一、引言
复合材料作为一种重要的工程材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。而复合材料的界面效应对其力学性能具有重要影响，因此对复合材料的界面效应进行细观力学研究具有重要意义。
二、复合材料的界面效应
1. 界面效应的定义
复合材料是由两种或两种以上的材料结合而成的材料，其性能优于单一材料。而这种优越性能的实现主要依赖于复合材料内部的界面结构和界面效应。界面效应指的是复合材料内两种不同材料之间相互作用所产生的各种效应，包括化学、物理和力学效应等。
2. 界面效应的影响
复合材料的界面效应对其力学性能具有明显的影响。界面的强度和粘附性能决定了复合材料的整体强度和韧性，同时也影响着复合材料的疲劳性能和耐久性能。研究复合材料的界面效应对于提高复合材料的力学性能具有重要意义。
三、复合材料界面效应的细观力学研究
1. 界面微结构的表征
复合材料的界面微结构主要包括界面分子层、界面化学键和界面原子的排列方式等。通过高分辨扫描电镜和透射电镜等技术，可以对复合材料的界面微结构进行准确定量的表征。
2. 界面效应的原子尺度模拟
利用分子动力学模拟和密度泛函理论等方法，可以对复合材料的界面效应进行原子尺度的模拟和分析。通过模拟可以深入理解界面效应的基本原理，并为实验研究提供理论指导。
3. 界面效应的力学性能测试
利用原位力学测试和纳米压痕等测试方法，可以对复合材料的界面效应进行力学性能测试。通过测试可以获得界面的强度、韧性和断裂行为等重要参数，为界面效应的力学性能提供定量的实验数据。
四、复合材料界面效应研究的意义和挑战
1. 意义
复合材料的界面效应研究对于提高复合材料的力学性能具有重要意义。通过深入理解界面效应的本质，可以有效地改善复合材料的性能，并拓展其应用领域。
《复合材料力学》沈观林编著 清华大学出版社
第一章复合材料概论
1.1复合材料及其种类
1、 复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏 观尺度上组成的具有新性能的材料。
2、 复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大 类。功能复合材料主要具有特殊的功能。
3、 结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材 料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基 体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护 纤维。
根据复合材料中增强材料的几何形状， 复合材料可分为三大类：颗粒
复合材料、纤维增强复合材料（fiber-reinforced composite）、层禾口
复合材料。
（1） 颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗
粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶
'瓷O
（2） 层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。
（3） 纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、 碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。
按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。
按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材 料。
还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳 纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。
5、常用纤维（性能表见P7表1-1）
玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温）
硼纤维（早期用于飞行器，价高） 碳纤维（主要以聚丙烯腈 PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳 化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成 为石墨纤维（经石墨化2500~3000°
C）；密度比玻璃纤维小、弹性模 量比其高；应力一应变关系为一直线，纤维断裂前是弹性体；高模量 碳纤维的最大延伸率为 0.35%,高强度的延伸率为 1.5%;纤维直径 6~10卩m;各向异性，沿纤维方向热膨胀系数 a i=-0.7X 10-6~-0.9X
第３期１０ ２０１０年９月 纤维复合材料 ＦⅡｌＥＲ ＣｏＭＰｏＳＩＴＥＳ Ｎｎ ３ Ｓｅｐ．，２０１０
三维编织复合材料的细观结构与力学性能
刘兆麟‘’ ，程灿灿
（１．东华大学纺织学院，上海２０１６２０）（２．纺织面料技术教育部重点实验室，上海２０１６２０）
摘要归纳、梳理了三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型，分析、比较各结构模型的优缺 点，从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展，探讨了细观结构表 征与力学性能预报中存在的主要问题，并展望今后的研究重点与发展方向。 关键词三维编织复合材料；细观结构；力学性能
Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
３ Ｄ Ｂｒａｉｄｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＬＩＵ Ｚｈａｏｌｉｎ 一．ＣＨＥＮＧ Ｃａｎｃａｎ ’ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ，Ｄｏｎｇｈｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｙｐｉｃａｌ ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ ｍｏｄｅｌｓ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ３Ｄ ｂｒａｉｄｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓ． ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ３Ｄ ｂｒａｉｄｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｓｔ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｕｄｙ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ３Ｄ ｂｒａｉｄｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
２００８正１ｏｆＪ 第２６卷第５期 西北工业大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ０ｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｅａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｃｔ． ２００８ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．５
基于有限元计算细观力学的复合材料宏观性能的
一体化预测
吕 毅 ，吕国志 ，赵庆兰 ，熊 璇
（１．西北工业大学航空学院。陕西西安 ７１００７２；２．西安邮电学院，陕西西安７１００６１）
摘要：基于有限元计算细观力学理论，以ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ为平台，利用ＰＣＬ实现了ＲＶＥ的参数 化自动建模，建立了ＲＶＥ库。并根据不同的细观力学方法，通过在后台对ＲＶＥ边界条件的设置及
有限元计算，集成了相应的计算程序，从而实现了复合材料宏观性能的一体化预测。最后，以单向复
合材料的宏观弹性模量预测为例，展示了一体化预测系统。
关 键 词：细观力学，有限元，有限元计算细观力学（ＦＥＣＭ），ＲＶＥ，一体化预测 中图分类号：Ｖ２５０．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—２７５８（２００８）０５—０６４０—０５
有限元法与细观力学和材料科学相结合产生了
有限元计算细观力学（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＦＥＣＭ）［１］。作为细观计算力学的最
主要的组成部分，有限元计算细观力学的发展一直 是近些年来细观力学发展的主要特征和推动力。随
着复合材料的几何结构越来越复杂，ＦＥＣＭ已经成 为预测复合材料宏观性能的主要方法Ｅ２］。
ＦＥＣＭ方法的关键是建立合适的代表性特征
体积元（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｖｏｌｕｍｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ＲＶＥ）。迄
今为止，针对不同种类的复合材料已建立了为数众
多的ＲＶＥ模型来预测相应复合材料的等效弹性模
量、破坏强度等效热膨胀系数等宏观性能。其中的一 些研究成果（主要是线弹性理论方面）已经相当成
熟［３］，完全可以用在工程实践上。然而，由于建立的
