随机再生骨料增强混凝土受压应力-应变关系

为研究再生混凝土材料的力学性质,应用ANSYS的APDL参数化编程和AUTOCAD几何功能,生成含随机分布再生骨料、粘结界面和水泥砂浆基体的三相复合材料的细观模型,从细观力学的角度建立再生混凝土材料的非线性损伤本构方程,模拟再生混凝土材料单轴受压时的细观破坏过程,分析界面强度和损伤参数对再生混凝土材料的抗压强度的影响,所得应力-应变关系体现了再生混凝土材料的应变软化现象,与现有的试验结果相比,具有较好的一致性.     

界面强度对柔颗粒增强复合材料破裂特性的影响

界面强度对复合材料的破裂特性和破裂机理具有非常重要的影响。研究了不同界面强度的柔颗粒增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能和破坏过程。在细观尺度上考虑了材料介质力学参数的非均匀分布,采用基于细观损伤力学开发的针对材料破坏过程分析的RFPA2D数值模拟程序,对复合材料从裂纹萌生、扩展直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,当界面结合较强时,复合材料主要发生穿晶破坏,材料韧性较好但强度较差;当界面结合较弱时,复合材料主要产生沿晶破坏,材料韧性较差而强度较好。     

纤维增强脆性基复合材料的力学性能和破裂过程研究

研究了弱界面长纤维增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能及其破裂机理和破坏过程。采用基于细观损伤力学基础上开发的针对材料破坏过程分析的MFPA2D数值模拟程序,考虑材料物理力学参数在细观尺度上的非均匀性,对复合材料的变形、损伤直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明当脆性基体复合纤维后,复合材料的强度、刚度都随之提高,并随纤维的增加而增加;复合材料的韧性也大为增强,可观察到界面脱粘、裂纹偏折、纤维桥联和拔出等现象,并得到相应的声发射模拟结果。     

复合材料的细观力学研究进展

复合材料具有较强的结构特性,是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏观力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展,介绍了复合材料的细观力学模型的发展,综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状,并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。     

纤维增强脆性基复合材料界面脱粘过程的数值模拟

研究了纤维增强脆性基复合材料界面脱粘过程中剪应力的变化规律。采用基于细观损伤力学基础上开发的针对材料破坏过程的数值模拟程序,考虑材料物理力学参数在细观尺度上的非均匀性,对界面脱粘过程进行了模拟。结果表明,材料的非均匀性条件对界面脱粘过程有很大的影响。     

钢筋混凝土梁冲击响应的3D细观力学模拟

钢筋混凝土结构在冲击载荷作用下响应和破坏的研究受到了广泛的关注.本文通过建立3D细观力学模型,并结合新近研发的混凝土动态计算本构模型,模拟计算冲击载荷作用下钢筋混凝土梁的响应和破坏.3D细观力学模型假定混凝土是由砂浆基体、粗骨料和界面过渡层(Interfacial Transition Zone,简称ITZ层)三相组成的复合材料.混凝土动态计算本构模型考虑了压力相关性、剪切损伤、拉伸损伤、Lode角效应和材料应变率效应等主要因素.结果表明:数值模拟得到的冲击载荷、梁跨中点挠度的时程曲线以及裂纹的分布和扩展模式与实验结果吻合得较好;新提出的混凝土3D细观力学模型和新近研发的混凝土动态计算本构模型可以用来预测钢筋混凝土结构在冲击载荷作用下的响应和破坏.     

高斯激光辐照具有涂层结构的复合材料的温度场研究

基于傅里叶热传导方程,考虑有限厚材料的尺寸,利用积分变换法得到高斯激光辐照具有涂层结构材料温度场分布的解析解;分析了激光参数和材料尺寸对复合材料温度场分布的影响;使用插值法研究了材料物性参数随温度变化引起的瞬态温度场分布变化;对具有涂层的铝合金双层体试件进行了数值计算,得到了分界点热导率值.     

