热/机械载荷作用下金属基复合材料多纤维断裂的应力场

作为研究金属基复合材料破坏特性的前期工作,主要讨论了在热/机械载荷作用下多纤维断裂的复合材料应力场.运用影响函数加权叠加方法求解复合材料多纤维断裂时的应力场,并利用了已得出的结论:断裂纤维只对附近纤维与基体的应力有影响.可将影响函数仅建立在与断裂纤维紧邻的纤维和基体范围内.根据以上结论,对求解多纤维断裂问题的模型进行简化,基于剪切滞后模型理论,控制微分方程建立在受纤维断裂影响的纤维和基体范围内,大大降低求解的计算量,把金属基复合材料的应力场与纤维和基体体积分数以及纤维-基体界面特性定量地联系起来.     

碳纤维增强铝基复合材料的界面微结构研究

界面在金属基复合材料中起着极为重要的作用.在碳纤维增强铝基复合材料中纤维及其表面涂层与基体的相互作用(特别在高温时),一方面能提供纤维与基体之间的粘接,而有效地传递载荷;另一方面,过度的反应将改变碳/铝复合材料的破坏模式而严重影响性能.界面反应产物的多少及形状与纤维的种类、基体的成分、工艺方法及热处理温度等有关.一些研究     

碳纤维增强铅基复合材料的断裂分析

本文旨在通过碳纤维增强铅基复合材料的断裂过程分析,探索软金属基体经纤维增强后其复合材料的断裂行为。作者选择了纯Pb、Pb-Sn10％、Pb-Sn5％-Sb17％三种不同成份的合金作为基体制成复合材料,拉断后对断口进行了宏观和扫描电镜观察,结果表明:基体本身的机械性能、纤维与基体间界面的结合强弱及纤维在基体中分布均匀程度均影响铅基复合材料的断裂过程,从而影响复合材料的拉伸强度。因此文章指出,软金属基复合材料欲获得高的断裂强度,应选择强韧性有一定配合的基体,并具有适当的基体与纤维的界面结合强度,纤维在基体中的均匀分布也应设法保证。     

计及基体刚度的单向复合材料应力集中分析

提出了一种计及基体拉伸刚度效应的修正剪滞模型，用于研究单向纤维增强复合材料中由于纤维或基体破坏所引起的应力重分布问题。文中定量讨论了纤维／基体拉伸刚度比及纤维体积分数对断口邻近的纤维和基体的应力集中的影响。证实了当基体拉伸模量较低（如树脂基复合材料）及纤维体积分数较大时，可以忽略基体刚度对应力集中的影响；而对于其它情形（如陶瓷、金属基复合材料），就不可忽略基体刚度的影响。     

维尼纶纤维增强石膏基复合材料力学性能研究

研究了石膏基复合材料的结构、耐水机理和物理力学性能.结合弯曲载荷变形曲线,分析了维尼纶纤维增强石膏基复合材料的断裂机理;利用扫描电子显微镜,分析了复合材料界面性能.结果表明:石膏基复合材料实现了单一的结晶到晶胶共生的结构转变,材料的强度和耐水性得到改善;维尼纶纤维能提高复合材料的抗折强度、断裂能、断裂韧性和冲击韧度;维尼纶纤维增强石膏基复合材料断裂过程可分为3个阶段:基体断裂、纤维脱粘和纤维拔出;纤维和基体间界面结合强度较弱.     

复合材料叠层圆柱壳体的弹性理论解

本文采用三维各向异性弹性理论直接求解纤维增强的复合材料叠层圆柱壳体在轴向载荷作用下的位移场和应力场.所得结果对纤维增强叠层圆柱壳体的可靠性设计和强度破坏的分析有一定的实用价值。     

喷射沉积金属基颗粒复合材料的研究

对喷射沉积金属基颗粒复合材料的工艺过程及其主要影响因素进行了分析,对制得的复合材料进行了结构观察和性能试验,对喷射沉积凝固特点进行了讨论。试验结果表明,采用该工艺制取金属基颗粒复合材料,能够克服传统方法的某些不足,增强颗粒在基体中呈弥散分布,无凝固偏析。与基体合金比较,复合材料硬度有较大提高,且具有优良的耐磨性。     

热载荷作用下颗粒增强复合材料温升分布数值模拟

对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与基体材料不一样的热传导属性,且分布不规则,使得热量在复合材料中的稳态热传导以及温升分布规律极其复杂.论文基于等效夹杂方法,提出一种求解分布热载荷作用下复合材料温升分布场的数值分析方法,并利用共轭梯度法和快速傅里叶变换法提升数值分析方法效率.分析结果表明,颗粒增强体形状、大小、位置和热传导属性对颗粒增强复合材料内部温升分布有着显著影响.     

多涂层各向异性短纤维复合材料热弹性解

建立了包含任意层同轴圆柱壳体模型,并得到了热载荷作用下的空间轴对称控制方程.利用局部/总刚度矩阵方程方法,在假定材料的性质与温度无关的情形下获得了具有任意涂层正交各向异性单向短纤维复合材料的热弹性解析解.相比于经典的弹性力学方法--根据界面应力和位移连续联立方程组求解,所用方法极大地减少了未知量的个数,便于计算机编程.最后,针对具体的算例,给出了多涂层单向短纤维增强复合材料在热载荷作用下的位移场和应力场,分析了纤维体积含量Vf对复合材料位移和应力分布的影响.     

