含孔复合材料层合板拉伸失效分析研究

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明：对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明:对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

碳纤维复合材料连接方式

为了解碳纤维材料不同连接方式对连接强度的影响,进行了碳纤维复合材料胶接和螺栓连接的拉伸试验.结果表明:采用胶接方式时碳纤维复合材料的拉断力随胶粘面积的增大而增大;单螺栓连接材料的拉伸破坏载荷均值为5.22kN,螺栓孔拉伸强度均值为481.83 MPa;双螺栓连接材料的拉伸破坏载荷均值为10.82kN,螺栓孔拉伸强度均值为538.8 MPa.     

干涉配合对复合材料机械连接结构承载能力的影响

综合应用试验和有限元方法,分析了不同钉孔配合下复合材料机械连接结构的拉伸强度.结果表明：在一定范围内,随着干涉量的增加,复合材料机械连接结构的承载能力提高,但是当干涉量过大时,其承载能力反而下降;连接结构的初始刚度随着干涉量的增加也呈现先增大后减小的趋势;而且,干涉配合还会影响结构的破坏模式,过大的干涉量会导致结构提前突然破坏,影响结构的安全性.通过分析受载过程中孔周的接触和纤维失效范围可知,一定的钉孔干涉可改善孔周接触情况,使得孔边载荷更加均匀,并进而提高复合材料机械连接结构的承载能力;而过大的干涉量,则可能会引起孔周大范围的纤维破坏,从而导致连接结构提前失效.
     

拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子解析解

裂纹尖端应力强度因子是判断裂纹扩展和结构失效的重要标准,探究拉伸荷载下圆孔与裂纹相互作用的裂纹尖端应力强度因子对材料断裂准则和残余强度分析具有重要意义。基于叠加原理和弹性力学初始解,采用Westergaard应力函数求得单轴拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子的积分方程,使用切比雪夫多项式得到积分方程的近似解,运用Exponential函数对近似解修正得到裂纹尖端应力强度因子修正解;运用Abaqus对同一问题进行模拟分析并与修正解结果进行对比;分析了裂纹尺寸、圆孔半径、裂纹位置角以及裂纹倾角对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明：修正解与Abaqus模拟解基本吻合;应力强度因子随裂纹尺寸和圆孔半径增大而增大,随裂纹位置角和裂纹倾角增大而减小。     

基于金属热喷涂的防/除冰复合材料功能单元设计及试验研究

将金属热喷涂技术嵌入到复合材料层合板当中,使飞机机体结构承载特性和防/除冰功能集成一体,设计并测试了一种可用于飞机前缘防/除冰的复合材料功能单元结构,并对其在防/除冰功能工作时和不工作时的电阻性能及力学性能进行试验研究,试验结果表明：相对于不工作情况,防/除冰复合材料功能单元在工作时的电阻性能随着拉伸载荷增大而增大,直到拉伸极限时电阻值增大了40%,面内弯曲和层间载荷作用下电阻性能基本没有影响;防/除冰复合材料功能单元在工作时的面内拉伸极限强度基本不变,面内弯曲极限强度下降10%,层间极限强度影响下降36%;采用金属热喷涂技术设计的复合材料功能单元在发生拉伸、弯曲及层间等强度破坏前,功能单元均具有防/除冰功能。     

ECT研究浅层鼓泡塔中的气含率行为

在内径0.14 m的浅层鼓泡塔内采用电容层析成像技术(ECT)研究了孔口气速和孔径大小对鼓泡塔气含率行为的影响。实验选用空气-去离子水体系,在轴向高度4.75、17.75 cm处同时测定气含率曲线,孔口气速范围为4~186 m/s。以单管为气体分布器,开孔率和孔径范围分别为0.14%~1.31%和5.3~16.0 mm。实验结果表明:气含率随气速的增大而增大;当孔径d0=10.5 mm,孔口气速大于19 m/s时,气含率曲线斜率发生变化,一定程度上表明此时的流型由鼓泡流开始向射流转变;在相同孔口气速下,气含率随孔径的增大而增大,且能谱图主频大小和谱宽也随孔径的增大而增大;得到了鼓泡过程中流型转变孔口气速uN,trans,发现uN,trans随孔径增大而减小,并对比文献认为对于空气-水体系,d0=10 mm可能是区分大小孔径的合理标准。     

含预成型孔复合材料单层板的一种设计方法

基于有限元应力分析和强度准则以及纤维连续绕过孔边的约束条件,对含孔纤维增强复合材料单层板的纤维取向和密度分布进行迭代设计,结果表明：在平均纤维含量不变的条件下其拉伸强度取得较大幅度的提高。此研究结果可进一步用于含孔复合材料层合板的设计。     

玻璃纤维和石墨增强PTFE复合材料的力学性能

通过机械混合、冷压和烧结成型制备了不同质量分数(5%～30%)的玻纤和石墨填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料.测试了不同样品的拉伸、冲击和硬度等力学性能,利用扫描电镜对冲击断面形貌进行观察.结果表明:加入玻纤后,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度迅速下降,弹性模量增加,材料呈脆性;材料硬度随玻纤加入量增加而增加,随软质石墨的加入量增加而减小;玻纤改性处理,会提高复合材料硬度;石墨对材料冲击韧性影响较小,少量加入时对拉伸强度影响也较小;质量分数10%的石墨和20%的玻纤填充增强PTFE复合材料的综合力学性能较好.     

