单向短纤维复合材料中热残余应力研究

基于单向短纤维增强金属基复合材料的单纤维模型,利用轴对称弹塑性有限元分析方法,研究了该类复合材料中热残余应力的大小和分布情况以及各种微结构参数的变化对它的影响,同时还讨论了热残余应力的存在对基体与纤维之间应力传递的影响。研究表明,热应变的不匹配导致纤维受压、基体受拉,界面法向受压。热残余应力的存在降低了基体与纤维间的应力传递,不利于复合材料整体性能的提高。     

纤维位向及界面对短纤维复合材料弹性模量的影响

基于短纤维复合材料的单纤维模型，引入一个具有一定厚度的界面层，借助于三维弹性有限元，以能量原理为基础，研究短纤维取向的变化以及界面层性能的改变对短纤维增强金属基复合材料弹性模量的影响。按文中提出的模型对一些短纤维增强金属基复合材料的弹性模量进行预测，与同类材料的实验结果比较可见，预测具有较好的准确性。     

δ-Al2O3短纤维增强Al合金复合材料热残余应力及其影响

用弹塑性有限元法和双纤维模型研究了δ-Al2O3，短纤维增强Al合金复合材料在室温下的热残余应力的分布及其对复合材料整体力学性能的影响．计算了体积分数为20％的3种δ-Al2O3／A1合金复合材料的拉伸应力-应变关系，并与实验结果比较．纤维间相互作用使复合材料基体中的热残余应力的大小发生了变化，但对其空间分布规律没有影响．对于体积分数为20％的短纤维增强δ-Al2O3／Al-5．5Mg和δ-Al2O3／Al-5．5Zn复合材料，用双纤维模型的三维弹塑性有限元方法计算的应力-应变曲线与实验曲线符合得较好，但δ-Al2O3／Al-12 Si复合材料的模拟结果与实验结果相比误差较大．     

纤维长径比对单向短纤维复合材料力学行为的影响

在单向短纤维增强金属基复合材料的单纤维轴对称和单纤维三维细观力学模型的基础上,利用弹塑性有限元分析方法,研究该类复合材料中短纤维长径比的变化对材料整体力学行为的影响,研究主要考虑短纤维长径比的变化对复合材料的应力传递、弹性模量以及应力－应变关系曲线的影响。研究表明：在单向短纤维增量金属基复合材料中,短纤维的长径比应保持在一个最佳范围,高过一定值后增强作用几乎不再增加,过低又不能保证复合足够的力学性     

乱向短纤维增强复合材料细观力学模型探讨

根据乱向短纤维增强复合材料纤维在基体中随机取向分布的特点，提出了一种新的球体细观力学模型。同时，对两种及两种以上纤维混合增强的力学模型进行了探讨。     

纤维增强复合材料的损伤粘弹性本构方程

文章在对基体建立粘弹性5参数模型基础上，引入反映界面粘结相间损伤变量，导得纤维增强复合材料的损伤粘弹性本构方程，方程反映了基体粘弹性、纤维含量及界面性能对复合材料粘弹性行为的影响，据此对蠕变所作的理论预测与试验结果比较吻合良好。     

界面分离颗粒增强复合材料的弹性常数研究

将增强颗粒与基体均视为弹性，采用弹性接触模型与边界元素法，对界面分离颗粒增强复合材料的弹性常数进行了研究。通过数值分析，揭示了界面分离颗粒增强复合材料的弹性常数的基本特征。文中所述；完整界面与完全分离界面模型，分别提供了具有非完整界面颗粒增强复合材料的弹性模量之上，下界限。     

Al2O3／ZA—12复合材料的组织与性能

本文研究了用挤压铸造法制备Ａｌ２Ｏ３短纤维增ＺＡ－１２合金复合材料的组织和力学性能，对纤维体积分数和温度改变时，复合材料性能的变化规律作了较详细的分析。结果表明：用挤压铸造法可以成功地制备纤维分布较均匀、性能较好的Ａｌ２Ｏ３／ＺＡ－１２复合材料；随着纤维体积分数Ｖｆ的增大，复合材料室温下的硬度、弹性模量单调增大，但抗拉强度延伸率下降；复合材料抗拉强度随温度的下降幅度低于基体，高温下复合材料的抗料的     

