論文快遞員——第40期：複合材料論文摘要精選
Impact and close-in blast response of auxetic honeycomb-cored sandwich panels: Experimental tests and numerical simulations
負泊松比蜂窩夾芯板的衝擊和近爆炸響應：試驗測試與數值模擬
翻譯：高翔
C. Qi, A. Remennikov, L. Pei, S. Yang, Z. Yu & T. D. Ngo. Impact and close-in blast response of auxetic honeycomb-cored sandwich panels: Experimental tests and numerical simulations.Compos. Struct.180, 161-178 (2016).
保護建築、關鍵基礎設施以及軍用車輛不受簡易爆炸裝置的破壞已經成為我們的一個關鍵任務。本文旨在測試一種新的使用負泊松比蜂窩夾芯板的保護系統的性能。該系統用於減緩近處或者接觸爆炸的衝擊載荷。本文對所提出的夾芯板結合傳統鋼板作為保護系統的混凝土進行了場爆炸試驗和落錘試驗，發現該混合型保護系統可以很有效地保護混凝土不受嚴重衝擊以及近處爆炸載荷的破壞。採用負內凹六角胞元的蜂窩夾芯具有明顯的負泊松比效應，這對於該夾芯板對力的緩衝以及爆炸防護的性能具有很大的貢獻。數值模擬結果與實驗結果良好吻合。相較於同樣的尺寸、面密度以及材料的傳統蜂窩，本文提出的負泊松比蜂窩夾芯板性能更好。這兩種結構都能通過改變變形模式增加單層鋼板2.5倍的在近處爆炸載荷下的能量吸收。除此之外，鋼板與負泊松比蜂窩夾芯板的結合系統比單一的任何一種的面比吸能都高，表明輕質爆炸防護系統在民用、礦業、軍事、核設施以及運載器中具有廣闊的前景。
Assessing the electrical behaviour of MWCNTs/epoxy nanocomposite for strain sensing
對於多壁碳納米管/環氧樹脂納米複合材料在應變感測中電學行為的評估
翻譯：高翔
Ayda Bouhamed, Ammar Al-Hamry, Christian Müller, Slim Choura & Olfa Kanoun. Assessing the electrical behaviour of MWCNTs/epoxy nanocomposite for strain sensing.Compos. Part B: Eng.128, 91-99 (2017).
因其不僅廉價且能根據具體應用而調整感測器性能的特點，納米感測器具有很大的價值。本文主要目的在於實現多壁碳納米管（MWCNTs）/環氧樹脂納米複合材料在應變感測上的應用。本文提出使用單向混合工藝實現具有0.3%到0.75%不同濃度範圍以及不同厚度的隨機分布納米複合材料薄膜。首先使用掃描電子顯微鏡測試離散度。結果表明MWCNTs具有很好的均勻度和分布，與增加CNTs含量以及薄膜厚度的時候減少的電阻率一致。除此之外，本文證明了納米複合材料的壓阻特性主要取決於CNTs的含量和薄膜厚度。我們在具有低體積分數和厚度的樣品中觀察到很大的電阻變化，導致了具有線性相關係數0.9414的應變係數14.19。在本研究中，我們也提出了用溫度、濕度以及穩定行為描述的環境改變所帶來的影響。在MWCNTs含量較低的時候，這些薄膜會對溫度和濕度具有較高敏感性。薄膜電阻在環境條件下具有較好的穩定性。
Failure analysis of composite laminate under low-velocity impact based on micromechanics of failure
基於微觀失效力學分析複合材料層合板低速衝擊的失效
翻譯：胡建星
Xiaofei Lou, Hongneng Cai, Pengfei Yu, Fei Jiao, Xuecheng Han, Failure analysis of composite laminate under low-velocity impact based on micromechanics of failure,Compos. Struct.,163, 238-247 (2017).
現有的有關複合材料層合板衝擊的研究主要是根據宏觀力學的均質化強度理論，忽略了局部應力的不均勻性和纖維基體間的強度差異。在本文的研究中，結合描述層內損傷的微觀失效理論和描述層間失效的粘聚力模型，提出了一個新的多尺度分析方法。這種方法能夠在微觀尺度識別纖維和基體的失效模式，以及層間的分層。利用ABAQUS/Explicit模塊建立了多向CFRP層合板低速衝擊的有限元模型。為了分析微應力並定義纖維和基體可能的失效模式，我們建立了用戶材料子程序VUMAT。本文使用擁有雙線性的張力-位移界面本構模型的粘聚單元來捕捉分層的起始和傳播。最後，將數值計算得到的不同衝擊能量下的結構響應、纖維基體失效模式以及分層面積與實驗的結果進行了對比，較好的一致性驗證了本文提出的方法的有效性和精確性。
Explicit multiscale modelling of impact damage on laminated composites – Part I: Validation of the micromechanical model
層合複合材料衝擊損傷的顯式多尺度模擬—第一部分：微觀力學模型的驗證
翻譯：胡建星
D. Ivan?evi?, I. Smojver, Explicit multiscale modelling of impact damage on laminated composites – Part I: Validation of the micromechanical model,Compos. Struct.,145, 248-258 (2016).
