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2001年  第18卷  第4期

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料
陈卫祥, 陈文录, 徐铸德, 刘宗建, 涂江平, 张孝彬, 郭鹤桐
2001, 18(4): 1-5.
摘要:
碳纳米管具有超强的力学性能、极高的纵横比和独特的导电特性,是制备复合材料的理想形式。评述了目前碳纳米管复合材料的制备及其应用研究的动态。用化学镀方法制备的镍基碳纳米管复合镀层比传统的复合镀层具有更高的耐磨性能,结构为非晶态。讨论了复合镀制备金属基碳纳米管复合镀层的优越性及应用。用原位聚合法合成了导电聚苯胺-碳纳米管的复合材料,可以作为电池和电化学超级电容器的电极材料。
PP/LCP复合材料的物性及力学特性
邱建辉, 川越诚, 森田干郎, 水野渡
2001, 18(4): 6-10.
摘要:
通过对容易再生的PP/LCP复合材料的微观结构、动态粘弹性特性、热膨胀特性以及力学特性进行讨论,明确了PP/LCP虽为不相溶的两相复合材料,但由于PP和LCP相的热膨胀系数不同,使两相具有比较好的界面结合强度。当LCP加入量低于40 %时,形成以PP为基LCP为纤维状的强化相并沿流动方向分布。LCP的含量高于60 %后,PP相的存在对复合材料的延性及强度均带来不利影响。
复合材料三维四向矩形编织物角柱结构研究
黄小平, 孙良新, 徐孝诚
2001, 18(4): 11-16.
摘要:
针对有限元计算对几何数据的需要,详细研究了由四步1∶1法编织的复合材料三维四向矩形编织物的角柱结构,为其建立了准确的几何模型。以矢量方法导出纺纱(纤维束)角柱段轴线、以及角柱段与内部段、角柱段与角柱段的接触线等的数学表达式。据此得到角柱结构几何参数值,它们可用于该材料的图形显示和力学分析。
视窗化RTM工艺充模过程模拟仿真技术研究
尹明仁, 段跃新, 李丹, 梁志勇, 张佐光
2001, 18(4): 17-22.
摘要:
根据RTM工艺树脂流动充模模型,研究和开发了基于FEM/CV算法的RTM工艺复杂渗流充模过程数值模拟软件平台-BHRTM-2。BHRTM-2在视窗系统下运行,带有FEM网格捕捉器窗口可直观方便地设置注射口、溢料口和工艺参数,操作简单,能够模拟复杂边界制件的树脂流动充模过程、显示充模过程中任意时刻模腔内压力的分布场、流动前峰和预测充模时间及可能的干斑缺陷位置,为RTM工艺设计与优化提供了有效技术手段。文中对BHRTM-2的模拟结果的正确性和可靠性进行了理论与实验验证,并给出了具体算例。
苎麻/LLDPE复合材料力学性能的研究
许瑞, 徐闻, 范英, 罗利琴
2001, 18(4): 23-28.
摘要:
研究了成型工艺、碱液及硅烷偶联剂预处理对苎麻/LLDPE复合材料力学性能的影响。结果表明:经碱液、KH-550和A-151硅烷偶联剂分别预处理后,苎麻/LLDPE复合材料的拉伸性能均有不同程度的提高,拉伸强度由51.0MPa分别提高到102.6 MPa、83.6 MPa及89.8 MPa。经A-151预处理后,材料的弯曲强度及弯曲模量由23.1 MPa、1.58 GPa提高到81.6 MPa、6.01 GPa,单位面积总冲击能及动态弯曲强度由30.9 kJ/m2、31.3 MPa提高到37.8 kJ/m2、106 MPa。
超高分子量聚乙烯纤维紫外接枝处理
骆玉祥, 吴越, 胡福增, 吴叙勤, 关淑英
2001, 18(4): 29-33.