含砂量对水泥砂浆强度与孔结构的影响

探讨四种不同含砂量对水泥砂浆抗压、弯拉和劈拉强度的影响。通过试验研究了随着含砂量和水灰比的变化水泥砂浆孔结构的不同。通过测量孔隙率及压汞法测量孔径分布来描述水泥砂浆的孔结构。试验结果表明水泥砂浆的强度(弯拉,劈拉和抗压)随含砂量的增加而提高。含砂量对水泥砂浆的孔结构也有十分重要的影响,水泥砂浆强度与其孔结构间有一定的相关性,给出相对应孔结构参数(孔径分布与孔隙率)与强度的定量关系表达式。     

圆形洞室模型在双轴加载下的力学特征分析

为探究圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学特征变化,对制作的含圆形洞室的类岩石材料进行双轴加压试验,运用数字图像技术记录全场应变演化过程,并根据室内试验建立颗粒流模型,探究了围压对洞室围岩的抗压强度以及裂纹的发育的影响。结果表明：尺寸效应对模型的力学特征影响较大,圆形洞室模型峰值抗压强度随着洞室尺寸的增加而减小;当围压增大时,压剪作用增强,洞室模型的破坏模式由以张拉应变为主向拉剪复合破坏为主转变;圆形洞室应变集中区域会随着围压的增大由洞口上下侧向两帮转移;当围压逐渐增大,张拉作用被抑制,洞口两侧破坏程度逐渐增加,收缩变形程度逐渐增大;最后通过数值模拟验证了圆形洞室围岩在不同围压下加载过程中的力学变化特征。     

含孔型缺口的纤维金属层板剩余强度

纤维金属层板(fiber metal laminates,FMLs)作为混合层板家族中一员,由铝合金层和预浸料层交替铺设而成.相比于铝合金板,含缺口的纤维金属层板强度下降更为明显.为研究含孔型缺口的纤维金属层板的剩余强度,测试了光滑试样的静力拉伸性能和缺口试样的剩余强度.分析了铺层结构对剩余强度的影响,引入应力失效模型预测了纤维金属层板含孔型缺口的剩余强度,讨论了含缺口纤维金属层板的失效模式、损伤萌生和扩展过程.结果显示:带孔GLARE3层板的强度下降约为40%,铺层增加后缺口敏感性下降,特征长度增加,约在90%的剩余强度时缺口处有损伤发生.     

镀钨碳纳米管增强铜基复合材料的制备及性能

采用羰基热分解法对多壁碳纳米管表面进行镀钨处理,并以镀钨碳纳米管和电解铜粉为原料,进行机械球磨混粉和放电等离子体烧结,制备了镀钨碳纳米管/铜基复合材料.采用场发射扫描电镜观察了粉体和复合材料的组织形貌,并对复合材料物相进行了X射线衍射分析.探讨了镀钨碳纳米管含量和放电等离子体烧结温度对复合材料致密度、抗拉强度、延伸率和电导率的影响.结果表明,镀钨碳纳米管质量分数为1%和烧结温度为850℃时,复合材料的致密度、抗拉强度和电导率最高.与烧结纯铜相比,复合材料的抗拉强度提高了103.6%,电导率仅降低15.9%.     

二氧化碳管道输送过程管径设计分析

以洞口尺寸、形状和净距为参数,对28根开孔梁和2根实腹梁的力学性能进行了试验研究与对比分析,研究其破坏形态及破坏机理等,并与未开孔梁的试验结果进行对比.提出了基于费氏空腹桁架理论的开孔梁承载力计算公式.结果表明,开孔梁内的应力分布、挠度变化不再完全符合传统弯曲理论.随着径腹比的加大,开孔梁的承载力和刚度呈显著下降趋势.方孔梁的承载力略大于外接圆孔,以外接圆孔代替方孔梁的承载力偏于安全.对于径腹比为0.5的多洞口梁而言,当方洞和圆洞净距分别大于2倍和2.5倍孔长时,可忽略洞口间的相互影响.通过对比分析,理论结果与实验结果的误差平均值为15%左右,从而验证了修正后的空腹桁架理论计算公式的准确性和可靠性.     