增强短纤维长径比对复合材料力学性能的影响

研究了理想界面短纤维的不同长径比对脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下力学性能的影响.从细观尺度上考虑基体材料介质的非均匀性,对复合材料的变形、损伤直至失稳破坏的全过程进行数值模拟.结果表明:随着增强短纤维长径比的增加,复合材料的强度、韧性以及刚度都随之增加,同时材料试件的失稳破坏模式也受到长径比的影响而有所不同.     

激光作用金属板材的温度场和热应力场

基于Von Mises屈服准则和弹塑性本构关系,建立了连续激光辐照金属基体材料的空间轴对称有限元模型.该模型考虑了金属材料在激光作用过程中的热学及力学性质的非线性,计算了光强为高斯分布的激光光束加热钢板时的温度场和热应力场,得到了温度场和热应力场的分布及其随时间的变化规律.通过对结果的分析,认为在激光作用前期热膨胀会造成热应力上升,而后期材料的热软化会导致塑性区域应力水平下降和其他区域应力水平增加缓慢甚至下降.有限元计算结果与已知实验结果的对比表明了有限元法的有效性.     

短纤维增强脆性基复合材料破坏过程和力学性能研究

 研究短纤维增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能和破裂机理。采用基于细观损伤力学基础上开发的针对材料破坏过程的数值分析软件,考虑材料细观非均匀性,对复合材料的变形、损伤直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,加入短纤维后,材料试件的强度和韧性都比基体材料显著提高。短纤维强度的变化对复合材料试件的强度和刚度没有明显影响;而短纤维弹性模量的变化对复合材料试件的强度、刚度和韧性均影响明显,随着短纤维弹性模量的增加,复合材料试件的强度和刚度不断增加,但韧性却逐步降低。     

复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析

该文针对火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,进行复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析.基于有限元分析方法(FEM),建立了复合材料身管三维有限元模型;采用直接耦合法进行求解,获得复合材料身管在发射条件下温度场和身管动态应力的变化规律.分析结果表明:高温高压的火药气体引起较大的瞬间热应力,这种瞬间热冲击对身管金属内衬的强度影响很大.     

描述微纳米多孔复合绝热材料的单元体传热模型

根据硬硅钙石-气凝胶复合绝热材料的微观结构特点,建立了描述材料内气固耦合导热的三维单元体传热模型.通过模型计算对硬硅钙石型硅酸钙、气凝胶及硬硅钙石-气凝胶复合绝热材料的导热系数进行了对比研究.结果表明:硬硅钙石型硅酸钙密度是影响复合绝热材料有效导热系数的关键因素,而气凝胶密度的影响不大;在高温下,复合绝热材料的导热系数要明显低于硬硅钙石型硅酸钙及二氧化硅气凝胶的导热系数.     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

碳纤维增强复合材料雷击电-热耦合仿真及因素影响

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)在雷电流作用下的烧蚀损伤,对CFRP进行了雷电流电-热耦合效应仿真和不同参数影响分析。首先,对试件进行了电-热耦合有限元分析;并在温度叠加法的基础上进行改进,完善了温度引起复合材料的性能变化;利用ABAQUS软件进行了碳纤维增强复合材料雷击损伤电-热耦合仿真模拟,和实验结果对比验证了仿真的有效性。结果表明:相同波形雷击电流,峰值越高,损伤面积越大,损伤深度越大。之后,利用改进方法分别研究不同因素对雷击作用下CFRP烧蚀损伤的影响,结果表明复合材料的电导率、比热、密度是影响烧蚀损伤的重要因素。     

基于三维细观结构的PBX炸药的损伤机理

为了解细观结构差异和热力作用对高聚物黏结炸药(polymer bonded explosives, PBX)损伤的影响,采用Voronoi方法建立三维细观模型,并考虑颗粒的弹塑性和黏结剂的弹黏塑性以及界面内聚力本构关系,分析不同细观结构PBX在热力载荷下的损伤演化机理。结果表明升温不易造成界面的损伤,降温时收缩率较小的黏结剂对颗粒的收缩有阻碍,导致界面间法向拉应力增大,易造成界面损伤。提高黏结剂含量,有利于减小降温时界面的损伤程度。当黏结剂含量相近时,颗粒粒径越趋于一致,界面损伤程度越小。在低压作用下,损伤由法向应力导致转为由切向应力导致,损伤程度减小,但当压力过大时界面产生新的损伤。     

