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2004年  第21卷  第2期

三维编织复合材料力学行为研究进展
卢子兴, 杨振宇, 李仲平
2004, 21(2): 1-7.
摘要:
对三维编织复合材料的细观结构几何模型和力学性能的研究进展进行了综述。重点介绍近几年该领域的研究成果和作者的一些研究工作, 其中包括三维编织复合材料力学性能的实验研究和理论研究。在理论研究方面, 介绍了弹性应变能法、纤维倾斜模型、三细胞模型和有限元模型等工作。最后, 对未来的研究趋势进行了展望。
电沉积Co-Ni-Al2O3复合镀层微观结构及高温性能
武刚, 李宁, 周德瑞, 仓知三夫
2004, 21(2): 8-13.
摘要:
在氨基磺酸盐电解液中,利用复合电沉积技术制备得到了Co-Ni合金基中弥散分布Al2O3颗粒的金属基复合镀层。通过SEM,AFM以及XRD等分析测试方法,研究了Co-Ni-Al2O3复合镀层的表面形貌和微观晶体结构。结果发现:Co-Ni-Al2O3的表面形貌和微观晶体结构主要受镀层中钴含量的影响。高钴含量复合镀层具有Hcp结构,其表面形貌比具有Fcc结构的低钴含量镀层的表面更加均匀细致。Al2O3颗粒在Co-Ni合金中的共沉积,没有改变合金固溶体的相组成,但却改变了各晶面的优势生长。通过研究复合镀层的硬度、高温耐磨性、高温抗氧化性、热膨胀系数和热导率表明:Co-Ni-Al2O3具有较好的高温耐磨性和高温抗氧化能力,并且高钴含量的复合镀层相对于低钴镀层具有较低的热膨胀系数和较高的热导率。
原位TiCP/Fe复合材料的二次加工特性
刘兆晶, 李凤珍, 姚秀荣, 章德铭, 任善之
2004, 21(2): 14-21.
摘要:
对原位TiCP/Fe复合材料二次加工(热处理、焊接、切削加工)特性进行研究,并对其工业化生产应用做了大量的基础工作。结果表明:通过加热处理的方法可以消除原位TiCP/Fe复合材料在铸造过程中带来的一些组织缺陷,改变基体组织使性能提高;TiC颗粒不宜通过加热处理给予改变;原位TiCP/Fe复合材料在焊接过程中,TiC增强颗粒没有发生变化;焊缝处没有裂纹;可焊性较好;TiC陶瓷颗粒使TiCP/Fe复合材料的切削加工的切削力增大;切削温度增高;对加工表面粗糙度影响不大;TiCP/Fe复合材料可加工性与45#钢相似。
基底温度对Ag-MgF2金属陶瓷薄膜内应力的影响
李爱侠, 孙大明, 孙兆奇, 宋学萍, 赵宗彦
2004, 21(2): 22-26.
摘要:
用电子薄膜应力分布测试仪测量了基底温度对Ag-MgF2金属陶瓷薄膜内应力的影响。结果表明:基底温度在300℃~400℃范围内,φ20.4mm选区内的薄膜平均应力最小,应力分布比较均匀,应力为张应力。XRD分析表明:当基底温度在300℃~400℃范围内,Ag-MgF2薄膜中的Ag和MgF2组分的晶格常数接近块体值,说明通过改变基底温度可以降低薄膜内应力。
CN<em>x/TiN多层复合涂层抗水蚀性能的研究
杨兵, 丁辉, 刘传胜, 范湘军
2004, 21(2): 27-33.