混杂纤维片材拉伸性能研究

参考标准GB/T3354-1999测试了由碳纤维、玻璃纤维和尼龙纤维等编织的不同混杂纤维布和增强环氧树脂复合板的拉伸强度、弹性模量和拉伸过程曲线等,分析了混杂比例对干纤维布和纤维增强环氧树脂板拉伸性能的影响。结果表明:与1C1G和2C1G纤维布相比,1C2G单向纤维布呈现出更为理想的分级破坏形式,应力传递更稳定;在碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板体系中,1C2G复合板延性优越,最大延伸率达1.68%;与碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板相比,含有尼龙纤维的混杂纤维树脂板在拉伸过程中具有下降段,延性效果改善良好,但抗拉强度偏低;环氧树脂在复合材料中进行应力传递和重分配,有效提高了复合材料的整体受力性能。     

胶粘剂和CFRP吸湿对复合材料粘接接头失效的影响

对胶粘剂和复合材料的影响进行解耦;采用常温环境分别对胶粘剂、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和CFRP/铝合金粘接接头进行不同时间周期的浸泡,研究了不同应力状态对粘接接头失效的影响;以准静态失效测试的失效强度和失效模式分析为主,结合傅里叶变换红外光谱仪分析、差示扫描量热法分析和扫描电子显微镜分析,分别研究胶粘剂和CFRP吸湿后的失效机理,揭示了吸湿对复合材料粘接接头失效的影响机理。分析结果表明:胶粘剂在吸湿30 d后发生了水解,失效强度下降约53.7%,失效应变约为原来的3.2倍;CFRP吸湿后表面粘附性降低,容易引起界面失效,但打磨之后能够得到改善,CFRP吸湿后纤维/基体界面力学性能降低,在正应力状态下更容易造成纤维撕裂;CFRP/铝合金粘接接头的失效强度在吸湿30 d后下降了约23%,失效断面中胶粘剂出现了韧性断裂和界面失效;通过对胶粘剂、CFRP和CFRP/铝合金粘接接头吸湿后的失效分析,发现剪应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效主要受胶粘剂吸湿后的性能下降影响,其次是界面失效的影响,而正应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效还受CFRP性能下降造成的纤维撕裂影响。      

低温下复合材料层合板的层间应力分析

以低温推进剂的纤维增强树脂基复合材料燃料罐为对象,研究在低温环境下复合材料/结构的力学性能。基于细观力学模型,分别建立了用于复合材料贮箱的2种典型复合材料E-Glass/Epoxy和Graphite/Epoxy低温环境下的本构关系。采用有限元法,通过对低温环境下典型铺层的层合板自由边界附近层间应力的分析,讨论了低温对E-Glass/Epoxy和Graphite/Epoxy这2种典型复合材料层合板自由边界附近层间应力分布的影响。结果表明:温度的变化对层合板层间应力分布的影响较明显,且温度越低层合板的最大层间应力值越大。研究成果将对低温推进剂的纤维增强树脂基复合材料燃料罐设计提供一定的参考价值。     

纤维束复合材料在剪力作用下的力学性能

利用细观力学模型研究在剪力作用下复合材料的性质，以单纤维复合材料为基础，利用平面应变模型有限元法计算了3根束和4根束纤维增强复合材料的弹塑性应力－应变关系，对不同的细观结构的复合材料非线性性能进行了数值比较。     

低温下沥青中柔性短纤维桥联应力计算模型

分析了柔性纤维增强脆性材料特点,建立了单根纤维从沥青中拔出时的受力模型。采用球面坐标系建立空间均匀分布短纤维桥联应力的计算模型,计算了沥青断裂时短纤维产生的桥联应力。采用大尺寸的纤维沥青试件进行低温拉伸断裂试验,实测短纤维的桥联应力。通过对桥联应力的计算值和实测值进行试算拟合,修正了计算模型中的参数。分析结果表明：桥联...     

