多向编织碳纤维复合材料的断裂及微观形貌

多向编织碳纤维树脂基复合材料是航空、航天领域中的新型重要结构材料。为了研究这类材料的失效机理,在扫描电镜下进行了断口分析。研究了碳纤维与树脂及其界面在受力形变过程中裂纹形成与扩展的特性,探索了这类复合材料的损伤机理。结果表明： 编织参数对试件的力学性能有重要影响。随编织角减小,弹性模量和抗拉强度都明显增大,纤维与树脂间界面的粘结强度提高,脆性增大。在断裂过程中碳纤维多呈脆性断裂特征,断裂起源于纤维表面的薄弱处。     

Tsai-Wu准则用于三维编织复合材料矩形梁强度计算

以Tsai—Wu强度准则的二阶表现形式为基础,提出了一种计算三维编织复合材料矩形截面梁纵向拉伸强度的理论方法．该方法把三维编织复合材料看作横观各向同性材料,从而在确定Tsai-Wu强度准则的各阶强度张量系数时可以进行简化,使TsaI-Wu强度准则能较好地应用于三维编织复合材料的强度计算．通过理论计算与实验结果也验证了这结论．     

碳/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测

对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。     

基于区域叠合有限元技术预测三维编织复合材料弹性性能

本文基于区域叠合有限元技术预测三维四向编织复合材料弹性性能。在该方法中,分别建立相互独立的纤维增强相有限元模型和复合材料整体区域(包括所有增强相和基体相所占几何空间)有限元模型,两相模型在空间叠合组成复合材料模型,运用节点自由度耦合技术使两相模型满足变形协调关系,通过对两相模型赋予适当的材料属性以使所建复合材料模型具有与实际复合材料等效的力学特性。该方法较传统方法显著缩短了建模时间,降低了建模难度。区域叠合法的数值模拟结果与传统方法预测结果一致。本文的研究为进一步研究编织复合材料非线性宏观力学特性和渐进损伤过程模拟奠定基础。     

碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲特性分析

通过三点弯曲实验研究,得到了碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲性能以及破坏机理。并采用逐渐累积损伤方法对泡沫夹芯结构弯曲载荷进行了预测,结果发现:模拟与试验结果较吻合,弯曲载荷误差为6.31%。研究结果表明:有限元数值模拟能够准确地得到泡沫夹芯复合材料在压缩过程中的损伤扩展,并最终预测碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的最大破坏载荷和破坏趋势。     

三点弯小试样测试材料蠕变性能的方法

描述了三点弯小试样测试材料蠕变性能的方法,建立了三点弯同传统蠕变试验的解析关联式。模拟了23CrMoNiWV88材料在540℃时三点弯小试样的试验过程,分析了试样中心位移、应力、应变随时间的变化规律,验证了采用该方法获取材料蠕变性能的可行性,并在数值模拟的基础上建立了三点弯蠕变试验同传统单轴蠕变试验的转换式,求取了材料的蠕变性能参数,结果表明模拟值与理论值吻合较好。基于数值模拟结果,修正了两者的解析关联式,并分析了进一步开展试验研究的必要性。     

二维编织复合材料几何结构的平面群分析

由10个平面点群与5个平面点阵组合,推导出与二维编织复合材料几何结构有密切关系的17个平面群. 叙述了二维编织复合材料纱线段的点符号简化方法及其组合、交叉原则,以及由点符号组成的无对称单元、基本对称单元构建的方法. 阐述了从无对称单元到基本对称单元最终形成编织织物的过程. 将二维编织织物分为4种编织系,每种编织系包括若干个平面群,每个平面群对应一类编织结构,每类结构包括一种或几种编织形式,交织方法类似. 举例说明了多数平面群可能对应的编织几何结构.     