摘要:
采用多弧-磁控溅射镀膜机在不锈钢2Cr13衬底上沉积CN<em>x/TiN多层复合涂层。利用光电子能谱仪(XPS)和透射电子衍射(TED)对涂层的组成和结构进行分析。利用自行研制的高压水蚀试验装置对不锈钢、高铬铸铁、司太立合金以及CN<em>x/TiN多层复合涂层的抗水蚀性能进行对比试验,最后对涂层的水蚀失效机理进行了探讨。试验结果表明:CN<em>x/TiN多层复合涂层具有较高的硬度、附着力、抗热冲击性能以及优异的抗水蚀性能,是一种优良的汽轮机末级叶片抗水蚀用涂层。
铝合金熔体原位氧化构筑模糊界面复相陶瓷/金属复合材料
谷臣清, 张钱城, 赵敬忠
2004, 21(2): 34-39.
摘要:
采用K2CO3浸渗碳粉、石墨覆盖合金熔体液面,预设多孔陶瓷体输通空气,实现了铝合金熔体由表面向其内部推进的原位自氧化反应。反应生成物致密, 周边宏观表面平整,生长体前沿无高低不平的胞状堆积现象。经显微组织观察、微区波谱成分分析及X射线衍射结构分析发现:反应生成物是以柱状晶团形式生长,而柱状晶则由微米级的块、粒状氧化物构成。氧化物的组成以Al2O3为主,含少量SiO2,在两相及块、粒之间成分呈连续过渡变化,无明显清晰的分界,且有以Al2O3包覆SiO2生长的倾向,并表现出很强的定向性。铝合金金属相则主要分布于柱状晶团交界处。
Al2O3/ NiAl 复相陶瓷料浆流变性的研究
芦令超, 申玉芳, 常钧, 刘福田, 程新, 郭建亭
2004, 21(2): 40-44.
摘要:
主要对Al2O3 / NiAl 复合体系料浆的稳定分散特征作了初步研究。结果表明: 对Al2O3 和NiAl 单体系,当溶液的pH> 10. 6 时, 颗粒表面的a 电位达到最大值; 当料浆中Al2O3 含量在40 vol%以上时, 其稳定分散的最佳pH 范围为11~12, 当料浆浓度为40 vol% , 50 vol% 和60 vol%时, 最佳分散剂用量分别为0. 6 wt% , 2. 8 wt% 和8. 0 wt% ; 对浓度小于30 vol% 的NiAl 料浆, 其稳定分散的最佳pH 范围为9~11, 分散剂最佳用量为0. 5 wt% ; 在 最佳分散条件下制得的50 vol% (Al2O3 / NiAl-20) 的复相陶瓷料浆具有良好的稳定分散性。
高分子磁体/ TiO2复合缩波材料的电磁性能
林云, 朱世富, 林展如
2004, 21(2): 45-49.
摘要:
研究了在100 MHz~1800 MHz 的高频、微波下, 高分子磁体/ TiO2( 简称OPM/ TiO2 ) 复合缩波材料的电磁参数变化。研究表明: 丙烯酸改性的OPM/ TiO2 复合缩波材料有效地提高其介电常数, 降低介电损耗和磁损耗,而60Co-r 辐照的OPM/ TiO2 材料却显著地提高其磁导率及介电常数, 但材料的磁损耗和介电损耗基本不变, 因此,OPM/ TiO2 作为一种用于缩小电子器件及天线几何尺寸的复合缩波材料, 对高频, 微波通信、宇航和计算机有重要的理论和应用价值。
一步法合成有机硅改性酚醛树脂及其粘接性能
王超, 黄玉东
2004, 21(2): 50-54.
摘要:
采用有机硅树脂中加入氢氧化钠使之水解后再加入苯酚、甲醛缩聚制备热固性有机硅改性酚醛树脂,而不同于两步法制备热固性有机硅改性酚醛树脂和由硅烷水解低聚物与酚醛树脂缩合制备热固性有机硅改性酚醛树脂。本文中通过IR,DSC,TG以及剪切强度和剥离强度,对这种热固性有机硅改性酚醛树脂的粘接性能,耐热性能,耐久性能和固化工艺进行考核,证明这种方法制备的树脂粘接强度高,耐热性能优异,耐久性能良好,可以作为耐热结构胶粘剂在航空航天领域应用。
方钴矿-聚苯胺复合材料的制备及复合过程的研究
艾子萍, 刘宏
2004, 21(2): 55-59.
