短纤维-TPU复合材料力学性能理论与实验研究( Ⅱ) 弹性模量理论预测及实验

综合考虑纤维长度分布、纤维取向分布及纤维2基质界面结合特性, 提出了短纤维2热塑性聚氨酯( TPU)复合材料模量预测方程, 并进行了实验研究, 理论预测方程与实验结果吻合较好。     

短纤维—TPU复合材料力学性能理论与实验研究

综合考虑了短纤维－ＴＰＵ复合材料纤维与基质特性、纤维－基质界面结合强度、纤维长度与长径比以及纤维取向分布等对复合材料力学性能的影响,提出了短纤维－ＴＰＵ复合材料拉伸强度理论预测方程,并进行了短纤维－ＴＰＵ复合材料的实验研究,理论预测结果与结果吻合较好     

硅酸铝短纤维增强铝硅合金复合材料的强度特性与界面结构

用挤压铸造法制备硅酸铝短纤维（Ａｌ２Ｏ３·ＳｉＯ２）增强铝硅（ＡｌＳｉ）合金复合材料,测试了复合材料的室温及高温强度,并利用透射电镜观察了Ａｌ２Ｏ３·ＳｉＯ２纤维与ＡｌＳｉ合金基体界面．结果表明：３％～１０％的硅酸铝短纤维的加入使复合材料的室温及高温强度大大提高,在硅酸铝纤维与基体界面上存在两种反应物：一种物质是ＭｇＡｌ２Ｏ４,另一种物质含有Ｓｉ和Ｐ,且二者原子之比为３∶４,呈正交结构,点阵常数为ａ＝０．７１４ｎｍ,ｂ＝１．４２８ｎｍ,ｃ＝２．４０９ｎｍ．     

短纤维预制件强度对铝基复合材料组织的影响

采用GF砂型抗压强度测试仪测量了短纤维预制件压溃时的抗压强度，研究了氧化铝短纤维体积分数和黏结剂质量分数对预制件抗压强度的影响，使用金相显微镜观察了预制件强度对金属基复合材料组织的影响，试验结果表明，氧化铝短纤维预制件的抗压强度随着纤维体积分数的升高而升高，随着黏结剂质量分数的提高而升高，黏结剂浓度过低的预制件强度较低，在压力渗流过程中可能发生变形，导致复合材料组织不均匀；预制件黏结剂质量分数过高，复合材料中可能出现网状组织，甚至空洞。     

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.     

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。     

芳纶短纤维增强橡胶复合材料界面力学性能表征及有限元模拟

基于Python-ABAQUS二次开发,考虑芳纶纤维与橡胶基体之间的非理想界面,生成了随机芳纶短纤维增强橡胶复合材料的二维代表体积单元.对芳纶短纤维增强橡胶复合材料(aramid fiber-reinforced rubber composite, AFRC)数值模型施加周期性边界条件进行仿真分析,并结合单轴拉伸实验研究了纤维体积分数对AFRC拉伸性能的影响.采用内聚力模型对界面的力学行为进行描述,分析界面性质对AFRC轴向拉伸性能的影响.结果表明,在弱界面刚度区域,AFRC的有效弹性模量随纤维体积分数的增加而降低;在强界面区域,AFRC的有效弹性模量随纤维体积分数的增加而增加.利用不同纤维含量的AFRC测得的宏观有效弹性模量可通过刚度-模量曲线预估非理想界面的内聚力模型参数.     

A12Of＋Cf／ZL109混杂复合材料的常温拉伸强度及预测模型

采用挤压铸造法制备了A12O3f， Cf／ZL109短纤维混杂金属基复合材料，并对该混杂复合材料的常温拉伸强度性能进行了实验及理论分析、在综合考虑纤维长度变化规律、两种纤维在拉伸过程中各自的行为和机理，以及热应力诱发位错强化和纤维弥散硬化等因素对复合材料强度影响的基础上。对复合材料强度预测的混合律模型加以发展和修正，建立了A12O3f， Cf／ZL109短纤维混杂复合材料的常温强度预测模型．利用该模型得到的理论预测值与实验值吻合较好．     

短纤维端部形状对其增强复合材料应力分布的影响

采用ABAQUS软件分析了不同纤维端部形状下碳纤维增强树脂基复合材料的纤维端部应力分布。考虑的纤维端部形状包括平面、半椭球面、楔形面。结果表明:当长径比≥0.75时,半椭球面纤维端部复合材料力学性能优于平面和楔形纤维端部复合材料。进一步研究了界面相厚度、界面相弹性模量对纤维端部轴向应力和剪应力的影响。结果表明:轴向应力σB随界面相弹性模量的增加逐渐减小,界面相弹性模量较小时(E≤4 GPa左右),剪应力τD随着界面相弹性模量的增加而迅速增加,此后τD基本保持不变;当E≥3 GPa左右时,轴向应力σB随界面相厚度的增加逐渐减小。在所研究的界面相厚度(0.1、0.2、0.3μm)范围内,τD基本不随界面相厚度的变化而改变。所以界面相弹性模量应尽可能小于并接近于树脂基体的弹性模量(4 GPa),并适当增加界面相厚度有利于抑制界面脱粘破坏。     

芳纶短纤维增强橡胶复合材料大变形力学性能的相关性实验

通过电镜实验、单向拉伸和Mullins循环实验,较系统地研究了芳纶短纤维增强橡胶复合材料的大变形力学行为. 观测短纤维的细观形态及其在复合材料内的空间分布,分析纤维取向、纤维含量、纤维长度、拉伸速率和环境温度等相关因素对材料强度、刚度和Mullins效应的影响,并对比了不同品牌纤维制品的力学性能. 通过对各相关因素的考量,可作为复合材料结构设计的指导依据.     