用有限元方法分析SiC/7740玻璃复合材料的界面强度

用显微脱粘法测定了 Nicalon SiC/7740玻璃复合材料中纤维/基体的脱粘力;用有限元SAP5程序在Siemens 7570C计算机上计算了复合材料纤维轴向、径向的界面抗拉强度和界面剪切强度在试样厚度内沿纤维轴向的分布;对照文献报道的类似工作,从组元膨胀系数差异出发对计算的结果进行了定性的分析和讨论。     

冲击荷载下含裂纹缺口三点弯动态断裂实验

为研究缺口大小对含裂纹缺口构件动态断裂的影响,采用动态光弹性实验方法,对含裂纹缺口试件进行了冲击实验.基于冲击断裂过程中试件的等差条纹变化图片和动态应变仪采集的应变数据,分析了冲击荷载下裂纹尖端的动态应力强度因子、裂纹扩展速度和锤头应变的变化规律.结果表明:不同缺口角度试件受到冲击荷载后,应力强度因子的变化随时间变化的...     

焊接接头强度不等组配试样的三点弯曲试验

利用模拟焊接接头试样三点弯曲试验的方式,就焊接接头强度组配对其断裂性能的影响进行了研究,结果发现：焊接接头强度组配的不同对其断裂韧性和裂纹扩展驱动力都有不同程度的影响．     

高强钢拼焊板三点弯曲变形行为及影响因素

 为掌握先进高强度钢拼焊板弯曲变形行为,采用试验和有限元法完成三点弯曲试验。建立拼焊板三点弯曲试验有限元模型,比较试验与仿真结果即载荷-位移曲线,最大误差为10.94%。基于此,分析摩擦系数和板厚比对拼焊板弯曲特征的影响规律。结果表明,拼焊板两侧变形不均匀,且焊缝相对中心位置发生了偏移。拼焊板与模具间的摩擦系数及其板厚比对三点弯曲行为影响显著。摩擦系数增加,最大载荷、最大能量及弯曲应力均增加,焊缝移动量减小,且当减小到一定程度后稳定;板厚比增加,最大载荷、最大能量、弯曲应力和焊缝移动量均不同程度增加。     

微米氧化铝／尼龙1010复合材料剪切强度研究

以尼龙1010为基体,用硅烷偶联剂(KH—550)有机化处理过的氧化铝(Al2O3)为增强剂,进行氧化铝(Al2O3)/尼龙1010复合材料剪切性能实验.使用HITACHI S-3000N电子显微镜(SEM)观察、分析试件断面形貌.实验发现氧化铝(Al2O3)能有效改变其复合材料的剪切强度.当氧化铝(Al2O3)含量为10%时,氧化铝(Al2O3)/尼龙复合材料的剪切强度达到最大值;但随着氧化铝(Al2O3)质量分数的增加,剪切强度不断下降.影响剪切强度的主要因素是氧化铝颗粒与尼龙之间的界面强度.尼龙中填充氧化铝(Al2O3)降低了复合材料的塑性.     

纳米碳管/水泥基复合材料的阻尼及力学性能

以水泥为基体、多壁纳米碳管为增强组分,采用表面活性剂超声分散法,浇注成型制备了5组多壁纳米碳管/水泥阻尼自增强复合材料(FRCs)。在一弹性自由支撑体系中采用锤击自由衰减法初步探讨了FRCs的阻尼性能,随后采用三点弯曲法测试了FRCs的抗弯折强度,并对其阻尼及力学增强的微观机理进行了探讨。结果表明：相比于参比试件,掺有纳米碳管的FRCs试件的阻尼比及抗弯折强度均得到一定的提高,增幅分别达24.5%、35.98%。FRCs表现出较好的耗能及增韧能力主要归因于硅灰的微填充与界面效应和多壁纳米碳管的微纳米填充桥联、相互界面层间内摩擦及弹塑性波动效应。     

