长纤维复合材料非线性细观模型

本文基于Huang细观理论弹性模型,建立桥联参数与基体等效塑性应变的函数关系式,从基体塑性及塑性应变改变复合材料应力场分布两个方面研究复合材料非线性。从而,细观力学桥联模型能够分析基体塑性变形对基体与纤维协同工作的影响。本方法运用传统塑性理论计算基体的塑性变形,以改进的桥联矩阵考虑分配基体和纤维应力,计算过程相对简明。最后,本文用该方法分析了单向复合材料剪切性能,理论计算值与实验结果吻合较好。     

玄武岩纤维织物高延性混凝土拉伸性能

为研究玄武岩纤维织物高延性混凝土（TR-HDC）的拉伸力学性能，设计和制作了36组TR-HDC狗骨形拉伸试件，通过单轴拉伸试验研究织物配网率、PVA短纤维掺量、基体类型和网格间距（5mm、10mm）对TR-HDC拉伸力学性能的影响.试验结果表明：随织物配网率的增加，TR-HDC试件的抗拉强度大幅提高，多裂缝开展特征明显；PVA短纤维的掺入可有效改善织物与基体的界面特性，防止基层的剥离，减少织物与基体之间的滑移，并且提高织物强度利用率；网格间距增大时，掺入的PVA短纤维更容易穿过织物网格，与纤维束充分接触，增加了织物与基体的机械锚固力，使纤维织物的强度利用率提高；基体中粉煤灰掺量的改变对于TR-HDC试件的抗拉强度影响较小，而粉煤灰掺量较多时，试件的应变较大，裂缝间距较小.通过对试验结果进行回归分析，考虑PVA掺量与纤维织物耦合作用，给出了TR-HDC单轴抗拉强度简化计算模型.     

生物医用聚乳酸纤维增强壳聚糖棒材

利用原位沉析法制备了聚乳酸纤维/壳聚糖复合棒材,对复合棒材的微观形貌、力学性能进行了表征.有机聚乳酸纤维和有机壳聚糖基体具有良好的相容性,纤维表面还会因氢键等作用和基体产生物理吸附及一定的分子链缠结,SEM结果表明,纤维与基体间形成了良好的界面作用.复合棒材因聚乳酸纤维的加入有效地提高了弯曲强度和模量.当添加8%(质量分数)11 mm长的纤维时,复合材料弯曲强度达到108.9 MPa,比壳聚糖提高了54.9%,复合棒材弯曲模量达到4.74 GPa,比壳聚糖提高了170.9%.聚乳酸纤维和壳聚糖均具有良好的生物相容性和可降解性,这种复合材料在可吸收内固定材料方面将具有广阔的用途.     

钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

超高性能混凝土（UHPC）具有优异的抗压强度，而超高延性水泥基复合材料（ECC）具有优良的拉伸应变强化能力，二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋（FRP bar）具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用，有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题，同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体（普通混凝土、ECC和UHPC）与2种筋材（钢筋、BFRP筋），在其材料性能试验基础上，对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明，复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度，但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定；高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态，反而降低了体系的延性（拉伸变形能力）。初步证明，基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。     

NiTi长纤维增强Mg合金复合材料及其制备

采用球磨／热压工艺制备出一种NiTi长纤维增强Mg合金复合新材料．实验表明该复合材料具有较高的密度和硬度，基体组织均匀，长纤维没有受到损伤，与基体之间的界面清晰，没有观察到界面反应层，没有MgO形成．制备工艺简单，可操作性强．     

硅酸钙板-纤维增强泡沫混凝土复合墙板的受压性能

以硅酸钙板为面板、纤维增强泡沫混凝土为芯材制备了泡沫混凝土复合墙板,研究了聚丙烯纤维掺量和泡沫混凝土容重对复合墙板受压性能的影响;并通过对受压应力应变曲线回归分析,获得了应力应变曲线方程.结果表明:随芯材中纤维掺量的增大(0~2 kg/m~3),复合墙板受压破坏时芯材的裂缝减少,抗压强度提升了76.08%,受压韧性指数提高了30.03%;随芯材容重的增大(400~600 kg/m~3),复合墙板受压破坏时逐渐从单一破坏转变为整体破坏,抗压强度大幅提高,受压韧性指数增幅较小;复合墙板受压应力应变曲线可分为弹性应变、应力硬化、应变软化和破坏4个阶段,峰值应变随纤维掺量的增加而增加,芯材容重对峰值应变的影响较小;复合墙板在受压条件下会出现界面裂缝和分层现象.     