摘要:
以超高分子量聚乙烯纤维布为处理对象,研究了紫外接枝处理过程中各种因素对处理后复合材料层间剪切强度的影响,发现以丙烯酰胺为接枝单体时的处理效果最好,并用扫描电镜、红外光谱以及XPS研究了纤维处理前后表面性能、表面形貌的变化。
复合材料烧蚀率的影响阳极氧化处理对碳纤维三维织物/酚醛
曹海琳, 黄玉东, 张志谦, 冯志海, 余瑞莲
2001, 18(4): 34-37.
摘要:
采用阳极氧化法对碳纤维三维织物中的碳纤维进行表面改性处理,研究阳极氧化处理对其复合材料烧蚀率的影响。结果表明通过阳极氧化处理可以改善复合材料的耐烧蚀性能,其线烧蚀率降低了7.2%,背面最高温度降低了20℃。同时通过SEM照片分析,从微观结构上阐明处理后的复合材料耐烧蚀性能得到改善。
P/6061Al的变形断裂特征和塑性
李焕喜, 崔梅, 陈立强
2001, 18(4): 38-41.
摘要:
为了更清楚地认识颗粒增强铝塑性差的细微观机制, 进行了(Al2O3)P/6061Al的拉伸和三点弯曲变形实验,并用扫描电镜观察了变形与断裂的细微观特征。发现: (1) 在加载过程中,总是基体先发生变形局部化,形成变形带; 变形带内较大的Al2O3颗粒优先开裂,形成颗粒尺度的微裂纹; 变形带内的集中变形和Al2O3颗粒的继续开裂交互作用,导致微裂纹沿着变形带连接与扩展进而发生宏观低塑性断裂;(2) 加载方式、材料状态和变形温度对上述过程没有本质影响。根据以上观察结果和颗粒增强铝的强化机理,讨论了塑性差的细微观机制以及材料状态和变形温度对(Al2O3)P/6061Al塑性的影响。
疲劳对铝基SiC纤维增强复合材料界面性能影响
柳永宁, 康伟, 何家文, 朱祖铭
2001, 18(4): 42-45.
摘要:
采用单纤维碎断法(Fragmentation)及声发射技术研究了富SiO2处理的SiC纤维增强铝基复合材料经一定疲劳载荷后的界面接合强度。发现疲劳与未疲劳状态对实验机刚度的测量影响极大, 这将直接影响纤维断裂强度的计算。采用直接溶出法测量经热压处理的纤维断裂强度,发现复合工艺对纤维的强度没有损耗,这与Clough关系的预测有巨大的差异。经一定周次疲劳后,纤维的临界长度增加,界面接合强度有所降低。
Ti-40Al-2B合金微观组织和初生TiB2生长特征
张虎, 张二林, 高文理, 曾松岩
2001, 18(4): 46-49.
摘要:
用原位自生法制备了Ti-40Al-2B(wt%)复合材料,并用XRD、SEM对复合材料的相组成和微观组织,特别是TiB2的形貌进行了研究。结果表明:该合金由TiAl和TiB2两相组成。其中TiB2颗粒以初生的块状和共晶的片状或细棒状形式共存。初生TiB2呈六面棱柱体,端面有清晰的生长台阶,其显露晶面分别为(0001)和{101 - 0}。结合晶体生长理论分析认为:TiB2的生长单元为一个硼原子和六个钛原子组成的三棱柱,硼原子位于三棱柱的中心,生长方式以台阶式生长为主。其中{112 - 1}面生长速率最快,{101 - 0}面生长速率最慢,导致TiB2形成以{101 - 0}面为棱柱面的六面棱柱结构。
Ti-Al-B合金空心管状初生TiB的生长机制
张虎, 高文理, 张二林, 金云学, 曾松岩
2001, 18(4): 50-53.
