向冲击）和相对纤维取向（PA 平行于纤维方向，PE 垂直于纤维方向）下的雨水侵蚀行为。在水射流速度为 320 m/s、冲击频率为 50 Hz 的条件下，通过脉动水射流侵蚀试验发现，CFRP 层压板的典型损伤包括中心侵蚀坑和周围表层的扰动。这些损伤主要由横向喷射的剪切力和水力渗透导致的应力集中引发。正向与斜向冲击的破坏模式差异不大，除斜向冲击引起的基体开裂和分层分布不对称外。随着冲击角度增大，体积损失和侵蚀深度减小，而潜伏期增加。PA 取向较 PE 取向显示出更短的潜伏期和更大的侵蚀质量损失，这与材料拉伸特性及纤维-基体界面的非对称性有关。通过拟合侵蚀曲线，采用双支方程和 Springer 模型可有效预测斜向冲击下的侵蚀行为。
图19. (a)多射流雨蚀试验装置图；(b)不同雨滴冲击次数后CFRP层合板损伤情况X光扫描结果；(c)材料在多重水滴冲击下的侵蚀行为曲线。
Hou N, Zhao R, Yue Y, Wang X, Cui H, Li Y. Damage evolution of CFRP laminates by normal and oblique impact erosion of pulsating water jets. Compos Struct 2024; 338 : 118079.
20. Effect of carbon/Kevlar asymmetric hybridization ratio on the low-velocity impact response of plain woven laminates
碳/凯夫拉非对称混杂比对平织层压板低速冲击响应的影响
翻译：吴航
在该研究中，用不同的凯夫拉比例（0%、25%、50%、75%、100%）代替非冲击侧的碳纤维层，所有低速冲击试验分别在15 J和25 J能量下进行。结果表明，混杂层合板的最大挠度、冲击持续时间、冲击吸收能和吸收能量效率随凯夫拉混合比的增加而增加，而峰值力呈减小趋势，表明凯夫拉层的加入使层合板比纯碳纤维层合板更具延展性。碳纤维层的损伤模式为纤维脆性断裂、树脂开裂和树脂脱落，而凯夫拉纤维层则表现为纤维拉出和丝束分裂。材料失效从非冲击侧开始，然后发展到冲击侧。凯夫拉层的内部裂纹体积分布规律与非冲击侧外部损伤面积的趋势一致。其中25%的凯夫拉不对称-混合比兼顾峰值强度和优异的结构回弹性。原因是适当的小比例凯夫拉缓冲层不仅可以有效避免非混合碳结构中非冲击侧的拉伸断裂，而且可以通过保持较高的碳纤维含量来承受足够的冲击载荷。
图20.（a）五种混杂方式以及试验装置；（b）不同冲击能量下各种材料的力-时间图和力-位移图；（c）不同冲击能量下各种材料的损伤形貌图。
Wang M, Pan Z, Wu Z, Ying Zl. Effect of carbon/Kevlar asymmetric hybridization ratio on the low-velocity impact response of plain woven laminates. Compos Struct 2021; 276: 114574.
21. A coupled FEM-FFT concurrent multiscale method for the deformation simulation of CFRPs laminate
一种用于CFRP层合板变形模拟的FEM-FFT并行多尺度模型
翻译：武博文
碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）层合板在飞机结构中的应用越来越广泛，其装配变形对飞机的气动外形和力学性能有很大影响。由于CFRP固有的多尺度性质，传统的宏观模型无法包含其真实的微观结构细节，导致它们无法同时提供宏观和微观变形。针对这一问题，本文提出了一种有限元-快速傅立叶变换（FEM-FFT）耦合的多尺度方法来模拟CFRP层合板的变形，其中CFRP层合板每个宏观点的力学响应来自相应的单向代表体积元（UD RVE）。在宏观尺度上采用有限元法进行分析，而在UD RVE中采用基于FFT的方法来加快计算速度。采用抛物线型屈服准则模拟了UD RVE中树脂基体的弹塑性行为。通过CFRP层合板的拉伸、压缩和剪切试验，验证了并行多尺度方法的有效性。计算结果表明，该方法得到的全局应变场与载荷-位移曲线吻合较好，验证了该方法的有效性。
图21.（a）FEM-FFT并行多尺度方法示意图；（b）UD RVE的随机建模过程和离散体素模型的生成；（c）微观RVE在轴向拉伸和压缩载荷下的应力应变曲线；（d）不同载荷下FEM和FFT计算时间的对比图。
Hu W, Cheng H, Wang S, Cheng H, Cheng Y, Zhang K, Liang B. A coupled FEM-FFT concurrent multiscale method for the deformation simulation of CFRPs laminate. Compos Struct 2024; 342:118246.