金属纤维增强铝合金复合材料的研究

为了探讨金属纤维增强铝合金复合材料用做电力机车触线的实用性,本文研究了铁丝/Al—Sn—Cu—Ni、铜丝/Al—Si—Cu 和不锈钢丝/Al—Sn—Cu—Ni 复合材料的强度及界面上的元素分布。试验结果表明,铁丝/Al—Sn—Cu—Ni 复合材料较好,在其纤维和基体的界面上有一层过渡层,有利于提高复合材料的强度。     

金属纤维增强铝合金复合材料界面相互作用规律的研究

本文研究了金属纤维增强铝合金复合材料中纤维同基体间的界面相互作用规律.试验结果表明,金属纤维同液相铝合金基体的作用温度愈高,作用时间愈长,则界面内层(扩散层)的柱状晶Fe_2Al_5愈发达,含有以颗粒、团块、层状形态存在的FeAl_3(Sn)金属间化合物的界面外层(凝固层)将逐渐减薄或消失;固相加热保温时,界面内层Fe_2Al_5生长规律为X=X_0+2.0559×10~6·exp(-6.378×10~4/RT·t~(12)(μm).     

Al2O3短纤维／Al—12Si复合材料微观断裂的TEM原位观察

利用挤压铸造法制备了Ａｌ２Ｏ３（２０％Ｖ）／Ａｌ－１２Ｓｉ复合材料并采用透射电镜动态拉伸技术对复合材料的裂纹形成及微观裂过程进行了原位观察，发现该复合材料的纤维／基体界面是破坏路径之一，并发现了纤维中裂纹形成及扩展至纤维完全破坏的现象。     

Al_2O_3短纤维／Al－12Si复合材料微观断裂的TEM原位观察

利用挤压铸造法制备了Ａｌ２Ｏ３（２０％Ｖ）／Ａｌ－１２Ｓｉ复合材料并采用透射电镜动态拉伸技术对复合材料的裂纹形成及微观断裂过程进行了原位观察，发现该复合材料的纤维／基体界面是破坏路径之一，并发现了纤维中裂纹形成及扩展至纤维完全破坏的现象     

SiC颗粒增强铝基复合材料细观损伤的温度效应

SiC颗粒增强铝基复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关，随温度的升高，材料力学性能明显下降，SiCD／A356复合材料表现出不同的细观损伤机理．文中对真空双搅拌方法制备的质量分数为20％的SiC颗粒增强铝基复合材料在室温和高温下的细观损伤机制进行了研究，在试样断口上，通过扫描电镜观察到了不同的裂纹萌生和扩展机制，根据不同温度下表现出的不同失效方法，归纳出了复合材料细观损伤的温度效应曲线．研究表明，在室温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主，高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主．     

固化剂对乙烯基酯树脂/碳纤维复合材料性能的影响

以乙烯基酯树脂为基体、碳纤维预浸布为增强体、环烷酸钴为促进剂、KH550为偶联剂、过氧化甲乙酮为固化剂,制备乙烯基酯树脂/碳纤维复合材料,研究不同固化剂含量对复合材料性能的影响。结果表明:树脂与固化剂的质量配比为100∶4时,复合材料的交联固化程度最好,弯曲强度达217.76 MPa,弯曲模量达14734.97 MPa,玻璃化转变温度达106.03℃,热分解温度达399.81℃,SEM图观测可知碳纤维表面有较多胶液,树脂与纤维排列紧密、黏合牢固,纤维断裂整齐,界面结合性能也最好。与经氧化处理复合材料相比,未进行碳纤维表面酸氧化处理的复合材料弯曲强度性能提高了16.2%,弯曲模量提高了13.0%,但物理、化学耐热性比较差。     

δ—Al2O3f／Al合金基复合材料的强度研究

对挤压铸造法制得的δ－Ａｌ２Ｏ３ｆ／Ａｌ合金基复合材料，测量其短纤维地位向分布，导出了一个位向分布密度函数。在此基础上考虑在体抗拉强度高低和不同界面结合的影响，对复合材料的拉伸强度进行了预测，预测结果和实测值符合较好