摘要:
采用原位自生法制备了Ti-17Al-1.5B复合材料,并用XRD、SEM对复合材料的相组成和微观组织进行了研究。结果表明:该合金由Ti3Al和TiB两相组成。初生TiB多呈较粗长的空心管状,共晶TiB呈短纤维状。根据晶体生长的固-液界面稳定性理论分析认为:TiB的B27晶体结构和晶体生长过程中的棱边效应导致初生TiB容易生长成空心管状。这是因为,在初生TiB晶体的[010]方向的固-液界面生长至一临界尺寸以后,晶面中心处因扩散受阻(热扩散和溶质扩散)而存在非常大的扩散过冷使晶面中心的台阶停止生长,这时TiB优先在棱边处长大;另外,TiB [010]方向生长速度非常快。二者的共同作用使初生TiB易于长成与 方向一致的空心管状。而共晶TiB则由于径向尺寸很小(呈纤维状),不易于长成空心管状。
SiC颗粒增强铝合金基复合材料断裂与强化机理
郭成, 程羽, 尚春阳, 苏文斌, 许建群
2001, 18(4): 54-57.
摘要:
对SiC颗粒增强铝合金基复合材料的室温拉伸断裂与强化机理进行了研究。结果表明:该类材料的断裂包括基体韧断、界面脱开和增强体颗粒断裂三种方式,均属于MNG模式;该类复合材料的强化效果取决于基体强度与界面强度的匹配关系,当基体的屈服强度达到某一临界值时,通过添加增强体颗粒来强化材料是非常困难的。
原位合成VC颗粒增强钢基复合材料组织及其形成机理
刘海峰, 刘耀辉, 于思荣
2001, 18(4): 58-63.
摘要:
研究了铸造法制备的原位VCP增强钢基复合材料的组织和性能,探讨了复合材料的组织形成机理。结果表明,原位VCP增强钢基复合材料具有浇铸温度低(1723~1773 K),铸造成型性好的特点,适用于制备体积分数较高的颗粒内生复合材料;原位合成的VC颗粒细小,体积分数可达15 %左右,并在基体中均匀分布;在复合材料组织中发现三种类型的VC增强相,即自熔体中析出的颗粒状VC,条状共晶VC和二次析出粒状VC;通过基体合金化,可以明显提高复合材料的组织稳定性,经923 K回火后,硬度可维持在HRC 60左右,明显提高了复合材料的高温磨损性能。
短纤维增强金属基复合材料的多重损伤分析
周储伟, 王鑫伟, 杨卫, 方岱宁
2001, 18(4): 64-67.
摘要:
用细观计算力学的方法分析了短纤维增强金属基复合材料(MMC)多重损伤的相互作用及对拉伸强度的影响。采用唯象的内聚力模型模拟界面的脱粘;G-T模型描述延性基体的损伤。在胞元模型的基础上研究了界面强度、纤维长径比等细观参数对材料损伤模式及强韧性的影响。研究表明,界面较弱时,损伤以界面脱粘为主,界面的强度决定了材料强度;当界面较强时,晶须将发生断裂,材料的最终强度由晶须的强度决定。不同界面强度条件下基体中损伤的分布不同。
Cf/SiC制备过程中纤维热应力损伤研究
王建方, 陈朝辉, 郑文伟, 肖加余
2001, 18(4): 68-71.
摘要:
采用束丝碳纤维和聚碳硅烷先驱体浸渍裂解工艺制成Cf/SiC丝束,并进行了分析表征,研究了其中的纤维受损情况。实验结果表明,由于先驱体聚碳硅烷在浸渍裂解时倾向于以纤维为依托进行热解,并且其中较多量的氧及杂质的存在将对纤维造成损伤,因而会形成较强的纤维基体界面;纤维基体热膨胀系数失配等因素造成的热应力将使纤维进一步受损。
重力分离SHS陶瓷内衬复合管界面现象
杜心康, 王建江, 赵忠民, 叶明惠, 温晋华, 张龙
2001, 18(4): 72-75.
