纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理.研究结果表明:在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大.     

大模量比短纤维增强复合材料应力分布预测

提出了适用于纤维模量远大于基体模量时短纤维增强复合材料(SFRC)轴向应力分布的预测公式。建立了SFRC的轴对称单胞模型,对不同模量比下SFRC的纤维轴向应力分布进行了数值计算。通过与现有理论模型得到的应力分布对比表明,当纤维和基体弹性模量比小于37时,现有理论模型得到的纤维轴向应力和界面剪切应力均与有限元分析结果相吻合;当模量比大于37时,现有理论模型得到的界面剪应力与有限元分析结果基本保持一致,但是纤维轴向应力与有限元分析结果相差较大。与Hsueh模型相比,提出的预测公式与实验结果更为接近。     

短碳纤维增强橡胶基密封复合材料的热残余应力数值分析

以碳纤维/丁腈橡胶基密封复合材料为对象,采用ABAQUS有限元分析软件,建立含有界面相的三维有限元模型,研究了橡胶基复合材料热残余应力的分布规律.探讨了制备温度、界面相厚度、界面相模量描述方法、纤维体积分数、纤维直径对热残余应力的影响.结果表明:制备温度的变化对纤维和界面相的热残余应力影响较大;界面相厚度对纤维的残余应力的影响比其对自身的影响大;梯度界面有利于降低复合材料的热残余应力;适当提高纤维体积分数和增加纤维直径都有助于改善复合材料热残余应力的分布.     

细观参数对纤维增强金属基复合材料宏细观力学性能的影响

B纤维、SiC纤维增强Al基及Mg基复合材料的微观参数对宏观性能具有重要影响.基于细观力学理论,利用代表性体积元(RVE)建立极坐标复合材料宏细观弹塑性本构模型,采用有限元法研究了Al基和Mg基复合材料的基体材料、纤维种类、纤维体积分数对复合材料整体力学性能的影响.研究结果表明:基体材料遵循自身弹塑性变化规律并引起复合材料整体的弹塑性变形,纤维保持其线弹性性能,在拉伸过程起主要承载作用;基体材料及纤维体积分数对复合材料力学性能的影响效应更强;利用宏细观本构模型计算获得的复合材料应力值与试验值接近,误差不超过2.5%.     

硼纤维-镍复合电铸层界面结合强度的研究

研究了复合电铸层纤维-基体的界面结合强度及其对抗拉强度的影响.使用单纤维拔出法测定了不同条件下的硼纤维-镍复合电铸层的纤维-基体界面结合强度,并设计了一种简单可行的试样制备方法.试验结果表明,电流密度和热处理对硼纤维-镍复合电铸层的界面结合强度具有较大的影响;结合强度的提高能够显著提升复合电铸层的抗拉强度,并且随着硼纤维体积分数的增加,提升效果越来越明显.当硼纤维-镍复合电铸层的界面结合强度由12.49MPa上升至30.12MPa时,硼纤维体积分数为30%的复合电铸层抗拉强度由990MPa上升到1 280MPa.     

碳纤维增强树脂基复合材料力学性能预测

利用有限元软件ABAQUS作为建模计算平台,应用Python语言编程,实现了纤维增强复合材料有限元模型中纤维体积分数含量的控制和各向异性材料局部坐标与整体坐标下输出变量的转换,对碳纤维增强树脂基复合材料的基本力学性能进行了预测,提出了预测纤维增强复合材料基本力学性能的新方法.可对不同性能的纤维、基体材料、不同纤维体积分数含量、不同纤维铺设铺层角度、不同加载方向的纤维增强复合材料的力学性能进行预测.     

黄麻纤维混凝土的动态压缩力学性能研究

用分离式霍普金森压杆(split-Hopkinson pressure bar, SHPB)对5种体积分数(0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)的黄麻纤维混凝土(jute fiber reinforced concrete, JFRC)进行冲击压缩试验,得到其在不同应变率下的动态应力-应变曲线,由此分析了应变率和纤维体积分数对黄麻纤维混凝土动态力学性能的影响。结果表明:黄麻纤维混凝土的抗压强度具有显著的应变率效应,随着应变率的增加,抗压强度显著增加;抗压强度的动态增强因子随应变率和黄麻纤维体积分数的变化而单调变化,应变率越高,相同纤维体积分数混凝土的动态增强因子越高,然而黄麻纤维体积分数越高,同组应变率下混凝土的动态增强因子越低;黄麻纤维混凝土的韧度指数明显高于素混凝土,表明黄麻纤维的加入大大改善了混凝土的冲击吸能特性。但韧度指数并非随着应变率和纤维体积分数单调变化,而是呈现出先上升后下降的趋势。由此给出了韧度指数与应变率和纤维体积分数之间的经验关系式,并计算出了高应变率下利于冲击吸能的最优纤维体积分数。     

