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。     

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。     

颗粒失效对SiCp/Al复合材料强度的影响

建立复合材料屈服强度综合模型用于分析研究增强颗粒断裂和基体与颗粒的界面脱粘对SiCp／Al复合材料强度的影响;用Eshelby等效夹杂理论分析SiCp/Al复合材料受载时作用在SiC颗粒上的应力,并假设SiC颗粒失效符合Weibull分布,在综合考虑复合材料各种强化机制的基础上引入颗粒断裂和界面脱粘对材料屈服强度的影响,建立SiCp／Al复合材料的屈服强度模型并对模型进行解析。研究结果表明：SiCp/Al复合材料屈服强度随着SiC颗粒含量增加而增加;当颗粒粒度为微米级时,屈服强度随着粒度的减小而增加;在屈服状态下,当颗粒粒度较小时,复合材料的颗粒失效以界面脱粘为主;随着粒度的增大,颗粒的断裂分数迅速增大,颗粒失效则转变为由颗粒断裂和界面脱粘共同控制。     

颗粒形状对铝基复合材料力学行为影响的模拟

采用有限元分析的方法,用平面应变和轴对称两种单胞模型,分析了形状不同的SiC增强颗粒对经T6处理的铝基复合材料力学行为的影响.两种单胞模型的模拟结果均显示,对于颗粒是多边形状的铝基复合材料,随着颗粒边数的逐渐增大,颗粒的平均受力逐渐减小,复合材料的屈服强度也逐渐降低.平面应变单胞模型模拟的结果显示,三角形颗粒对于提高复合材料的屈服强度贡献最大;而用轴对称单胞模型模拟时,矩形颗粒对提高材料的屈服强度贡献最大.     

界面强度对混凝土双丝拉拔性能的影响

从细观角度考虑界面、骨料、钢丝、混凝土基体四相材料物理力学参数的非均匀分布,利用有限元软件建立双丝拉拔数值模拟模型,研究界面强度变化对双丝拉拔试件破坏模式和力学性能的影响,给出双丝-混凝土基试件在位移加载下的荷载-位移曲线、声发射计数曲线和剪应力分布。研究表明:界面强度变化会改变拉拔试件的破坏模式和声发射现象。界面强度较低时,双丝拉拔试件峰值荷载和韧性随界面强度增加而增加;而界面强度较高时,界面强度的提高对峰值荷载和韧性影响不明显。     

硅酸铝短纤维/铝合金复合材料的断口分析

利用SEM观察了硅酸铝短纤维/铝合金复合材料的拉伸断口,发现陶瓷增强相主要有三种破坏形式;当纤维沿拉伸方向的有效长径比超过临界值时纤维以断裂破坏为主;(近似)垂直于拉伸载荷的纤维因承受横向拉伸导致界面或纤维开裂而发生脱附;机械损伤及不均匀热收缩在陶瓷颗粒内产生的应力导致大颗粒发生开裂.纤维断裂能有效提高复合材料的强度;纤维脱附及颗粒开裂对材料的强度没有贡献.     

点缺陷对二维颗粒系统力链几何分布的影响

用离散元方法研究了带有不同数目点缺陷的二维颗粒系统在各向同性挤压和纯剪切时粒子间力链的几何分布特征,并与相同加载条件下无缺陷的颗粒系统力链几何分布特征做了比较,发现了点缺陷对颗粒系统力链的几何分布影响规律.     

双复合材料结构基底厚度对薄膜裂纹的影响

针对薄膜-基体双复合材料结构的薄膜裂纹问题,研究了薄膜材料的力学行为,进行了裂纹垂直于薄膜与基底交界面,且尖端未达到交界面情形下问题的分析.基于Beuth理论,把模型简化为平面应变问题,并通过有限元分析程序评价了具有裂纹的薄膜-基底双复合材料结构的断裂机理,得到了薄膜与基底不同的弹性错配及薄膜与基底的不同的厚度比率,对薄膜裂纹应力强度因子的影响.结果表明:随着hs/hf的减小,应力强度有很大幅度的提高,当hs/hf≥10时,基底的厚度对薄膜裂纹的影响较小,可以忽略不计;当薄膜-基底结构退化为单一材料时,应力强度因数趋向于1.     