碳纳米管增强一维高导热C/C复合材料的微观结构与物理性能

以中间相沥青基炭纤维和中间相沥青为主要原料,并添加一定量多壁碳纳米管,通过热压成型和高温热处理工艺制备一维高导热C/C复合材料。采用偏光显微镜、扫描电镜、激光热导仪、电子万能试验机等对复合材料的微观结构、导热性能和力学性能进行表征。结果表明,碳纳米管的添加导致复合材料的孔隙率下降和体积密度升高,而且对复合材料的力学性能及不同方向的导热性能都有显著影响。随着碳纳米管添加量的增加,复合材料沿炭纤维轴向的室温热扩散系数逐渐降低,而垂直于纤维轴向的抗弯强度和室温热扩散系数均呈现先上升后下降的趋势。经过2900℃石墨化处理后,添加体积分数3%碳纳米管的复合材料垂直于纤维轴向的抗弯强度为113.4 MPa、热扩散系数为40.1mm~2/s,较未掺杂碳纳米管时分别提高了56%和79%。     

Fabrication method and microstructural characteristics of coal-tar-pitch-based 2D carbon/carbon composites

The lignin-cellulosic texture of wood was used to produce two-dimensional (2D) carbon/carbon (C/C) composites using coal tar pitch. Ash content tests were conducted to select two samples among the different kinds of woods present in Iran, including walnut, white poplar, cherry, willow, buttonwood, apricots, berry, and blue wood. Walnut and white poplar with ash contents of 1.994wt% and 0.351wt%, respectively, were selected. The behavior of these woods during pyrolysis was investigated by differential thermal analysis (DTA) and thermo gravimetric (TG) analysis. The bulk density and open porosity were measured after carbonization and densification. The microstructural characteristics of samples were investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The results indicate that the density of both the walnut and white poplar is increased, and the open porosity is decreased with the increasing number of carbonization cycles. The XRD patterns of the wood charcoal change gradually with increasing pyrolysis temperature, possibly as a result of the ultra-structural changes in the charcoal or the presence of carbonized coal tar pitch in the composite's body.     

SGA92150型半挂车车架的结构设计与强度和刚度分析

对SGA92150型半挂车车架的总体布置、纵梁、横梁、纵梁与横梁的连接等进行了设计.利用有限元软件Ansys Workbench对车架进行应力和变形计算,利用Matlab软件采用传统方法对纵梁进行受力分析和应力计算.结果表明车架强度和刚度均满足要求.     

炭纤维复合材料应用于汽车后背门的设计与优化

以某SUV纯电动汽车的后背门为研究对象,利用有限元优化设计方法,以T300牌号炭纤维复合材料代替钢对汽车后背门进行轻量化的重新设计,通过自由尺寸优化、尺寸优化和铺层次序优化三个阶段对后背门炭纤维复合材料的铺层进行优化,并对优化后的炭纤维后背门各项性能参数进行分析。结果表明,相对于原钢制后背门,优化后的炭纤维后背门的扭转刚度、弯曲刚度、侧向刚度、扭转模态频率和弯曲模态频率等性能指标均得到不同程度的提升,且质量由原来的16.70kg降至8.32kg,减重率达到50.2%,轻量化效果明显。     

不同工况下螺栓连接梁有限元仿真分析与强度校核研究

为研究螺栓连接梁在不同危险工况下的结构强度及安全性,本文采用了仿真和理论相结合的方法,对受偏心载荷的螺栓连接梁危险工况进行综合分析。并针对仿真结果中应力较大的螺栓部分采用了建立子模型的方法进一步仿真分析,以确保横梁结构安全可靠。使用了力线平移定理对横梁所受载荷进行简化,并对横梁进行强度校核。研究结果表明：（1）横梁在危险工况下各结构均满足强度要求,且不同危险工况对横梁结构的变形及应力影响较小;（2）螺栓预紧力是导致螺栓结构产生较大应力的原因,而外载荷对螺栓结构的影响较小;（3）在忽略螺栓结构对横梁结构的影响后,横梁强度校核结果与仿真结果近似相同,且均满足材料的强度要求。综上所述,通过仿真分析及理论强度校核均可证明该螺栓连接梁在各工况下均能满足强度需求。同时该研究也为后续研究该类型横梁提供一定的仿真及理论依据。