高性能纤维束横向压缩变形机理

基于同步辐射X射线显微断层成像技术,采集纤维束内部图像,经过计算机后续处理得到纤维束截面二维图像,分析了纤维束横向压缩变形机理,研究5种不同压缩应力下纤维束体积分数、分布状态、接触点数目的变化情况.研究结果表明:纤维体积分数与压头-压槽耦合后的面积几乎呈线性关系;纤维分布随应力增加趋于均匀;通过对纤维束内部接触点数目的统计,得出了纤维体积分数-接触点数目的拟合公式.     

短纤维橡胶复合材料界面应力传递的非线性有限元研究

考虑橡胶非线性大变形和不可压缩特性,对短纤维橡胶复合材料的应力传递进行非线性有限元研究,得到复合材料的界面应力传递情况以及细观结构参数对应力传递影响.结果表明,大变形情况下,计算得到纤维正应力和界面剪切应力变化趋势与Cox剪滞理论大体一致,而端部受应力集中效应影响大;相对于纤维体积含量,纤维长径比对纤维的充分受载长度影响更大.     

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.     

不同温度时橡胶-纤维复合材料帘线拔出有限元模拟

采用大变形、非线性有限元分析方法,以单根纤维帘线的大位移(0~2.5 mm)拔出为例,对橡胶-纤维复合材料不同温度下的界面力学性能进行了数值分析,得到了相应的应力场分布和拔出载荷的变化.模拟结果表明,在纤维拔出时,橡胶-纤维复合材料界面的端部出现剪应力集中,并随着温度变化而变化.拔出载荷与试验结果对比,在中、低温度区域内,具有较好的一致性.     

高石粉含量下C80混凝土力学性能数值模拟研究

为研究石粉含量和纤维掺量对C80混凝土基本力学性能（包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弹性模量）的影响,本文结合Digimat和Abaqus建立2D随机骨料模型、3D纤维混凝土细观模型。将不同石粉含量、纤维掺量下混凝土的数值模拟与同等条件下基本力学试验结果进行对比分析：2D随机骨料模型中过高（石粉含量大于5%时称为高石粉含量）的石粉含量会降低混凝土的整体力学性能,石粉含量越低模拟值与试验值越接近,当石粉含量为5%时混凝土的整体力学性能达到最佳。3D纤维混凝土细观模型中不同纤维类型对高石粉含量混凝土的强度有不同影响,与玄武岩纤维相比,铜镀纤维的掺入对高石粉含量下混凝土力学性能的增幅更明显。铜镀纤维体积分数为4%和6%时均能提高混凝土力学性能,当体积分数为6%时,混凝土数值模拟与试验结果误差小于7.1%且力学性能达到最优;玄武岩纤维混凝土的抗压性能随纤维体积率的增加而降低,当纤维体积率为1 kg/m3时数值模拟结果与试验结果误差范围在0.4%-8.7%,但对混凝土整体力学性能的提升较小。     

大变形条件下纤维增强复合材料的有效性能

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,其应用领域十分广阔．在其中的许多应用中,复合材料会发生大变形．本文建立了大变形条件下纤维增强树脂基复合材料的细观力学模型和均匀化方法,计算了复合材料在不同应变情况下的有效切线模量,研究了纤维性能、体分比和组成方式对复合材料有效性能的影响．研究表明,在大变形条件下,复合材料的有效切线性能随着纤维性能和体分比的提高而显著提高,而纤维束增强复合材料的有效切线性能要优于单丝纤维增强复合材料的有效切线性能．     

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.     

强制对流对 AlSi7.0 合金定向凝固界面溶质分布的影响

研究了定向凝固条件下强制性对流对ＡｌＳｉ７．０合金凝固界面溶质原子分布的影响。强制性对流是利用金属熔体流过凝固界面上方的内部坩埚底部中心的开孔形成的。试验结果表明,随着冷却速度的提高,试样中共晶体的体积分数减小,而共晶体中硅的体积分数却有所增加。强制性对流条件下,合金的共晶体体积分数以及共晶体中的Ｓｉ粒子的体积分数都较只有自然对流时高。     

钢纤维混凝土抗冲击试验研究

采用SHPB装置对不同钢纤维体积率(Vf)的钢纤维混凝土(SFRC)进行多应变率动态力学性能试验研究,测出其应变率敏感阀值,试验表明,当应变率在阀值内升高时,SFRC峰值应力增长缓慢,弹性模量基本不变,应变率超过阀值后升高时,材料动态强度和弹性模量均增长较快,而且,Vf越大,动态强度提高幅度越大.在冲击条件下,钢纤维对SFRC最显著的贡献是增韧,当应变率较高时,基体试件破碎成渣,而同应变率时的SFRC试件还能够基本上保存中间的主体,呈现出"微裂而不散,裂而不断"的破坏形态.     

