力学存在两大挑战:流体力学的湍流和固体力学的复合材料破坏与强度,都是对工程应用具有重大意义、长期受到广泛关注但又都还没有获得有效解决的大难题。目前,复合材料的破坏和强度分析主要基于唯象法建立的破坏和强度理论,计算出横截面上的应力(通常只精细到单元中每一层分担的载荷)后,代入不同破坏判据,检测复合材料的各种损伤与破坏。比如,开孔与不开孔层合板的破坏判据不一样,静载与疲劳加载的强度方程不同,冲击破坏的判据方程又会是另一套?,不一而足。这就需要提供不同的复合材料破坏实验数据,工作量巨大,C929大飞机的材料试验件就高达几十万件,尽快组分材料纤维和基体完全相同。即便如此,理论和实验对比往往差强人意。本次报告中,我们首先要指出,复合材料的破坏和强度分析,必须采用细观力学方法,求出组分材料纤维和基体中的内应力才行。我们知道,复合材料的破坏,往往源自纤维和基体的界面脱粘或开裂,但要准确预测任意载荷下复合材料的极限承载能力,必须确定界面何时开裂。如果不知道纤维和基体中的内应力,仅仅依据唯象方法,无论复合材料实验数据多么丰富,都无法回答任意载荷下界面何时开裂。事实上,基于细观力学,我们已成功解决了任意载荷下的界面开裂问题。其次,我们要指出,数学弹性理论基础上的经典细观力学方法求出的内应力,是一种均值应力,必须转换成真实应力后,才能用于和纤维以及基体的原始强度比对,进而确定复合材料的破坏。纤维中的应力均匀,其真实应力和均值应力相同;基体的真实应力,等于均值应力乘以添加纤维后的基体应力集中系数。物理上解释,基体真实应力,相当于纯基体材料受外载作用所产生的应力,因为基体的原始强度是不夹任何杂质的试样测试所得。需要说明的是,基体中的应力集中系数与传统意义上的应力集中系数存在本质差异。第一,传统上的应力集中是因材料或结构中有缺陷而产生,基体中的应力集中则总是存在的,哪怕复合材料中没有任何缺陷。复合材料中因缺陷如开孔产生的应力集中,可称为等效或宏观应力集中,这种应力集中将由缺陷周围的纤维和基体共同承担。基体中的应力集中仅仅由基体承担,可称为细观应力集中,纤维不分担细观应力集中。第二,基体中的应力集中系数定义完全不同于传统(即经典)方法,报告人首次发现并系统建立了基体应力集中系数的解析理论。第三,除了沿纤维轴向加载外,任何复合材料的破坏和强度分析,都必须考虑基体应力集中系数的影响。基体真实应力或应力集中系数的计算,打开了解决各种复合材料破坏和强度问题的大门。最后,我们要指出,各种复合材料的损伤、破坏和强度问题,都可以在统一框架下加以解决,如此将极大减少材料破坏试验工作量。纤维细长,类似杆件,其破坏主要因轴向应力过大所致;绝大部分的复合材料损伤与破坏包括界面开裂,都源自基体,只需根据基体的真实应力,建立起有效破坏判据,余下工作就是针对不同加载(静、动、疲劳、冲击、高应变率…)条件,测定纯基体的拉伸、压缩及剪切强度即可。