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翻译：刘鹏
复合材料结构对缺陷很敏感，微小的缺口就会导致其承载水平降低。该文基于气囊成型工艺制造了三根壁厚2.5 mm，半经25 mm，长度526 mm的复合材料圆管（图1（a）），并在圆管的中部两侧对称位置分别加工出半径为5 mm、10 mm和15 mm的缺口，接着使用数字图像相关（DIC）、红外热像仪（IRT）和声发射（AE）装置测量了受压缩载荷圆管试样的力学响应（图1（b）），试验后对比了三种试样的破坏形貌（图1（c））和温升轮廓（图1（d）），同时在Abaqus软件中采用连续壳单元建立了圆管有限元模型并针对缺口区域进行了网格敏感性分析。研究结果表明三种圆管试样主要失效模式都是纤维压缩破坏而非整体屈曲失稳破坏；试样的承载能力随着缺口的增大而降低；损伤集中在缺口附近（图1（e））;采用Hashin准则和最大应力准则进行仿真得到的结果基本一致。
图1.（a）圆管试样；（b）试样装置；（c）三种试样破坏形貌；（d）三种试样温升轮廓；（e）仿真和试验的应变云图
Ali HQ, Wagner HNR, Akalın C, Tabrizi IE, Hühne C, Yildiz M. Buckling And Fracture Analysis Of Thick And Long Composite Cylinders With Cutouts Under Axial Compression: An Experimental And Numerical Campaign. Compos Struct 2023; 117530.
2. Flexural strains in a toughened glass panel generated by impact of an ice sphere
冰雹冲击钢化玻璃平板的弯曲应变研究
翻译：陈小鹏
该文在已知冰雹冲击钢化玻璃平板的冲击参数（冰雹尺寸、冲击速度、冲击位置、玻璃厚度）和冲击点表面应变的基础上，研究快速预测玻璃断裂的可能性。该文的主要工作如下：（1）通过开展不同冲击参数（冰雹尺寸、冲击速度、冲击位置、玻璃厚度）的冰雹冲击钢化玻璃平板试验，发现应变幅值对玻璃厚度、冲击位置的变化不敏感，推论冲击点应变由初始应力波控制，即在边界的反射波到达之前，冲击点的最大弯曲应变已经出现，因此，所提出的预测方法不需要考虑边界相关参数的影响，如图2(a)和(b)所示；（2）半经验地建立了接触力随时间的变化关系、接触半径随时间的变化关系、位移/应变随时间的变化关系、冲击点正交方向曲率与接触力和接触半径的关系，并通过对比计算值和实测值，验证了建立关系的有效性，如图2(c)所示；（3）获得冲击点正交方向的曲率和应变，可评估玻璃断裂的可能性。需要说明的是，该文的模型未考虑靶板的柔性带来的影响，预测结果是偏严重的，如图2(d)所示，且该文的模型仅适用于冲击点应变由初始应力波控制的情况，未能评估近边缘的冲击。
图2.（a）冰雹冲击钢化玻璃平板过程示意图；（b）冰雹冲击钢化玻璃平板试验件和冲击位置示意图；（c）分析模型对不同条件下冰雹冲击点位移的预测能力示意图；（d）分析模型对不同条件下冰雹冲击点应变的预测能力示意图（预测值偏严重）。
[1] Cui Y, Lam N, Shi S, Lu G, Gad E, Zhang L. Flexural strains in a toughened glass panel generated by impact of an ice sphere. Int J Solids Struct 2023; 281:112438.
[2] Chen S, Gad E, Zhang L, Lam N, Xu S, Lu G. Experiments on an ice ball impacting onto a rigid target. Int J Impact Eng 2022; 167:104281.
[3] Shi S, Lam N, Chen S, Cui Y, Lu G, Gad E, Zhang L. An analytical approach for modelling contact forcing function of hailstone impact. Int J Solids Struct 2023; 269:112214.
