界面性质对颗粒增强复合材料力学性能和破裂过程的影响

界面的力学性质对复合材料的力学特性和破裂机理具有非常重要的影响。研究了具有不同强度界面的颗粒增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能及其破坏过程。从细观尺度考虑了各相材料力学参数的非均匀分布,采用基于细观损伤力学开发的针对材料破坏过程分析的MFPA2D数值模拟程序,对复合材料从裂纹萌生、扩展直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,当界面结合较强时,复合材料的强度较高但韧性较差;当界面结合较弱时,复合材料的强度较弱而韧性较强,说明较强的界面可有效传递荷载,而较弱界面可增加复合材料的韧性。     

纳米碳管增强复合材料界面特性对力学性能影响的数值分析

假设纳米碳管与树脂基体之间存在一薄层界面,以纳米碳管、界面和基体组成的三层柱体复合材料特征体积单元为研究对象,采用纳-微观均质化理论方法分析界面的模量、体积比、排列方式等的变化对纳米碳管增强复合材料力学性能的影响,所得结果与多相经典平均Mori-Tanaka法进行比较.结果清晰显示了界面模量、体积比的变化对纳米碳管增强复合材料力学性能的影响,有效地区分了含界面纳米碳管在不同排列方式下的力学性能,为纳米碳管增强复合材料力学性能的设计和优化提供计算依据.     

Mg(OH)2/EVA纳米复合材料的界面改性研究

研究了马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(MEVA)对氢氧化镁/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物纳米复合材料力学性能和阻燃性能的影响.通过TEM观察了氢氧化镁在复合材料中的分散性,SEM观察了复合材料的界面结合情况.结果表明:MEVA的加入显著提高了复合材料的力学性能和阻燃性能,当其在复合材料中的质量分数为8%时,复合材料的综合性能较好.     

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．     

界面强度对柔颗粒增强复合材料破裂特性的影响

界面强度对复合材料的破裂特性和破裂机理具有非常重要的影响。研究了不同界面强度的柔颗粒增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能和破坏过程。在细观尺度上考虑了材料介质力学参数的非均匀分布,采用基于细观损伤力学开发的针对材料破坏过程分析的RFPA2D数值模拟程序,对复合材料从裂纹萌生、扩展直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,当界面结合较强时,复合材料主要发生穿晶破坏,材料韧性较好但强度较差;当界面结合较弱时,复合材料主要产生沿晶破坏,材料韧性较差而强度较好。     

含非理想界面的稀土准晶增强纳米复合材料的有效力学性能

基于Gurtin-Murdoch表/界面模型，研究具有非理想界面的稀土准晶纳米涂层圆夹杂增强复合材料的反平面剪切问题，利用复势法获得夹杂、涂层和基体内的声子场、相位子场的应力和应变的解析解，进一步利用广义自洽法预测具有非理想界面和表界面效应的稀土准晶增强纳米复合材料受反平面机械载荷作用下的有效力学性能。通过数值算例，分析非理想界面参数和表/界面效应对稀土准晶增强纳米复合材料有效力学性能的影响规律。研究表明，当夹杂和涂层的尺寸非常小时，非理想界面和表/界面效应对稀土准晶增强纳米复合材料有效力学性能的影响比较显著。因此，通过改变夹杂和涂层厚度及非理想界面材料参数可有效地提高稀土准晶增强纳米复合材料的有效力学性能。     

加热对AZ31B/7075爆炸复合板界面的影响

对镁铝爆炸复合材料AZ31B/7075进行了300~400℃的加热处理。用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及力学性能试验机对复合界面结合区进行了组织观察、成分线扫描、剪切强度测试,分析了复合界面结合区加热时的变化。结果表明:随加热温度升高和保温时间延长,复合界面结合区组织形成再结晶且晶粒长大,爆炸组织特征完全消失,转变为具有一定厚度的由镁、铝互扩散形成的扩散层;扩散层组成按镁基固溶体-铝基固溶体、镁基固溶体-A l3Mg2-铝基固溶体、镁基固溶体-A l3Mg2-A l12Mg17-铝基固溶体的次序演化,其厚度增加主要是金属间化合物层的厚度增加所致;界面剪切强度因加热后扩散层中金属间化合物形成而降低,界面剪切断口也因扩散层中脆性金属间化合物的存在而表现为脆性断裂特征。     

树枝状非连续界面相对碳／铝复合材料力学性能的影响

以弹塑性力学理论,断裂力学理论及非线性有限元理论为基础,根据材料实验和观察的现象及数据,采用有限元分析方法,建立了树枝状非连续界面相有限元计算模型,分析碳／铝复合材料界面反应产物对复合材料力学性能的影响,阐述了非连续界面影响材料强度的机理,并将该界面细观的不连续结构和复合材料宏观的力学性能联系起来。     

纤维增强复合材料中横晶的研究进展

在以结晶性聚合物为基体树脂的纤维增强复合材料中,经常出现横晶界面相。本文对横晶的形成机理进行了描述并对横晶对复合材料界面力学性能的影响进行了探讨。     

碳纤维毡增强聚丙烯复合材料的力学性能

将长碳纤维开松针刺成毡,并通过双钢带压机制备了碳纤维毡增强聚丙烯复合材料(CFRPP),考察了碳纤维长度、含量、纤维毡的针刺及针刺类型、基体改性等因素对复合材料力学性能的影响,并对复合材料断面进行了扫描电镜观察以分析CFRPP界面结合情况。结果表明:实验范围内的纤维长度对碳纤维增强复合材料的力学性能基本没有影响;复合材料综合力学性能最佳的碳纤维质量分数约为30%;碳纤维毡经三角形针针刺后复合材料的拉伸性能得到较大幅度提高;相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MPP)能够改善碳纤维与聚丙烯的界面结合,提高复合材料的力学性能,其最适宜的相容剂MPP的质量分数约为20%;将长度为80mm的碳纤维用三角针刺成毡后,以MPP改性的聚丙烯(wMPP=20%)浸渍制备得到碳纤维质量分数为30%的复合材料,拉伸强度为203.3 MPa,拉伸模量达16.6GPa,弯曲强度为223.2 MPa,弯曲模量达到12.0GPa,缺口冲击强度为752.2J/m。