移动荷载下沥青路面双Top-Down裂纹扩展特性

目的研究沥青路面双Top-Down裂纹在移动荷载作用下的扩展特性.方法基于断裂力学与动力学理论,考虑沥青混合料的黏弹性特性,采用有限元数值模拟方法,研究含双Top-Down裂纹沥青路面在移动荷载下的动力响应,分析裂纹间距与面层材料类型对裂纹尖端应力强度因子的影响.结果在移动荷载的作用下,双裂纹并存时面层加速发生Ⅰ、Ⅱ型开裂扩展要比单裂纹的情形更为严重;对于居中裂纹,随着裂纹间距的增大,K_Ⅰ的峰值略有增加,而KⅡ的左峰值逐渐增大,右峰值则逐渐减小;对于侧边裂纹,K_Ⅱ峰值随裂纹间距的变化规律与居中裂纹相反;当荷载作用在居中裂纹或侧边裂纹正上方时,就裂纹间距而言,间距大易引发Ⅰ型裂纹扩展,间距小易引发Ⅱ型裂纹扩展.结论在移动荷载作用下,对于已存在居中裂纹或侧边裂纹的面层,改性沥青SMA材料Ⅰ的抗开裂扩展性能最优,改性沥青AC材料Ⅲ其次,而普通沥青AC材料Ⅱ最差.     

颗粒增强复合材料热性能的数值模拟研究

利用C语言编写了能生成随机分布的颗粒增强复合材料几何模型的程序,结合MSC商用有限元软件分析了颗粒的体积分数、大小以及分布形态对颗粒增强复合材料热学性能的影响。结果表明:颗粒的分布形态对材料的热膨胀变形及热传导无明显影响,但对热应力有很大影响;颗粒的大小对材料的热膨胀有一定影响;颗粒体积分数的影响和利用混合律的预测结果基本一致。     

Effects of boron on the microstructure and thermal properties of Cu/diamond composites prepared by pressure infiltration

Diamond reinforced copper (Cu/diamond) composites were prepared by pressure infiltration for their application in thermal management where both high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion (CTE) are important. They were characterized by the microstructure and thermal properties as a function of boron content, which is used for matrix-alloying to increase the interfacial bonding between the diamond and copper. The obtained composites show high thermal conductivity (>660 W/(m·K)) and low CET (<7.4×10-6 K-1) due to the formation of the B₁₃C₂ layer at the diamond-copper interface, which greatly strengthens the interfacial bonding. Thermal property measurements indicate that in the Cu-B/diamond composites, the thermal conductivity and the CTE show a different variation trend as a function of boron content, which is attributed to the thickness and distribution of the interfacial carbide layer. The CTE behavior of the present composites can be well described by Kerner’s model, especially for the composites with 0.5wt% B.     

计及界面作用的单向复合材料统计强度

对单向纤维增强复合材料的纵向拉伸破坏进行了细观统计分析。基于随机扩大临界核统计模型，结合含纤维／基体界面损伤的应力集中分析结果，导出了具有界面剪切强度效应的复合材料的强度分布函数和破坏准则，得到了复合材料拉伸强度与界面剪切强度的关系，为复合材料微结构的优化设计提供了重要的理论依据。文中用已有的实验证实了本文方法和结果的正确性和合理性，并定量地讨论了最优界面粘合问题。     

具有纤维损伤的单向复合材料强度的统计分析

本文对随机扩大临界核统计模型进行了推广，使之适用于含在纤维损的单向纤维增强复合材料拉伸破坏的统计分析，基于复合材料的细观随机破坏机理，导出了含纤维损伤的复合材料的强度分布函数和相应的破坏准则，求出了理论统计强度值，结果表明，复合材料的强度随连续损伤纤维数及试样尺寸的增大而减小。     

玄武岩纤维布增强不同树脂基体复合材料的制备与力学性能

利用3种不同的制备工艺,成功制备了相同玄武岩纤维布含量但5种不同树脂基体的玄武岩纤维布增强树脂基复合材料.5种树脂基体包括热固性的环氧树脂、乙烯基酯、热塑性尼龙6、聚碳酸酯及ABS树脂.所制备的5种复合材料组织均匀致密,玄武岩纤维布分布特征相同.研究了玄武岩纤维布增强树脂基复合材料准静态拉伸和3点弯曲力学性能,探讨了树脂基体种类的变化对力学性能的影响规律.在此基础上,通过微观分析研究了玄武岩纤维布增强树脂基复合材料在准静态拉伸和3点弯曲加载条件下的破坏机制,并揭示了树脂基体种类的变化对力学性能影响的机理.      