纤维增强悬臂复合薄板固有特性分析与验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有特性进行了分析与验证.首先,基于双向梁函数法,推导了具任意纤维角度下该类型复合薄板的最大动能和应变能,明确了利用该方法获取固有频率和模态振型的原理.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了分析纤维增强悬臂薄板固有特性的具体流程.最后,搭建了固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,进行了实际测试.验证结果表明,基于双向梁函数法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在3.7%~9.7%,且前5阶振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

硼纤维-镍复合电铸层界面结合强度的研究

研究了复合电铸层纤维-基体的界面结合强度及其对抗拉强度的影响.使用单纤维拔出法测定了不同条件下的硼纤维-镍复合电铸层的纤维-基体界面结合强度,并设计了一种简单可行的试样制备方法.试验结果表明,电流密度和热处理对硼纤维-镍复合电铸层的界面结合强度具有较大的影响;结合强度的提高能够显著提升复合电铸层的抗拉强度,并且随着硼纤维体积分数的增加,提升效果越来越明显.当硼纤维-镍复合电铸层的界面结合强度由12.49MPa上升至30.12MPa时,硼纤维体积分数为30%的复合电铸层抗拉强度由990MPa上升到1 280MPa.     

玻纤网格布增强PC复合片材的制备及其拉伸性能

采用热压成型工艺制备了玻纤网格布增强聚碳酸酯(PC)复合片材,考察了铺层结构、铺层角、增强纤维面密度及基体薄膜厚度对复合片材拉伸性能的影响。结果表明,增强玻纤网格布与基体膜的交替叠层为适宜的铺层结构;拉伸性能随铺层角增大而下降;低面密度的玻纤网格布适宜制备低面密度的"薄型"复合片材;采用厚度较小的基体膜可以制得拉伸性能较好的复合片材。扫描电子显微镜(SEM)分析表明交替的铺层结构有利于基体对低面密度增强纤维的束内浸渍,从而提高片材的拉伸性能。     

聚酰亚胺纤维增强低密度柔性MTES基SiO2气凝胶的制备及表征

本文用具有环境友好性的甲基三乙氧基硅烷替代甲基三甲氧基硅烷,在水溶剂体系中,利用阳离子表面活性剂制备SiO2气凝胶基体,并以耐高温的聚酰亚胺短切纤维为增强相,制备得到了柔性疏水的SiO2气凝胶复合隔热材料。研究了聚酰亚胺短切纤维含量对复合材料热、力学性能的影响。结果表明：制备得到的SiO2气凝胶复合材料具有纤维状三维骨架结构并且气凝胶基体与增强相之间结合紧密,使得复合材料具有超疏水性,疏水角高达171°;具有良好的隔热保温性能,导热系数在0.021 W/(m·K)~0.0225 W/(m·K)之间,初始热分解高达521℃;具有较好的弹性,压缩20%形变后样品未发生增强相与基体的分离现象,并且卸压后能回弹至12%形变处。随着纤维含量的增加,复合材料里压缩强度（20%形变）逐渐增大,但是回弹率并没有较大的变化。     

单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量预测

建立含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导得到纤维轴向应力计算方程和纤维长度影响因子λ的表达式。依据纤维长度影响因子和混合定律得到了单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量的计算公式,探讨纤维长径比和体积分数等细观结构参数对材料纵向弹性模量的影响。将计算公式得到的材料纵向弹性模量与Halpin-Tsai和Darlnigton方程得到的结果与实验值进行了对比。结果表明,计算公式预测值更接近于实验值。     

四步法三维编织复合材料弹性性能的数值细观力学分析

本文介绍一种预测四步法三维编织复合材料弹性性能的方法提出了一种细观力学分析模型,并根据应变能等效原理,采用有限单元法作了分析复合材料的弹性模量和泊松比被表达为纤维和基体的弹性性能、纤维体积比、编织角等的函数对理论计算值和实验数据作了比较图４,表１,参８     

