基于微极理论的功能梯度材料细观力学模型及相关实验研究

项目名称： 基于微极理论的功能梯度材料细观力学模型及相关实验研究

项目编号： No.11472248

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2015

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 程站起

作者单位： 郑州大学

项目金额： 88万元

中文摘要： 高阶连续介质力学能够更好地考虑材料的微观结构特征，但目前还缺乏基于该理论的功能梯度材料的细观力学模型及相关实验研究。本项目针对颗粒增强功能梯度材料，运用微极介质理论，研究功能梯度材料的高阶细观力学方法，并给出功能梯度材料微观结构与其宏观有效性能的关联。为此课题根据功能梯度材料特点，在微观上将材料单元看作微极介质，而宏观上仍然视为Cauchy介质，首先确定材料单元变形模式及相应的边界条件；其次利用平均等效夹杂方法及Mori－Tanaka理论，发展基于微极介质理论的功能梯度材料细观力学模型，发现功能梯度材料微观结构对其有效性能的影响规律；最后通过超声回弹实验方法对发展的理论进行验证。成果将丰富现有非均质材料细观力学理论，深化理解功能梯度材料力学行为的细观机理，对发挥功能梯度材料的潜力及提升其在各种实际结构中应用的可靠性，具有重要的理论意义。

中文关键词： 功能梯度材料；细观力学；多尺度；力学性能；优化设计

英文摘要： Higher order continuum theory can reflect the microstructure character of materials, but the experimental and theoretical research for functionally graded material (FGM) based on it is seldom published. We will develop a higher order micromechanics method for particle reinforced FGM based on micropolar theory in the proposal. Based on the character of FGM, RVE will be treated as micropolar medium in microscale, while the material will betreated as Cauchy medium in macroscale. Firstly, the deformation of RVE and related boundary will be obtained. Secondly, using average equivalent inclusion method and Mori-Tanaka model, a micromechancis model for FGM will be presented. Last, ultrosonic echo technigue and elastic impact method will be used to measure the properties to validity the model. The achievements will enrich the existed nonhomogeneous micromechanics theory, and it will also deeply understand the essence of the behavior of FGM. The model has theoretical significance for enhance the application in real structure of FGM.

英文关键词： functionally graded material;micromechanics;multiscale;mechanical properties;optimize and design