ZrC粒子对低碳钢晶粒细化及力学性能的影响

在低碳低合金钢熔炼过程中加入平均粒径为0.5 μm,体积分数为0.8%的ZrC粒子,研究了不同轧制变形量条件下的晶粒细化行为及力学性能.轧制变形过程中在ZrC粒子周围形成高位错密度和高晶格畸变区,成为形变核心和再结晶核心,促进了高温奥氏体非自发再结晶细化奥氏体晶粒;由于奥氏体晶粒尺寸细化,奥氏体晶界面积增大,随后进行的铁素体相变的铁素体形核位置增多,从而大大细化了铁素体晶粒尺寸;轧制变形量与ZrC粒子体积分数存在一定的最佳配合才能对晶粒细化有作用.本实验中轧制变形量为62%,ZrC粒子体积分数0.8%以及轧后水冷条件下,铁素体晶粒尺寸细化到9.8 μm,屈服强度和抗拉强度明显提高,分别达到386.4 MPa和522.1 MPa;同时冲击吸收功(AKV=118.5 J)不降低且延伸率(δ5=34.5%)有所提高,说明添加ZrC粒子可促进晶粒细化.     

基于Weibull分布的冻融循环下纤维混凝土损伤模型

对聚丙烯纤维混凝土（PFRC）、钢纤维混凝土（SFRC）、普通混凝土（PC）进行冻融循环试验,经过冻融循环后,得到PFRC、SFRC、PC的相对动弹性模量、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,分析冻融循环过程中PFRC、SFRC、PC的冻融损伤率、强度衰减率的演化规律和冻融损伤机理,提出基于Weibull分布的纤维混凝土冻融损伤演化模型,并与推导出的力学性能衰减模型联立得到PFRC、SFRC、PC的相对抗压强度、相对抗拉强度与冻融损伤度的演化模型。结果表明:纤维的掺入能有效减小混凝土的强度衰减和冻融损伤,基于Weibull分布建立的两种冻融损伤模型,可以分别通过冻融循环次数、相对强度预测PFRC、SFRC、PC的冻融损伤度。     

钢-半固态Al-7石墨复合界面特性

为了开发高温钢铝轴瓦材料,采用铸轧技术进行了钢板与Al-7石墨半固态浆料的复合实验,得到了不同于常规钢铝复合产品的界面结构。结果表明:在钢板预热温度为510℃、Al-7石墨半固态浆料固相率(体积分数)为32%的条件下,随着扩散时间的增加,复合界面上生成的铁铝化合物逐渐增多;当扩散时间大于35s时,复合界面完全由铁铝化合物构成;当扩散时间为22.5s时,可形成由铁铝化合物和铁铝固溶体交替构成的新型结构,其界面力学性能较好。     

聚酰胺12/玻璃纤维复合材料选区激光烧结力学性能研究

基于选区激光烧结工艺(SLS),研究玻璃纤维(GF)含量变化对聚酰胺12(PA12)/GF复合材料制件力学性能的影响。首先制备具有不同GF质量分数(10%～30%)的PA12/GF复合材料试样,然后,基于力学性能测试和微观组织表征,系统分析GF质量分数对烧结件力学性能与界面微观特征的影响规律。研究结果表明：在相同工艺参数条件下(扫描速度为5 000 mm/s、激光功率为37.7 W、扫描间距为0.12 mm),随着GF质量分数增加,弯曲强度不断增大,拉伸强度先增加再减少,而冲击韧性却呈现单调递减的趋势。GF质量分数为10%的烧结制件综合力学性能最优,其拉伸强度和弯曲强度分别为48.65 MPa和53.54 MPa,相比于纯PA12分别提高了2.6%和12.0%,而冲击韧性则略有下降,为64.01 kJ/m²;当GF质量分数较高时,纤维拔出成为PA12/GF界面破坏的主要机制,该机制会导致冲击韧性的降低,这一点与力学性能冲击韧性测试结果相符;GF质量分数为10%时有助于提升材料结晶度,使得烧结试样在既保留聚酰胺基体相优势的条件下,又拥有GF增强相的特点,同时,发挥聚...