考虑劈裂对应力集中缓解作用的纤维增强复合材料损伤破坏分析

外载荷作用下含缺口纤维增强复合材料层合板在缺口边缘存在很高的应力集中,在载荷水平较低时,缺口边缘纤维间基体受剪切作用会发生沿纤维方向的纵向劈裂,该纵向劈裂会降低缺口处的应力集中并提高层合板的承载能力。为准确模拟纵向劈裂对缺口边缘应力集中的缓解作用,利用扩展有限元方法模拟劈裂建立了复合材料层合板渐进性损伤破坏分析的仿真模型,模型选用Hashin破坏准则对复合材料层合板的失效进行预测,分别研究了铺层顺序和缺口形状对复合材料层合板抗拉强度的影响,并与现有文献中的实验结果进行了对比,模拟结果表明破坏模式和破坏强度均与实验结果相吻合,验证了本文渐进性损伤破坏分析仿真模型的有效性。     

T700/QY8911缝合复合材料细观力学模型研究

建立了两种缝合复合材料单层细观力学几何模型。通过考虑缝线引起面内纤维弯曲角度的梯度渐变分布和纤维弯曲区域宽度的范围,以T700/QY8911缝合复合材料为例,用细观力学方法和数值积分方法分别计算了两种模型的弹性常数和拉伸强度。计算及试验结果表明,缝合引起的面内纤维弯曲变形导致了复合材料纵向弹性常数下降;无论增强纤维最大弯曲变形程度为何值,当纤维弯曲区域宽度越小,纤维弯曲区域宽度对纵向弹性模量的影响越大;即缝线引起纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲变形比纤维全部发生弯曲变形得到的结果更准确。     

On the liquid-phase technology of carbon fiber/aluminum matrix composites

The main problems with the liquid-phase technology of carbon fiber/aluminum matrix composites include poor wetting of the fiber with liquid aluminum and formation of aluminum carbide on the fibers' surface. This paper aims to solve these problems. The theoretical and experimental dependence of porosity on the applied pressure were determined. The possibility of obtaining a carbon fiber/aluminum matrix composite wire with a strength value of about 1500 MPa was shown. The correlation among the strength of the carbon fiber reinforced aluminum matrix composite, the fracture surface, and the degradation of the carbon fiber surface was discussed.     

两步法编织复合材料矩形截面杆件的刚度系数

根据层合板类推原理和一阶剪切变形位移理论分析了两步法编织复合材料矩形截面杆类构件的弹性性能，导出了该类构件的拉伸、弯曲、扭转、剪切以及各种耦合刚度系数的计算公式     

单压状态下保护层对埋置式光纤传感器的影响

由于光纤制造工艺的因素,埋置式光纤传感器的应变量测受到光纤构造的影响,该文主要分析保护层对测量精度的影响。由于光纤保护层材料的特殊力学性质,采用理论分析具有诸多的局限性,且分析结果难以应用于大应变区间,该文将模型在理想化的假设条件下,采用有限元数值计算方法(FEM)进行分析,并且将数值计算结果和实验结果相比较。结果表明两者吻合得较好,证实保护层对大范围应变影响较大,影响系数在被测量材料的应变的变化全过程可以确定。     

不同温度时橡胶-纤维复合材料帘线拔出有限元模拟

采用大变形、非线性有限元分析方法,以单根纤维帘线的大位移(0~2.5 mm)拔出为例,对橡胶-纤维复合材料不同温度下的界面力学性能进行了数值分析,得到了相应的应力场分布和拔出载荷的变化.模拟结果表明,在纤维拔出时,橡胶-纤维复合材料界面的端部出现剪应力集中,并随着温度变化而变化.拔出载荷与试验结果对比,在中、低温度区域内,具有较好的一致性.     

短SiC纤维增强玻璃陶瓷氧化行为的研究

文章研究了单向短切碳化硅纤维增强玻璃陶瓷复合材料的氧化行为。结果表明：复合材料氧化过程中氧的扩散与复合材料中气孔或纤维基体热匹配微裂纹有关,早期氧化造成碳化硅纤维－基体界面富碳层消失和非晶态ＳｉＯ２的形成,非晶态ＳｉＯ２向玻璃陶瓷基体的扩散形成纤维－基体的强结合,导致复合材料整体脆化,强度降低２。