部分界面脱黏时颗粒增强金属基复合材料的弹塑性性能

基于Eshelby等效夹杂理论和 Mori-Tanaka平均场理论,导出含损伤两相复合材料的刚度张量.认为颗粒增强金属基复合材料的界面脱黏受控于颗粒所受的拉应力,引入Weibull分布函数描述颗粒脱黏概率,且受单向拉伸载荷作用时,仅在沿受力方向的上下两侧发生部分界面脱黏,从而将部分脱黏的各向同性颗粒由一完好的横观各向同性颗粒来等效,建立了部分脱黏模型.假定基体为各向同性材料,颗粒仅产生弹性变形.基体产生弹塑性变形且满足Mises屈服准则和等向强化准则,采用割线模量法讨论了球形颗粒增强金属基复合材料部分界面脱黏时的弹塑性性能,理论预测与实验结果吻合较好.     

碳纤维增强碳化硅复合材料的力学性能与界面

以A1N和Y2O3为烧结助剂,采用先驱体转化-热压烧结的方法制备了Cf／SiC复合材料．研究了烧结温度对复合材料界面和力学性能的影响及烧结助剂对显微结构的影响．结果表明由于烧结时晶界液相和SiC-A1N固溶体的形成,当烧结温度为1750℃时,复合材料具有较高的致密度和较好的力学性能;当烧结温度升为1800℃时,在复合材料密度增大的同时,其力学性能也大幅度提高,此时复合材料抗弯强度与断裂韧性分别高达691.6MPa和20.7MPa·m1/2,复合材料呈现韧性断裂;进一步提高烧结温度至1850℃时,虽然复合材料的密度有所增加,但由于纤维,基体界面结合过强以及纤维本身性能退化加剧,复合材料呈现典型的脆性断裂,其力学性能急剧降低;纤维／基体的界面是导致纤维增强陶瓷基复合材料性能的关键因素,其中,纤维的脱粘与拔出是主要的增韧因素．     

金属纤维增强ZA43复合材料的挤压铸渗工艺研究

通过挤压铸渗工艺分别制备了不锈钢纤维、碳钢纤维和铜纤维增强的ZA43合金复合材料．并分析了影响工艺的主要因素研究表明，通过挤压铸渗工艺可获得高性能的金属纤维增强的复合材料，其纤维与基体界面清洁，而且因纤维的冷却作用在纤维周围形成一层晶粒细小的组织，这对改善纤维与基体的结合和提高材料的性能是有利的．文中还对可能导致缺陷的“搭桥”现象及其预防方法进行了分析．     

倾斜短纤维拉出的简化分析

为了研究具有任意倾斜角度的短纤维从脆性基体中拉出的过程和能耗,提出了一种简化分析方法.忽略拉出之前的界面脱粘过程及纤维拉出段的局部弯曲,考虑纤维拉出与基体剥落耦合,建立了拉出过程的非线性控制方程.用迭代法求解,得到拉出过程中短纤维桥联力与张开位移的关系,拉出能量以及界面摩擦应力,纤维倾斜角、长度等参数的影响.模拟计算结果表明:基体剥落可以提高拉出力,改变拉出力与位移的关系;适当选择界面摩擦和纤维长度可以显著增加拉出能耗.     

SiCf／Al模型复合材料界面微区残余应力

实验测定界面附近残余应力的分布有利于深入研究金属基复合材料变形和断裂行为的微观机制,对制备综合性能良好的复合材料具有指导作用。采用束斑直径为30μm的微小X射线束,测定了单根SiC连续纤维及连续SiC纤维束增强纯Al模型复合材料中SiC纤维附近基体中的周向和径向残余应力分布,并将测量结果与有限元模拟结果进行了比较。     

SiC_f/Al模型复合材料界面微区残余应力

实验测定界面附近残余应力的分布有利于深入研究金属基复合材料变形和断裂行为的微观机制 ,对制备综合性能良好的复合材料具有指导作用 .采用束斑直径为 30 μm的微小 X射线束 ,测定了单根 Si C连续纤维及连续 Si C纤维束增强纯 Al模型复合材料中 Si C纤维附近基体中的周向和径向残余应力分布 ,并将测量结果与有限元模拟结果进行了比较 .     

PET废纤/竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料的力学性能与吸水性能

采用平板模压成型方法制备聚对苯二甲酸乙二醇酯是(PET)废纤/竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料,研究纤维梳理方式及不同质量比对复合材料力学性能与吸水性能的影响。结果表明:相同纤维比例、不同纤维梳理方式的复合材料拉伸强度无显著差异;纤维混合梳理的复合材料弯曲强度和弯曲模量均显著高于分别梳理的复合材料;纤维分别梳理的复合材料耐水性能优于纤维混合梳理的复合材料。动态机械热分析显示:复合材料储能模量随竹原纤维含量增加而增加,PET纤维含量的增加使复合材料阻尼效应增加。复合材料吸水动力学表明:水分在竹原纤维比例高且分别梳理的复合材料内部的扩散符合Fick定律;而水分在竹原纤维比例低且纤维混合梳理的复合材料内部的扩散行为不符合Fick定律。     

帘线断裂时橡胶复合材料温度场数值模拟

以单向帘线增强橡胶复合材料为研究对象,采用有限单元法建立二维计算模型.在周期性载荷作用下,对帘线断裂和帘线脱粘滑移引起的橡胶复合材料滞后生热的瞬态温度场进行了数值模拟,并讨论了帘线脱粘滑移摩擦对滞后生热的影响.结果表明,随着帘线断裂数目的增加,温度升高明显;脱粘摩擦生热对温升影响较小;帘线断裂引起的局部应力集中导致的大...