摘要:
用水热法制备了具有填充型Skutterudite结构的NaFe4P12单晶微米棒及纳米棒。采用乳液聚合法边聚合边复合制备了NaFe4P12-聚苯胺复合热电材料。用红外光谱、紫外光谱和X射线粉末衍射对材料进行了表征。用透射电镜研究了聚苯胺的形态和在棒状NaFe4P12材料表面聚合生长状态。首次观察到聚苯胺在NaFe4P12棒上的聚合及规律生长的"毛刷"结构。 这种"毛刷"结构的发现将有助于对其复合机理的研究;这种结构有可能用于特殊用途的电子器件。
[±20°]钢丝/橡胶复合材料的疲劳损伤累积
田振辉, 谭惠丰, 张幸红, 杜星文
2004, 21(2): 60-64.
摘要:
对 钢丝帘线增强的橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤累积进行了研究。结果表明:在载荷控制的疲劳过程中,材料的周期最大应变发展曲线呈现明显的三阶段规律。帘线端头处基体裂纹的出现是宏观疲劳损伤的初始,损伤的累积表现为裂纹数量增加、帘线/基体脱粘和层间裂纹的扩展。以动蠕变为参量建立了线性疲劳损伤累积模型,该模型能够较好地预报两级加载条件下材料的第二级疲劳寿命。
复合材料添加剂对改性PTFE的摩擦转移膜的形成和稳定作用
豆立新, 龚烈航, 沈健, 吕振坚, 龚天平, 周键钊
2004, 21(2): 65-69.
摘要:
采用金属铜的微米粒子和纳米粒子作为聚四氟乙烯(以下记为:PTFE)的改性添加剂,研究了改性后PTFE的摩擦学性能和摩擦转移膜的形成和稳定性。实验揭示了金属微米粒子和纳米粒子对聚合物摩擦转移膜的形成具有不同的机制,分析表明:单独使用微米添加剂或纳米添加剂在提高PTFE复合材料的摩擦学特性方面都具有各自的优势和不足。
硅烷偶联剂对溶胶凝胶法纳米二氧化硅复合材料制备及应用的影响
毋伟, 贾梦秋, 陈建峰, 邵磊, 初广文
2004, 21(2): 70-75.
摘要:
研究了在溶胶-凝胶法原位制备纳米二氧化硅复合材料过程中硅烷偶联剂与纳米二氧化硅间的作用机理,硅烷偶联剂量的变化对机理的影响以及对在环氧树脂清漆中应用性能的影响。结果表明:溶胶凝胶法纳米二氧化硅复合材料的形成机理是纳米二氧化硅表面的物理吸附水和硅羟基被硅烷偶联剂的有机部分所代替,生成分散均匀的纳米复合材料。当硅烷偶联剂的用量适当时该复合材料在环氧树脂清漆中具有良好的应用性能,表现出纳米材料特有的既增强又增韧特性,有很好的应用前景。
粘弹基体形状记忆合金梁弯曲的仿真分析
杜晓伟, 孙国钧
2004, 21(2): 76-80.
摘要:
应用BRINSON[1]的形状记忆合金(SMA)一维本构模型及相变动力关系,编写ABAQUS中相应的UMAT子程序,使形状记忆合金成为ABAQUS可处理的材料之一。首先计算单根形状记忆合金丝在不同温度下的应力-应变曲线,约束条件下的温度-应力曲线及循环加载下的应力-应变曲线,验证了UMAT程序的正确性。然后用UTRS子程序引入基体梁的热粘弹性质。使用ABAQUS对形状记忆合金丝加强的环氧树脂梁在侧向载荷下的变形进行仿真分析,计算结果与前期研究得到的试验结果很吻合。
湿热环境下复合材料的混合型层间断裂特性研究
管国阳, 矫桂琼, 潘文革
2004, 21(2): 81-86.