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.      

Preparation and properties of C/C-SiC brake composites fabricated by warm compacted-<Emphasis Type="Italic">in situ</Emphasis> reaction

Carbon fibre reinforced carbon and silicon carbide dual matrix composites (C/C-SiC) were fabricated by the warm compacted-in situ reaction. The microstructure, mechanical properties, tribological properties, and wear mechanism of C/C-SiC composites at different brake speeds were investigated. The results indicate that the composites are composed of 58wt% C, 37wt% SiC, and 5wt% Si. The density and open porosity are 2.0 g·cm⁻³ and 10%, respectively. The C/C-SiC brake composites exhibit good mechanical properties. The flexural strength can reach up to 160 MPa, and the impact strength can reach 2.5 kJ·m⁻². The C/C-SiC brake composites show excellent tribological performances. The friction coefficient is between 0.57 and 0.67 at the brake speeds from 8 to 24 m·s⁻¹. The brake is stable, and the wear rate is less than 2.02×10⁻⁶ cm³·J⁻¹. These results show that the C/C-SiC brake composites are the promising candidates for advanced brake and clutch systems.     

复合材料随机破坏机理的分析模拟

分析纺织结构复合材料的破坏机理并给出了破坏过程的动态模拟方法.复合材料的格点力学初始态满足一定的随机分布,可通过Monte Carlo方法进行随机概率模拟,用格点弹簧模型建立相邻格点之间力学平衡和因破坏过程中失效的载荷的传递分布原则,给出格点失效临界破坏条件.Monte Carlo方法与格点弹簧模型的相互结合较之单纯使用有限元法更能接近复合材料真实的破坏过程.     

Structure and properties of solid-state synthesiz ed poly (3,4-propylenedi oxythiophene) /nano-ZnO composite

Poly（3,4-propylenedioxythiophene）/nano-Zinic Oxide（PProDOT/ZnO） composites with the content of 3-7 wt%nano-ZnO were synthesized by the solid-state method with FeCl₃ as oxidant.The structure and morphology of the composites were characterized by Fourier transform infrared（FTIR）spectroscopy,ultraviolet-visible（UV-vis） absorption spectroscopy,X-ray diffraction（XRD） and transmission electron microscopy（TEM）.The electrochemical performances of the composites were investigated by galvanostatic charge-discharge,cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy（EIS）.The photocatalytic activities of the composites were investigated by the degradation of methylene blue（MB） dyes in aqueous medium under UV light irradiation.The results from FTIR and UV-vis spectra showed that the PProDOT/ZnO composites were successfully synthesized by solid-state method,and nano-ZnO had great influences on the conjugation length and oxidation degree of the polymers.Furthermore,the PProDOT/5 wt%ZnO had the highest conjugation and oxidation degree among the composites.The results of XRD analysis indicated that there were some FeCl₄^- ions as doping agent in the PProDOT matrix,and the content of ZnO had no effect on diffraction pattern of PProDOT.Morphological studies revealed that the pure PProDOT and composites had similar morphological structure,and all the composites displayed an irregular sponge like morphology.The results of electrochemical tests showed that the PProDOT/5 wt%ZnO had a higher electrochemical activity with a specific capacitance value of 220 F g^-1 than others.The results from photocatalytic activities of the composites indicated that the PProDOT/5 wt%ZnO had better photocatalytic activity than other composites.     

铜/石墨复合材料热变形行为研究

通过Gleeble-3500热模拟试验机对铜/石墨复合材料进行热压缩试验,研究变形温度为700～850 ℃、应变速率为0.001～1.000 s^-1时该复合材料的热变行为。通过光学显微镜研究复合材料显微组织的演变,根据实验数据构建该复合材料的本构方程和热加工图。使用Zener-Hollomon参数模型对该复合材料的流变应力进行研究。研究发现,铜/石墨复合材料的流变应力随着应变温度的升高而降低,随应变速度的增大而增大。计算得出该复合材料的热变形激活能为463.02 kJ/mol,表明材料具有良好的成形能力。通过构建的本构方程验证了最大应力的吻合性,发现计算值和试验值的误差在9.5%以内,说明该方程对复合材料的流变行为具有指导作用。热加工图表明了该复合材料的适宜加工温度为780～820 ℃,变形速率为0.050～0.100 s^-1;变形温度为830～850 ℃时,变形速率约为0.001 s^-1。