（[2]和[3]文献在先前的分享中已描述过，为本分享的前序工作和基础工作，主要描述冰雹冲击试验、冰雹冲击响应经验公式、冰雹冲击模型等）
3. Experimental characterisation of the dilation angle of polymer
聚合物剪胀角的实验表征
翻译：顾佳辉
Drucker-Prager塑性模型已被广泛用于聚合物材料的力学响应描述，其中关键参数剪胀角ψ大多通过假设而非试验确定。针对此现状，该文首次提出了一种在宽塑性应变范围内确定聚合物剪胀角的实验表征方法。通过PMMA和非增韧环氧树脂的单轴压缩试验和三维DIC技术，获取了材料的压缩应力和轴向与径向的塑性应变分量，并计算出材料剪胀角。结果表明，PMMA的剪胀角小于摩擦角，因此该类材料遵循非关联的塑性流动法则。环氧树脂因高度交联的聚合物网络，具有比PMMA更低的剪胀角。这两类材料的剪胀角差异性表明：塑性变形过程中的抗体积变化性可能与材料的分子结构和内力有关。该研究中提出的方法和结果可用于不同类型的材料，对发展和验证考虑塑性膨胀的本构模型具有重要意义。
图3.（a）单轴压缩试验装置；（b）PMMA和环氧树脂的压缩应变云图；（c）PMMA的剪胀角与轴向塑性应变变化关系；（d）环氧树脂的剪胀角与轴向塑性应变变化关系
Quino G, Gargiuli J, Pimenta S, Hamerton I, Robinson P, Trask R.S. Experimental characterisation of the dilation angle of polymers. Polym Test 2023;125:108137.
一种用于三维机织复合材料鸟体冲击的修正本构模型的扩展与试验验证
翻译：白杨
鸟撞是三维正交机织复合材料应用于航空器结构面临的重要场景，该文针对一种三维正交机织复合材料，首先开展了材料在经纱方向和纬纱方向的准静态拉压和动态拉伸载荷测试，接着基于试验结果将不同方向的应变率效应引入本构模型，最后建立起鸟体冲击的数值仿真模型并与试验进行对照。其中准静态试验中除经向压缩外，其余工况下的力学响应均为线性；材料的经向和纬向在动态拉伸载荷下表现出不同的应变率敏感性。连续损伤力学（CDM）本构模型和Hashin损伤演化准则引入线性拟合的应变率因子完成修正，较好地表征了材料不同方向的应变率敏感性，得到经纬向的应变率强化因子分别为0.0162和0.0178。接着对机织复合材料平板进行冲击，采用考虑应变率的VUMAT子程序进行鸟体冲击仿真，试验表明材料是以整体变形的模式来抵抗冲击，并且最大变形与残余变形均随着冲击速度增大而增大；相同冲击速度下，鸟体质量越大损伤越严重，并且夹持区域出现材料损伤。本构模型修正后的数值仿真结果与试验结果在损伤位置与变形方面有着较好的一致性，最大变形误差为10%。
图4.（a）三维正交机织复合材料结构示意图；（b）准静态拉伸与压缩应力应变曲线；（c）经纬向动态拉伸应力应变曲线；（d）应变率修正系数拟合；（e）160g鸟体220m/s冲击下纤维损伤仿真。
Liu L, Yang Z, Ji J, Chen G, Luo G, Chen W. Development and experimental verification of a modified constitutive model for 3D orthogonal woven composite under bird impact. Compos Struct 2023;303:116305.