缝纫对复合材料层板面内单向拉伸强度的影响

缝纫方法可以极大地增强复合材料层板的层间力学性能，与此同时也对复合材料层板的面内力学性能造成一定的损伤。作者采用理论与实验相结合的方法研究了复合材料面内拉伸强度与缝纫参数的影响，研究结果表明复合材料层板的面内拉伸强度与缝纫参数密切相关，复合材料层板的面内拉伸强度将随缝纫密度，缝纫线直径的增加而减小。作者认为这是因为缝纫过程在复合材料层板中产生的初始损伤密度随缝纫密度和缝纫直径的增加而增加所造成的。     

铁酸铋负载石墨烯复合材料的制备及应用

为了降解工业废水,制备了铁酸铋负载石墨烯复合材料,并将其应用于工业废水降解中。制备氧化石墨烯和铁酸铋,在水热反应釜中,通过水热法制备铁酸铋负载石墨烯复合材料。利用X射线衍射分析和透射电子显微镜分析对复合材料进行表征。发现铁酸铋负载石墨烯复合材料衍射峰强度和铁酸铋相比向低位移动,说明复合材料被还原;铁酸铋纳米颗粒较均匀地分布于石墨烯表面上,说明铁酸铋负载石墨烯复合材料可有效结合铁酸铋与石墨烯。将制备材料应用于工业废水降解中,结果表明:降解5个月后,复合材料表层出现孔穴;降解10个月后,复合材料孔穴增加,有粗大的纤维裸露;经铁酸铋负载石墨烯复合材料降解后,废水p H、COD值以及色度均明显降低;工业废水在400 nm处出现吸收峰,在光催化时间逐渐增加的情况下,吸收峰逐渐降低,反应150 min后,吸收峰基本消失,水样色度也显著降低;制备复合材料降解率和反应速率常数最高;铁酸铋负载石墨烯复合材料在经多次使用后仍可保持很高的降解率。可见制备复合材料有助于工业废水降解,有更高的光催化性能,稳定性很高,可承受长时间多次循环使用,可将其应用在工业废水降解环境中。     

含孔洞大理岩破坏特性的颗粒流分析

基于室内单轴压缩试验结果,利用颗粒流程序PFC2D,模拟含预制孔洞大理岩在单轴和双轴压缩条件下的破坏过程,分析预制孔洞形状、围压大小以及岩石非均质性对大理岩力学特性和裂纹扩展的影响.数值结果表明:与完整大理岩试样相比,含孔洞试样的峰值强度显著降低,降低程度与孔洞形状有关;围压对含孔洞大理岩试样的力学特性和裂纹扩展有显著影响,含孔洞试样的峰值强度随围压的增加而增加,但偏应力峰值随围压的增加呈先增大后减小的变化趋势;试样的破坏模式与孔洞形状相关,含圆形孔洞试样为类X型剪切破坏,含矩形孔洞或马蹄形孔洞试样为对角剪切破坏;岩石内部的矿物结核影响了裂纹的扩展路径,从而改变试样的宏观破坏模式.微观机理分析表明:孔洞周边裂纹的萌生与扩展过程伴随着应力集中区的释放与转移;含孔洞试样的宏观裂纹有3种模式:孔壁剥落、拉伸裂纹和压剪裂纹.     

Statistical Model of the 3-D Braided Composites Strength

Based on the statistical model for the tensile statistical strength of unidirectional composite materials and the stress analysis of 3-D braided composites, a new method is proposed to calculate the tensile statistical strength of the 3-D braided compos- ites. With this method, the strength of 3-D braided composites can be calculated with very large accuracy, and the statistical parameters of 3-D braided composites can be determined. The numerical result shows that the tensile statistical strength of 3-D braided composites can be predicted using this method.     

Cu-Fe-Cr-Ni原位复合材料的结构与性能

通过感应熔炼、浇铸、热轧和冷拔制备了Cu-Fe-Cr-Ni原位复合材料,采用XRD,SEM和TEM研究了Ni元素和拉拔变形量对其显微结构的影响。用拉伸实验测试了材料的强度,用标准四探针方法测量了材料的电阻。在Cu-Fe-Cr-Ni合金铸锭中,bcc结构的第2相为近球形颗粒形态,经过后续的变形加工,颗粒演变成了近圆形横截面的纤维。对Cu-Fe-Cr-Ni原位复合材料只进行了1次550℃中间退火,就可以获得较高的拉拔变形量(η=5.32),表明Ni的加入可以改善原位复合材料的塑性。随着拉拔变形量的增大,Cu-Fe-Cr-Ni原位复合材料的强度增加,电导率下降。