纤维增强复合材料(FRP)的耐候性研究

纤维增强复合材料在土木工程中越来越得到广泛应用,为了更好地发挥其使用效果,通过模拟自然环境,将其材料在水下经长时间强紫外线照射,对比有保护和无保护情况下的强度变化,进行耐候性分析研究,结果表明有保护情况下强度保持率有了明显提高。     

组元热失配对复合材料界面强度的影响

用粉浆浸渗－层叠热压工艺制得了９种不同组元热失配的复合材料．用金刚锥显微脱粘法测得复合材料的界面强度．研究了组元间不同热失配对界面强度的影响．结果表明：径向热先配愈大，复合材料的界面强度愈高，两者之间存在着近似的指数关系；轴向热失配对界面强度影响则较小．用热残余应力对界面强度影响的计算结果验证了上述结果，两者较好地吻合．     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料的常温拉伸强度及预测模型

采用挤压铸造法制备了Al2O3f+Cf/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并对该混杂复合材料的常温拉伸强度性能进行了实验及理论分析.在综合考虑纤维长度变化规律、两种纤维在拉伸过程中各自的行为和机理,以及热应力诱发位错强化和纤维弥散硬化等因素对复合材料强度影响的基础上,对复合材料强度预测的混合律模型加以发展和修正,建立了Al2O3f+Cf/ZL109短纤维混杂复合材料的常温强度预测模型.利用该模型得到的理论预测值与实验值吻合较好.     

环氧复合材料基体与凸端有机短纤维间的界面特性研究

采用单丝拔出试验和动态力学分析研究了环氧树脂基复合材料中基体与凸端的有机短纤维之间的界面特性。两种试验方法均表明：凸端的有机短纤维由于端部变大,可以提高纤维与基体之间的界面粘结强度,也有利于纤维末端界面剪切应力的传递。     

纤维金属3维复合材料力学性能研究

研究不同排列方式的纤维金属3维复合材料在不同方向上的力学性能和失效模式,对复合材料试样进行拉伸试验、三点弯曲试验及静态压入试验.拉伸试验表明[0°/0°]排列的复合材料在纤维方向上具有最高的拉伸模量、屈服强度及拉伸强度,而在垂直于纤维方向上具有很低的力学性能.[0°/90°]排列的复合材料由于其仅一侧纤维受拉,其力学性能相对较弱,且变形模式表现为试样的弯曲变形.[0°/0°]和[0°/90°]两种方式排列的复合材料的拉伸剪切性能差别较小.弯曲试验表明[0°/0°]排列方式的复合材料在纤维方向上的抗弯能力最高.静态压入试验表明,[0°/0°]和[0°/90°]的复合板具有近似的抗压入破坏能力.试样破坏模式显示,纤维金属3维复合材料未出现界面失效等结构性破坏,具有优良的界面强度.     

纤维取向与打团效应对玄武岩纤维增强复合材料拉伸性能的影响

 基于Tsai理论,针对纤维体积掺加率为0.6%、0.9%、1.2%、1.5%,纤维取向角为0°、15°、30°、45°的玄武岩纤维-环氧树脂复合材料（BFRP）进行了轴向拉伸强度实验研究,并引入纤维均分系数和打团纤维含量表征玄武岩纤维在环氧树脂中的打团效应,建立打团纤维的细观力学模型与几何模型,对BFRP的拉伸强度进行了数值计算对比分析。结果表明,纤维体积掺加率一定时,BFRP的拉伸强度随纤维取向角的增大而减小,纤维取向角一定时,BFRP的拉伸强度随纤维体积掺加率的增大而增大;纤维均分系数随纤维体积掺加率的增大而减小,打团纤维含量随纤维体积掺加率的增大而增大;纤维打团效应的存在,导致了BFRP的纤维临界体积掺加率较纤维均分时有所增大,降低了玄武岩纤维对环氧树脂基材拉伸强度的增强幅度;考虑纤维打团效应的BFRP拉伸强度计算值与实验结果接近。     

短纤维增强橡胶密封复合材料纵向拉伸模量的预测方法

摘要： 建立了含界面相、纤维和基体的短纤维增强橡胶（SFRR）密封复合材料纵向拉伸模量的预测模型,采用Mori Tanaka方法得到了SFRR的纵向拉伸模量的预测公式,将其计算结果与试验数据进行对比;同时,探讨了纤维体积分数、界面相的厚度和模量对复合材料纵向拉伸模量的影响.结果表明：纵向拉伸模量预测模型的计算值与试验值较吻合,其最大相对误差为11.2%;SFRR的纵向拉伸模量随着纤维体积分数的增加而增大;界面相模量对SFRR纵向拉伸模量的影响显著,当界面相模量小于基体模量时,SFRR的纵向拉伸模量随着界面相厚度的增加而减小;当界面相模量大于基体模量时,SFRR的纵向模量随着界面相厚度的增加而增大.     

SF-TPU复合材料线热膨胀性能研究

对SF-TPU(短纤维－热塑性聚氨酯 )复合材料线热膨胀性能进行了理论与实验研究,考虑了短纤维取向分布的影响,建立了SF-TPU复合材料线热膨胀系数理论预测方程,理论预测与实验结果吻合较好。实验还表明,纤维取向因子f_p与SF-TPU复合材料线热膨胀系数有很好的对应关系。