5. Anisotropic damage behavior of SiC/SiC composite tubes: Multiaxial testing and damage characterization
SiC/SiC复合材料管的各向异性损伤行为:多轴试验和损伤表征
翻译：方石林
陶瓷基复合材料由于其自身优越的材料特性，如热稳定性、抗辐射稳定性、可再生性以及损伤容限远强于单片SiC，具有应用在先进核反应堆概念堆芯部件结构材料之中的极大潜在价值。但由于SiC/SiC结构的设计需要在广泛的实验数据库中识别大量的材料性能，因此需要通过大量实验对材料进行各种加载情况下的力学行为表征，包括多轴加载试验。本文为研究多轴载荷条件下SiC/SiC的力学行为，通过CVI等处理工艺，使用DIC、SEM、AE、X射线断层扫描技术等观察测量手段对第三代SiC/SiC复合材料管在室温下进行了不同载荷比值的拉压与拉扭双轴加载试验，并分析探讨了基体的断裂行为，总结了不同双轴载荷比下材料的非线性力学行为，提出了与纺织结构相关的力学机制，建立了在多轴载荷条件下SiC/SiC复合材料管的应力-应变损伤行为实验数据库，有助于在未来的工作中用以建立材料的本构模型。
(a) (b)
图5.（a）拉压载荷下损伤阈值位点图;（b）拉扭载荷下损伤阈值位点图
[声发射损伤(蓝色)，非线性行为(绿色)和破坏极限(红色)]
Fabien Bernachy-Barbe, Lionel Gélébart, Michel Bornert, Jérôme Crépin, Cédric Sauder, Anisotropic damage behavior of SiC/SiC composite tubes: Multiaxial testing and damage characterization, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2015, 76:281-288.
6. A data-driven approach to full-field nonlinear stress distribution and failure pattern prediction in composites using deep learning
一种采用深度学习的复合材料全场非线性应力分布和失效模式预测的数据驱动方法
翻译：谯业杰
复杂性和高计算成本是复合材料高保真模拟一直以来存在的问题，因此这项研究中提出了一种基于图像的深度学习框架，用于预测复合材料微结构的非线性应力分布和失效模式。这项研究中，首先采用一种随机纤维生成器算法图6（a）总计生成了4500个单向碳纤维增强聚合物复合材料微结构图6（b），然后通过横向拉力下的高保真有限元模拟生成深度学习所需的训练和验证数据集。在提出的包含两个堆叠的全卷积神经网络深度学习框架下图6（C），基于微观结构预测复合材料失效后的二维全场应力分布和裂纹图案，依次训练生成器1和生成器2，其中生成器1将微结构几何转化为全场失效后应力分布，生成器2将生成器1的输出转换为失效形式（裂纹图像），如图6(d)所示。这项研究中还设计并结合了基于物理学的损失函数，以进一步改善所提出的框架的性能并促进验证过程。结果表明，这项研究中所提出的深度学习方法可以预测复合材料失效后的全场应力分布和失效模式，其准确率高达90%。
图6.(a) 基于纤维最小邻近距离（NNDs）的目标分布随机生成微结构算法的流程图（通过KL散度来检查生成纤维的NNDs的和目标纤维分布之间的相似性）。
(b)深度学习框架训练所需的图像。
(c) 深度学习网络。
(d) 生成器1和生成器2的顺序训练方法。
SEPASDAR R, KARPATNE A, SHAKIBA M. A data-driven approach to full-field nonlinear stress distribution and failure pattern prediction in composites using deep learning[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2022, 397: 115126.
7. The influence of hybridization on impact damage behavior and residual compression strength of intraply basalt/nylon hybrid composites
层内混杂对玄武岩/尼龙混杂复合材料冲击损伤行为及残余压缩强度的影响
翻译：吴航
复合材料在受到冲击载荷时，会产生各种类型的损伤。有研究表明通过添加韧性纤维这种层内混杂的方法可以提高复材的抗冲击性能。该研究通过对比低速冲击后材料的压缩（CIA）强度和冲击过程，评价混杂复合材料的抗冲击性能。该文研究了五种不同的混杂方式（图7（a）），统计了平板在15J/30J/40J不同能量下的表现（图7（b））以及冲击前、后的压缩强度（图7（c））。研究结果表明：在低冲击能量下玄武岩/尼龙纤维的混杂和含量变化并不能提高复合材料板的抗冲击性能；随着冲击能量的提高，抗冲击性能越来越依赖玄武岩和尼龙的含量。
（a）
图7.（a）五种混杂方式以及各自的命名；（b）不同冲击能量下各种材料的冲击表现（最大接触力、接触时间、最大面外位移、弹性能、阻尼系数）；（c）典型压缩应力-应变图，不同混杂试样的剩余临界强度和剩余破坏强度图。
MT. Dehkordi, H. Nosraty, MM. Shokrieh, et al. The influence of hybridization on impact damage behavior and residual compression strength of intraply basalt/nylon hybrid composites. Materials & Design, 2013, 43:283-290.
