矩形夹杂复合材料应力分析：一种新型杂交有限元方法

"复合材料中矩形夹杂角端部力学行为分析 (2010年)" 这篇论文主要探讨的是复合材料中的矩形夹杂角端部的力学行为，特别关注其奇异应力场的分析。复合材料是由两种或多种不同性质的材料组合而成，以获得特定的性能，如高强度和轻量化。纤维增强复合材料是其中一类重要的复合材料，由纤维和基体材料构成，纤维通常沿特定方向排列以提供增强效果。 在复合材料中，矩形夹杂（即非均匀区域）的角端部存在应力集中现象，这可能导致材料的损伤和裂纹的形成。由于这种奇异应力场的存在，对材料的疲劳寿命和整体性能有显著影响。传统的二维模型可能无法准确捕捉这种三维效应，因此，研究者提出了一种新的杂交有限元方法来解决这个问题。 该方法的关键在于构建一个超级单元，它位于矩形夹杂的端部，用于模拟奇异应力场。超级单元的刚度矩阵基于夹杂端部的特征问题的数值解来建立，从而能够更精确地描述端部的力学行为。通过这种方法，研究人员计算了在单向载荷作用下无限大均质板中的矩形夹杂角端部奇异应力场，并将结果与现有数值解进行了比较，验证了新方法的有效性和高精度。 此外，论文还扩展了分析范围，讨论了各向异性弹性材料（即材料的力学性能随方向变化）和横观各向同性压电材料（具有电和机械性能相互耦合的特性）中的矩形夹杂角端部电弹性场行为。这表明该方法不仅适用于常规的力学问题，还能应用于复杂的电弹性场景，增加了其应用的广泛性。 关键词涉及复合材料、矩形夹杂、杂交有限元方法、奇性指数和广义应力强度因子，这些都是论文深入探讨的主题。奇性指数和广义应力强度因子是评估材料局部应力集中和裂纹扩展可能性的重要参数。中图分类号和文献标识码则反映了论文的学科分类和学术价值。 这篇2010年的论文提供了对复合材料中矩形夹杂角端部力学行为的深入理解，提出的新方法对于改善材料设计和预测疲劳失效具有重要意义。通过精确模拟和分析，可以更好地预测和控制复合材料在各种工况下的性能，从而提高其在工程应用中的可靠性。