22. Free vibrations of simply supported and multilayered magneto-electro-elastic plates
四周电磁弹性多层板的自由振动
翻译：张寅枭
使用Stroh形式推导了线性各向异性、磁电弹性多层矩形板在简支边界条件下自由振动的三维精确解。结合广义几何方程、物理方程和应力平衡方程，建立自由振动过程中各层的控制方程。针对四周简支的多层矩形板，根据其边界条件对各位移分量、电势和磁势进行面内两个方向的傅里叶分解。将傅里叶级数形式的广义位移代入控制方程和物理方程中，从而建立各级下位移与牵引力向量的代数关系，并用特征方程的方式表示。通过对特征方程进行求解，建立单层内不同位置处的位移与牵引力向量的传递关系。结合界面处的牵引力与位移连续条件，建立层合板上下表面广义位移与牵引力的代数关系。根据自由振动的上下表面载荷条件，求解出层合板的固有频率，以及对应的模态。使用该理论分别求解了单层板（图22（a））和三层层合板（图22（b））的一阶模态。
图22.（a）单层板（BaTiO3）和（b）三层层合板（BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3）的一阶模态示意图；
Pan E, Heyliger. P R. Free vibrations of simply supported and multilayered magneto-electro-elastic plates. J Sound Vib 2002; 252(3): 429-442.
23. A bi-phasic modelling approach for interlaminar and intralaminar damage in the matrix of composite laminates
复合材料层合板基体中层间和层内损伤的双相建模方法
翻译：赵赛
该研究提出了一种新的双相方法，该方法将复合材料刚度特性分解为理想化的纤维和基体相，通过使用单一本构定律来模拟复合材料层压板基体中的分层和横向开裂。在这项研究中，双相分解被纳入图 23（a）所示的混杂建模技术。所得到的模型如图23（b）所示，其中，纤维相网格以由二维网格形式呈现（节点位于层的中间平面），并嵌入到一个实体网格建模矩阵相中（由连接层的中间平面的三维元素组成）。通过将内聚区模型与层内损伤定律相结合，将单一本构定律应用于基体相。考虑了分层试验和交叉层试样中横向基体开裂的演变，提出了数值实验相关性，并在基体开裂和分层之间存在相互作用的情况下，给出了强度特性的统计分布。结果表明，该方法可以以最小的厚度网格水平模拟单个层内裂纹，并且通过统计分布矩阵特性，明显地捕捉到实验裂纹密度的演化。此外，该方法为探究层内和层间损伤现象的相互作用机制提供了新的可能性。
图23.（a）传统建模技术和混杂建模技术的比较；（b）双相建模的方案。
Airoldi A, Mirani C, Principito L. A bi-phasic modelling approach for interlaminar and intralaminar damage in the matrix of composite laminates. Compos Struct 2020; 234:111747.
24. Dynamic interfacial fracture of a double cantilever beam
双悬臂梁的动态界面断裂
翻译：周宇琦
考虑到动态和振动效应，评估层状材料结构的能量释放率（ERR）对理解和预测各种工程应用中的断裂行为非常重要。该研究借助欧拉-伯努利梁的动力学和振动分析，研究了对称双悬臂梁（DCB）在恒定张开速率下的纯I型界面断裂行为，并推导出了ERR的解析解。通过定义“动态因子”量化了与ERR静态分量相关的动态效应。研究发现，动态因子仅依赖于时间特征时间，这是DCB结构的固有属性。针对中等密度的脆性材料提出了一种预测裂纹扩展的近似方法，该方法在预测高密度材料的裂纹扩展-时间曲线的斜率时仍展现出良好的准确性。ERR和裂纹扩展的预测结果与有限元法（FEM）数值模拟结果非常一致，仅使用第一振动模式就足以捕获有限元法预测的ERR变化幅度和频率；然而，由于欧拉-伯努利梁在振动分析中的局限性，使用高阶振动模式会导致ERR振荡幅度趋于发散。
图24.（a）对称双悬臂梁及梁截面 1的有效边界条件；（b）动态因子与特征时间的关系；（c）有限元模拟与分析理论得到的裂纹扩展对比；（d）有限元模拟分别与分析理论的第一振动模式、前两个振动模式的ERR对比。
Chen T, Harvey CM, Wang S, Silberschmidt VV. Dynamic interfacial fracture of a double cantilever beam. Engng Fract Mech 2020; 225: 106246.