摘要:
利用自蔓延高温合成-重力分离法制备了陶瓷内衬20碳钢、Cr25Ni20耐热钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢高炉煤粉喷吹复合管。对其界面现象的研究表明,金属/陶瓷间的结合主要表现为机械结合。其中,在不锈钢复合管中除有更强的机械锚固效应外,还兼以由Ti元素扩散而形成的溶解和浸润结合迹象。各复合管经使用后,碳钢、耐热钢复合管界面仍表现为机械结合,而在不锈钢复合管中,钢基中Ti元素和煤粉中C元素在界面区富集,陶瓷/金属间过渡区加宽,且陶瓷一侧组织中出现TiC新相,使其结合方式逐渐向扩散结合过渡,并呈现部分反应结合迹象。
氧化铝基陶瓷复合材料的阻力曲线行为及其抗热震性能
吕珺, 郑治祥, 金志浩
2001, 18(4): 76-81.
摘要:
采用压痕-弯曲强度法获得了Al2O3-SiCW和Al2O3-TiCP陶瓷基复合材料的裂纹扩展阻力曲线(R-曲线),并测试了材料的抗热震性能,分析了材料的阻力曲线行为与其抗热震性能之间的内在联系。结果表明:材料的阻力曲线行为与抗热震性之间存在明显的相关性。热震引起材料强度的下降幅度与其阻力曲线的陡峭程度及上升幅度有关。阻力曲线越陡峭,上升幅度越大,抗热震性也越好。其中Al2O3-SiCW复合材料显示出更为优越的抗裂纹扩展能力与抗热震性能。扫描电镜观察及理论分析显示:晶须的拔出与桥联补强增韧机制是产生这一现象的主要原因。
玻璃/环氧圆柱壳的冲击响应与稳定性分析
万志敏, 杜星文, 谢志民
2001, 18(4): 82-86.
摘要:
应用Love的壳体理论得到了非轴对称变形的复合材料圆柱壳的控制方程。对扰动状态的非轴对称变形,位移函数采用复Fourier级数形式,得到了Mathieu形的扰动方程,由此给出了静态临界载荷和固有频率。本文中对层合壳在轴向冲击载荷下的动态稳定性研究考虑了几何非线性,这是以往在该问题的研究中所未涉及的问题。研究表明,考虑几何非线性得到的临界载荷较线性几何关系计算结果要高5 %左右。因此,考虑几何非线性是必要的。
TiC-Ni系功能梯度材料的断裂力学有限元分析
张幸红, 李亚辉, 韩杰才, 王保林
2001, 18(4): 87-92.
摘要:
根据实验结果给出了功能梯度材料热物性参数的估计模型,用有限元素法研究了含有垂直于梯度方向裂纹的功能梯度材料,分别考虑了机械载荷、均匀热载荷以及非均匀热载荷作用下,梯度分布指数对裂纹尖端应力强度因子、应变能密度以及裂纹扩展角的影响。
弹性接触颗粒状周期性结构材料力学分析的均匀化方法(Ⅰ) ——局部RVE分析
张洪武
2001, 18(4): 93-97.
摘要:
研究工作目的是建立弹性接触颗粒状组成周期性结构材料力学分析的均匀化模型。首先对具有周期性构造的弹性接触颗粒材料力学的微观(小尺度)与宏观两级均匀化方法的研究现状进行了简要回顾,进而发展了问题局部RVE分析的有限元求解技术,该方法考虑了弹性接触体的粘着界面特性,并基于参变量变分原理提出了问题求解的参数二次规划算法,为宏观均匀化分析工作打下基础。
弹性接触颗粒状周期性结构材料力学分析的均匀化方法(Ⅱ) ——宏观均匀化分析
张洪武
2001, 18(4): 98-102.
摘要:
基于文献[1]的工作,给出弹性接触颗粒状组成周期性结构材料宏观力学均匀化分析新方法。该方法的特点是在对材料进行微观分析的基础上建立宏观材料的均匀化非线性数值本构模型,并在此基础上构造宏观分析的一致性方法。给出了数值算例,说明了方法的正确性与有效性。
矩形板的中等大挠度两邻边铰支两邻边夹紧正交各向异性
杨加明, 孙良新, 吴丽娟
2001, 18(4): 103-107.