雷击作用下复合材料层合板的烧蚀损伤表征及剩余强度影响因素分析

为表征复合材料雷击烧蚀损伤,基于唯象分析方法,建立了雷击烧蚀损伤引起的材料力学性能退化模型. 采用连续损伤力学(CDM)方法提出了复合材料雷电烧蚀损伤的三维渐进损伤退化模型,采用Hashin和Yeh分层失效准则,验证了失效点的发生情景. 根据所建立的模型和刚度矩阵渐进损伤退化模型的编码,利用ABAQUS软件并结合UMAT子程序预测了拉伸载荷下雷电烧蚀损伤复合材料层合板的残余强度,最终的仿真精度验证了该模型的有效性.     

高速客车制动盘材料SiCp/A356 细观热疲劳仿真

采用三维有限元方法模拟高速客车制动盘的非连续SiC颗粒增强铝基复合材料体元的循环热应力应变场．并按球对称模型,对颗粒增强复合材料中热膨胀差（DCTE）热应力进行了弹塑性有限元分析．探讨了颗粒增强铝基复合材料发生晶界分离失效的形成机理．证明了温度达到最大时,界面结合处产生热压应力;而在温度冷却至室温时,产生热拉应力,而一般认为压应力对疲劳损伤没有影响,因此,可将循环热疲劳过程简化为某一恒温下的疲劳过程．     

磁处理降低钢中残余应力的微观机理模型

目的是定量研究一种新颖的降低材料内应力的非热方法、低频交变磁处理法的效果及其微观机理。在试验研究了该方法降低试样内残余应力的程度、特点和工艺参数的影响后 ,通过透射电镜分析 ,着重观察了磁处理时材料内部的位错运动规律。结果表明 ,低频交变磁处理用于降低材料的内应力是有效的 ,其主要应力降低原因是磁处理过程引起的位错均匀化。在实验结果和理论分析的基础上 ,提出了磁处理时材料内应力松弛的物理模型 ,合理地解释了低频交变磁处理方法降低残余应力的机理     

复合钎料的研究进展

以复合钎料进行钎焊,对于异种材料的钎焊,特别是陶瓷和金属的钎焊是一种很有潜力的方法。在传统钎料中加入一定比例的各种形态的高温合金、碳纤维和陶瓷颗粒作为增强相所制成的复合钎料,具有合适的热膨胀系数,可有效降低因母材热膨胀系数不同而导致的钎焊接头处的残余应力,同时可提高钎焊接头的综合性能。按照传统复合材料的分类方式,从增强相尺寸的角度将复合钎料分为微米级增强复合钎料和纳米级增强复合钎料,分析复合钎料的特点及研究现状。通过分析不同尺寸增强相复合钎料对钎焊接头组织和力学性能的影响可知:与微米级增强复合钎料相比,纳米级增强复合钎料具有更加均匀且良好的组织结构,并能获得更高的接头强度。目前,有关纳米级增强复合钎料钎焊的增强机理尚未得到充分的研究,将成为今后研究工作的重点。     

CFRP超高周三点弯曲疲劳热效应特性实验与数值模拟

针对复合材料超高周三点弯曲疲劳的温升问题,利用商用软件ABAQUS对实验过程中的热效应进行建模与数值模拟研究,得出了疲劳载荷作用下CFRP试样的主体产热阶段与位置,并根据冷却方案设定的基本原则,利用复合冷却方式开展了连续载荷作用下的超声疲劳试验,研究结果表明：CFRP不存在传统的疲劳极限。随着应力水平的改变,CFRP超高周三点弯曲疲劳破坏存在损伤竞争机制,低应力水平下损伤形貌主要以孔蚀形貌为主,高应力水平下主要以分层以及横向裂纹损伤形貌为主。