8. Effect of off-axial angle on the low-velocity impact performance of braided laminates
偏轴角对编织层合板低速冲击性能的影响
翻译：蔡应龙
编织复合材料由于其独特的织物结构，编织角与编织结构的耦合效应复杂，失效机理尚不明确。该文针对不同编织角的机织复合材料进行了低速冲击试验，研究发现偏轴角度的改变造成试样主承载纱线发生了改变，导致冲击过程中编织纱线的结构变形和破坏模式具有明显差异。其中OA00（如图8所示）试样承载时起伏的纱线被拉直，造成主承重纱线出现了纤维束断裂，表现为脆性破坏。OA45样品观察到更明显的弯曲变形，导致非冲击侧编织纱的拉应力升高。偏轴角从0°到45°的变化导致失效模式从试件边缘基体损伤转变为非冲击侧严重的纤维断裂。OA225试样表现出抵抗冲击的混合破坏模式，边缘区域复杂损伤和非冲击侧纤维束断裂同时发生。
图8. 编织层合板制备工艺：(a) 编织机编织管状织物；(b)沿轴向切割并压平为板状；(c) 固化层压形成编织层合板；(d) 3种典型编织角织物示意图
（e） OA00、OA225和OA45层压板在15J冲击能量下冲击面、非冲击面和侧面的损伤形貌（其中红圈表示冲击位置，白线是ImageJ软件检测生成的基体裂纹）
Wu Z, Huang L, Pan Z, et al. Effect of off-axial angle on the low-velocity impact performance of braided laminates. INT J MECH SCI, 2022, 216: 106967.
9. Uncertainty quantification for granular materials with a stochastic discrete element method
翻译：王劭睿
已有实验和模拟研究表明颗粒材料中存在显著的不确定性，由于计算成本的限制，通过集成精细离散元分析与直接随机模拟量化这种不确定性是具有挑战性的。为此，通过概率密度演化方法（PDEM）的引入，提出了随机离散元分析的方法。本文的目的是制定随机离散元法（DEM）的不确定性量化的粒状材料。本研究建立的针对颗粒材料随机力学行为分析的随机离散元方法框架大致分为4个步骤：①根据试验数据对随机源进行概率建模，获得随机源变量的概率分布；②依据建立的随机源概率分布模型，进行基本随机变量的概率空间剖分，生成一系列代表性点及其赋得概率；③在每个代表性点下，对颗粒材料代表性体积元进行确定性离散元分析，获得其关键力学响应随应变的演化曲线；④将代表性点下的赋得概率和确定性响应信息代入Li-Chen方程，采用概率密度演化方法数值求解获得关键响应量和随机源变量的联合概率密度函数，进而积分获得关键响应量的概率分布。研究框架的整体分析流程如图9所示：
10. Adherend effect on the peel strength of a brittle adhesive
粘附物对脆性胶剥离强度的影响
翻译：党志龙
剥离测试广泛用于表征胶接接头的剥离强度和胶接质量的检测。常见的剥离测试有多种配置，例如T型剥离测试、180°剥离测试、浮动滚筒剥离测试和攀爬鼓剥离测试。这些方法主要在航空工业中被广泛使用，作为评估金属接头剥离强度的一种方式。然而，随着复合材料在工业中的广泛，有必要研究这些复合材料胶接接头在承受剥离载荷时的损伤情况。本研究使用浮动辊剥离试验对不同的粘附物脆性粘合剂（Araldite® AV138）胶接的剥离强度进行了研究，目的是评估粘附物变化如何影响脆性粘合剂的胶接性能，同时评估在复合材料-复合材料和复合材料-铝接头中使用浮动辊剥离测试的可行性，并与铝-铝接头性能进行比较。另外，此试验还旨在证明该测试方法在胶接质量控制和测定复合材料接头剥离强度方面的适用性。结果表明，不同粘附物胶接的剥离强度存在显著差异，同时也表现出不同的失效形式，比如在一些C-90°胶接失效中表现为复合材料胶接层间界面失效而不是胶粘剂的内聚失效，总体来看，铝-铝配置的剥离强度最高（0.375N/mm），而复合材料-0°-铝的剥离强度最低（0.178N/mm）。
图10. 六种测试的平均P/b和标准偏差（A指铝，c指复合材料）。
J.P.O. Pereira, R.G.S.G. Campilho, P.J.R.O. Nóvoa, et al. Adherend effect on the peel strength of a brittle adhesive. Procedia Structural Integrity 2022; 37:722-729.