摘要:
利用Galerkin方法分析了von-Karman型两邻边铰支两邻边夹紧正交各向异性矩形板。所设的位移函数为梁振动函数,它不仅能精确地满足边界条件,而且具有正交的特性,从而把复杂的非齐次非线性偏微分方程组化为一组非线性代数方程组。通过非线性方程组的线性化和可调节参数的修正迭代解法找出问题的解。实践证明,梁振动函数的收敛很快,只须取出级数的前几项即可满足精度要求。最后求出了不同复合材料的挠度和应力值。
稳态滚动轮胎的有限元分析模型
闫相桥
2001, 18(4): 108-114.
摘要:
建立了一个稳态滚动轮胎的有限元分析模型,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性、橡胶基复合材料的各向异性及轮胎与地面接触滑动摩擦。结果表明,该模型是较为合理的。
Al-TiO2-C体系中XD反应动力学机制的研究
寇生中, 许广济, 丁雨田, 苏培华
2001, 18(4): 115-118.
摘要:
采用热分析和显微组织分析的方法,研究了在XD工艺条件下Al-TiO2-C体系的反应机制。合成反应剧烈的放热效应在试样内部形成的高温冶金微区促进增强粒子的合成及基体的合金化。反应在不同阶段有不同的反应机制,在快速反应阶段主要以溶解-析出-破裂机制进行,快速反应伴随的剧烈的放热效应在粒子内部产生的热应力是反应物破裂的主要原因。反应物的破裂加快了反应速度,细化了生成的增强粒子。
木塑复合材料疲劳性能的研究
程羽, 郭成, 景成芳, 金志浩, 叶克林
2001, 18(4): 119-122.
摘要:
研究了杨木和桦木两种不同结构的木材与木塑复合材料(WPC)的疲劳性能和疲劳裂纹的扩展机理。研究结果表明,WPC的最大应力与循环寿命的对数呈线性关系;木材的疲劳载荷随树脂含量的增加呈线性增大,杨木的S-N曲线斜率受树脂含量的影响,疲劳裂纹沿木纤维方向扩展。桦木塑料复合材料(PC>30wt.%)疲劳裂纹以"Z"字型方式扩展。
层压板修理设计中的参数选择问题
孟凡颢, 陈绍杰, 童小燕
2001, 18(4): 123-127.
摘要:
复合材料层压板的修理问题是复合材料结构修理中的基础性研究课题。其中,贴补法和挖补法是两种基本的修理方法。通过有限元方法对贴补法和挖补法进行了研究,给出了贴补修理和挖补修理的最佳设计参数选择方案。对于大多数贴补修理设计,补片的厚度应该是母板厚度的一半,搭接长度大约在25mm;对于挖补修理,通常可采用6°的挖补角度。试验结果表明,通过计算分析得出的最佳修理设计参数对工程实际具有很好的指导意义。
复合材料的切削加工表面结构与表面粗糙度
全燕鸣, 叶邦彦
2001, 18(4): 128-132.
摘要:
普通金属材料的切削加工理论表面粗糙度可以用公式计算。复合材料经切削加工后其表面留有各种凹凸缺陷,这些谷峰轮廓并非由刀刃直接切出,故不宜用现有普通材料的公式计算其理论表面粗糙度。纤维增强复合材料的切削加工表面结构和粗糙度与切削方向密切相关。颗粒增强复合材料无方向性,其已加工表面结构和粗糙度主要受增强颗粒硬度和粒度以及含量控制。增强体与基体的界面强度及切削刀具和工艺条件对复合材料加工表面粗糙度有很大影响。
铜与Al2O3陶瓷的粘接
邵光杰, 秦秀娟, 景勤, 陈世镇
2001, 18(4): 133-135.
摘要:
用自制的装置研究了高温下铜与Al2O3陶瓷的直接粘接,重点考察了温度和压力对界面粘接强度的影响。在温度725℃,压力7.5MPa,粘接时间300s的条件下,获得最大粘接强度为15.1MPa。