本文介紹了一個用於模擬層合複合結構的衝擊損傷的多尺度方法的建立及驗證。該方法採用高精度廣義單胞法（HFGMC）的微觀力學模型來預測單向複合材料間的局部應力/應變場。將微觀力學模型與ABAQUS/Explicit模塊耦合，進行結構尺度的計算。
本文的方法利用了混合模式的連續損傷力學理論（MMCDM）來模擬複合材料微觀結構的損傷。多尺度方法的驗證和應用分別在兩篇獨立的文章中報道。PartⅠ介紹了微觀力學模型的綜述以及本文的微觀力學損傷模型的驗證，而多尺度分析展示在文章的PartⅡ部分。
微觀力學損傷模型的參數是通過均質化複合材料在面內剪切和橫向壓縮載入的非線性行為的實驗數據定義的。得到的結果表明本文微觀力學方法能夠精確地模擬複合材料的失效模式，以及複合材料在面內剪切和橫向壓縮載入時的非線性行為。
Buckling-Induced Kirigami
屈曲誘導的立體剪紙
翻譯：王惠添
Ahmad Rafsanjani, Katia Bertoldi, Buckling-induced kirigami,Phys. Rev. Lett.,118, 084301 (2017).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.084301
我們研究了一種薄片的力學響應，這種薄片具有相互正交的正方形陣列切口穿孔，留下的形狀是通過小紐帶連接的正方形網路。我們的結合了分析、實驗和數值方法的結果表明，在單軸拉力下，紐帶向平面外屈曲，導致3D形狀的形成，其形態由負載方向控制。我們還發現，當對屈曲的穿孔板施加很大的拉伸時，紐帶中會發生塑性應變。這導致形成包含周期性分布切口和永久性摺疊的立體剪紙片。由此，本文所提出的屈曲引起的翻起策略指出了一種從平面穿孔板製造複雜的可變形結構的簡單路線。
Microstructured Fibers: Instability-Assisted Direct Writing of Microstructured Fibers Featuring Sacrificial Bonds
由不穩定性輔助的激光直寫製造的，具有犧牲性紐帶的微結構纖維
翻譯：王惠添
Renaud Passieux, Leigh Guthrie, Somayeh Hosseini Rad, Martin Lévesque, Daniel Therriault, Frédérick P. Gosselin, Microstructured Fibers: Instability-Assisted Direct Writing of Microstructured Fibers Featuring Sacrificial Bonds,Adv. Mater.,24, 3708 (2015).
http://dx.doi.org/10.1002/adma.201570163
上圖為成分為二氯甲烷中溶解的聚乳酸（PLA）的直徑30 μm的螺旋細線沉積在縫針眼的頂部。使用沉積機器人跟蹤形成直線，細線的螺旋形狀是由於液體繩索卷繞不穩定性形成的。如第3676頁所述，F.P.Gosselin及其同事使用這種不穩定性製造了具有特定力學性能的微結構纖維。
Calibrationand validation of a continuum damage mechanics model in aid of axial crush simulation of braided composite tubes
編織複合材料管軸向壓潰模擬輔助下的連續體損傷力學模型的校準與驗證
翻譯：陳昊宇
Carla M., Navid Z., Reza V., Anoush P., Xinran X. Calibration and validation of a continuum damage mechanics model in aid of axial crush simulation of braided composite tubes.Compos. Part A,95, 208-219 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2017.01.012
我們展示了在顯示有限元分析軟體LS-DYNA中作為用戶材料模型出現的用於校準宏觀力學損傷模型參數的實驗與數值研究的聯合方法，來從代表性體積單元層面上表現複合材料漸進損傷行為。特別地，模型參數定義了橫向拉伸，基於缺口拉伸、四點彎和偏心壓縮實驗定義了三向編織碳纖維/環氧樹脂複合材料的軸向壓縮響應。為了證明材料模型及校準輸入參數的有效性，我們模擬了缺口拉伸試樣和偏心壓縮測試，結果與實驗測得的一致性良好。本文及參考文獻[1]還通過成功模擬同種材料製成的方形管的軸向壓潰提供了對模型的進一步驗證。
A new shell-beam element modeling method and its use in crash simulation of triaxial braided composites
一種新型殼-梁單元建模方法及在三向編織複合材料壓潰模擬中的應用。
翻譯：陳昊宇
Danghe S., Xinran X.A new shell-beam element modeling method and its use in crash simulation of triaxial braided composites.Compos.Struct.,160, 792–803 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.10.105
為了克服複合材料管軸向壓縮採用殼單元模擬中的不穩定性，本文探索了一種新型建模方法：殼-梁（SB）單元方法。本方法創造了一個可以沿厚度方向變形同時可保持殼單元的效率的單元。通過虛擬單元、懸臂樑及面內壓縮測試來評估殼-梁單元。結果顯示殼-梁單元在克服傳統二維和三維面內壓縮離散單元不穩定性時的有效性。通過被稱為高級連續損傷力學模型（ECDM）的內部材料模型，來進行五種構型七種實驗條件下的三向編織複合材料管的壓潰模擬，進一步檢驗了殼-梁單元。模擬結果與實驗中獲取的失效形態和力-位移響應吻合。
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