各向異性暨復(fù)合材料的損傷、破壞和強(qiáng)度分析是固體力學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)。在該領(lǐng)域，黃爭鳴教授歷經(jīng)20多年的研究，取得了系統(tǒng)性突破。創(chuàng)建了復(fù)合材料彈-塑性解析本構(gòu)理論——橋聯(lián)模型，是唯一滿足內(nèi)應(yīng)力計(jì)算一致性的理論。不滿足一致性，就須采用三維本構(gòu)方程計(jì)算纖維和基體中的內(nèi)應(yīng)力，相比二維方程的計(jì)算量至少增加一個數(shù)量級?；w進(jìn)入塑性后，只有橋聯(lián)模型的本構(gòu)方程是解析式，其他模型依賴的Eshelby張量無顯式，數(shù)值積分須取200個以上高斯點(diǎn)方足夠精確（Comp. Mech., 7: 13-19, 1990）。眾多國外評估證實(shí)，橋聯(lián)模型精度高于其他模型（Int. J. Impact Engng., 2009, p. 899），也是“世界范圍破壞評估(WWFE)”參評精度最高的細(xì)觀力學(xué)理論（Comp. Sci. Tech., 64: 565, 2004），并且是唯一計(jì)算了纖維和基體中熱殘余應(yīng)力的參評理論（Comp. Sci. Tech., 64: 450, 2004）。橋聯(lián)模型已成為世界復(fù)合材料力學(xué)界的著名理論，得到了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外他人基于橋聯(lián)模型公開發(fā)表的研究論文已超過220篇。

 

　　復(fù)合材料除沿軸向的破壞可能源自纖維外，其它破壞一般都源自基體。因此，幾乎所有挑戰(zhàn)性問題皆因無法準(zhǔn)確預(yù)測基體破壞所致，關(guān)鍵是現(xiàn)有理論只能求得基體均值應(yīng)力，而預(yù)報復(fù)合材料性能必須基于真實(shí)應(yīng)力。黃爭鳴創(chuàng)建了基體真實(shí)內(nèi)應(yīng)力理論。他還首次將復(fù)合材料的破壞定義為強(qiáng)度型和損傷型，指明了損傷型破壞主要有三類，即纖維和基體界面開裂、層合板分層及層合板中的非致命破壞，其中，非致命破壞包括纖維的偏折、基體的拉伸與基體的壓縮破壞，一舉解決了如何確定“損傷容限設(shè)計(jì)”中的損傷容限難題。

 

　　基體拉伸和壓縮破壞依據(jù)其破壞面上的外法向應(yīng)力大于或小于0確定，黃爭鳴依據(jù)堅(jiān)實(shí)的物理原理，創(chuàng)建了普適的基體拉、壓強(qiáng)度理論。他還徹底解決了任意載荷下纖維和基體界面何時開裂這一難題，除了纖維和基體性能外，只需提供一個復(fù)合材料橫向拉伸強(qiáng)度即可。

 

　　航空界往往視復(fù)合材料為脆性材料，因其軸向和橫向拉伸直至破壞皆為線性的，但無法解釋為何剪切非線性變形卻異常顯著。黃爭鳴通過研究揭示纖維和基體界面開裂后的相對滑移是剪切非線性變形的主因，其次是基體塑性和真實(shí)內(nèi)應(yīng)力影響。

 

　　針對為什么從T300到T1100，碳纖維的強(qiáng)度大幅提升，但復(fù)合材料沿纖維的壓縮強(qiáng)度卻幾乎不變？黃爭鳴揭示，當(dāng)纖維強(qiáng)度足夠高后，纖維偏折導(dǎo)致軸向壓縮下基體先發(fā)生剪切破壞。因此，進(jìn)一步提升纖維強(qiáng)度無助于改善復(fù)合材料軸向壓縮強(qiáng)度，只有通過減少纖維偏心排列、提高基體剪切強(qiáng)度方可改進(jìn)。

 

　　層合板分層是復(fù)合材料最為常見的破壞形式，目前預(yù)測分層存在兩大難題：一是幾乎每個加載步都須迭代，計(jì)算量極為龐大，工程中無法用；二是有些輸入數(shù)據(jù)的確定甚至沒有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可依。黃爭鳴建立的分層萌生與擴(kuò)展分析方法無需任何迭代，除了纖維和基體性能，只需提供單層板的臨界I型和II型斷裂韌性即可。

 

　　黃爭鳴教授在文章中的理論分析，不僅將復(fù)合材料的輸入數(shù)據(jù)降到最低，而且這些數(shù)據(jù)皆可依據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先獨(dú)立測定。這對復(fù)合材料的工程應(yīng)用具有重要意義。