11. Ice impact response and energy dissipation characteristics of PVC foam core sandwich plates:
Experimental and numerical study
PVC泡沫夹芯板的冰冲击响应及耗能特性的试验与数值研究
翻译：夏荣柱
由于北极地区航行环境的极端复杂性和浮冰的随机分布，船舶与浮冰/冰山的碰撞事故屡见不鲜，因此，研究极地船舶结构在冰冲击下的抗冲击性至关重要。本文研究了聚氯乙烯（PVC）泡沫夹芯板在楔形冰和刚性楔形器冲击下的动力响应和耗能特性。首先，采用冲击试验装置对PVC泡沫夹芯板进行了冰和刚性楔形器冲击试验。然后，基于土壤和混凝土材料模型，对冰冲击PVC泡沫夹芯板的动力响应进行了有限元模拟分析。此外，还进一步研究了冲击器形状和冲击角对动力响应和能量分布的影响。基于实验和数值仿真结果，可以得出以下结论。（1）PVC泡沫夹芯板在冰冲击下的数值仿真结果与实验结果一致，由于破冰所消耗的破坏变形能量，靶板在冰冲击下的塑性变形小于刚性楔形器。（2）顶面板的变形模式为局部压痕与整体弯曲变形的耦合，而底面板的变形方式为整体弯曲变形。（3）冲击角和浮冰形状对PVC泡沫夹芯板的动力响应和能量吸收分布有显著影响，随着楔角的减小，底面板的结构损伤更为严重。
图11.（a）夹芯板试件的几何图解；（b）冲击试验装置及设备；（c）冰冲击下冲击力和底部面板中点处变形的试验曲线和仿真曲线的对比；（d）角度对冲击力和能量耗散的影响。
Xiao W, Hu Y, Li Y. Ice impact response and energy dissipation characteristics of PVC foam core sandwich plates: Experimental and numerical study. Mar Struct 2023; 89: 103407.
翻译：李佳丽
外物损伤（FOD）会引起应力集中、分层扩展和动态特性变化等问题。这将导致局部应力明显偏离设计状态，对发动机造成灾难性后果。原位观测对于揭示冲击损伤的机理具有重要意义。在该研究中，使用直径为3mm的钢球在不同的速度下冲击SiC/SiC复合材料板，冲击目标的状态分为三类：表面损伤、临界穿透和完全穿透。用显微镜和CT仔细观察FOD的微观结构，揭示和总结了陶瓷基复合材料（CMC）的冲击损伤形式，包括锥裂纹、纱线断裂和弯曲以及分层。随后，对冲击试件进行拉伸试验，研究FOD对CMC拉伸性能的影响。研究表明，在拉伸载荷作用下，由于受冲击后的靶面会发生弯曲和鼓包，新的裂纹通常首先出现在受冲击靶面的前表面。若背面观察到裂纹扩展，则相当危险，此时的张力达到极限载荷的约77%。采用DIC方法获得受冲击靶在拉伸过程中的应变分布，得到了未损伤和冲击试样的拉伸曲线，并进行比较，分析了损伤梁拉伸破坏的演变过程。最后，比较了不同速度冲击下CMC板的残余强度。
图12.（a）和（b）分别为150m/s和250m/s下受冲击目标的力-位移曲线以及拉伸时受冲击试件前后表面 wd 的演化；（c）和（d）分别为在拉伸过程中以150m/s和250m/s冲击的靶的前表面和后表面的应变轮廓的演变。
Han D，Jia X，Zhang HJ，et al. Foreign object damage and post-impact tensile behavior of plain-woven SiC/SiC composites. Comp Struc 2022;295;115767