摘要:
采用混合型挠曲(MMF)试件,研究了材料吸湿和环境温度对T300/5405复合材料混合型层间断裂韧性的影响。给出了在不同温度下,不同吸湿含量试件分层临界扩展时的Ⅰ型分量和Ⅱ型能量释放率分量散点图。结果表明:在吸湿和温度的综合作用下,分层尖端存在塑性变形;常温下,吸湿对材料的层间断裂韧性影响不明显,在高温环境中,随吸湿量增加,层间断裂韧性显著增加;温度对干态材料的断裂韧性影响较小,试件吸湿后,随温度升高,韧性增强。
复杂形状三维薄壁构件RTM制造工艺注模过程模拟
戴福洪, 张博明, 杜善义, 武湛君
2004, 21(2): 87-91.
摘要:
采用有限单元/控制体积方法,编写了RTM工艺注模过程模拟程序SHELLCV。SHELLCV程序包含三角形壳元和矩形壳元两种单元,可以模拟复杂形状三维薄壁构件的RTM制造工艺注模过程,得到任意时刻的树脂流动前峰曲线、压力场分布。与解析解比较验证了SHELLCV程序的稳定性和可靠性。算例研究表明SHELLCV程序可为工艺设计:注射口和排气口的布置,合模压力提供有效的参考依据。
RTM工艺注模过程模拟的有限元/控制体积方法和流动分析网络技术比较
戴福洪, 张博明, 杜善义, 武湛君
2004, 21(2): 92-98.
摘要:
分析了有限元/控制体积方法和流动分析网络技术两种算法的区别,结果表明:在三角形网格上两种算法是一致的,在矩形网格上流动分析网络技术(FAN)相对于传统的有限元/控制体积方法(FE/CVM)可以构造更精确的控制体积表面流率计算方案。算例研究表明:对于矩形网格流动分析网络技术预测的填充时间精度比传统的有限元/控制体积方法提高几倍左右。
碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响
葛世荣, 张德坤, 朱华, 王军祥
2004, 21(2): 99-104.
摘要:
用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。
预成型体纵向渗透率统计模型
陈鹏, 段跃新, 梁志勇
2004, 21(2): 105-110.
摘要:
预成型体渗透率是LCM工艺重要的材料工艺参数,建立渗透率模型对认识纤维/树脂流动浸润机理,更准确地预报渗透率及优化工艺和材料参数具有重要意义。本文作者以LCM工艺复合材料的微观结构分析为依据,建立纵向渗透率的统计模型,系统研究单向预成型体材料微观结构及参数对其渗透特性的影响规律,并进行了实验验证。
全局矩阵法及其在层状各向异性复合板中Lamb波传播特性研究中的应用
张海燕, 刘镇清, 吕东辉
2004, 21(2): 111-116.
摘要:
纤维增强复合材料中兰姆波的传播因其在无损评价中的应用而成为广泛研究的课题。一般采用传递矩阵法对各向异性多层媒质进行建模。虽然这种方法较为方便,但在大频厚积时会出现数值不稳定。本文作者对Nafeh的传递矩阵方法进行改进,所得到的全局矩阵方法具有较好的稳定性,其程序能有效地产生兰姆波的频散曲线。纤维增强复合材料中兰姆波的传播受多种因素的影响,层数的影响是其中之一。给出了不同层数复合板中兰姆波的相速度频散曲线以及两个基本模式a0s0沿板厚方向的应力分布。这些数值示例为层状各向异性复合材料板的无损评价提供了理论依据。
计及复合材料飞轮内孔卸载影响的多厚环套装的简化分析
秦勇, 夏源明, 毛天祥
2004, 21(2): 117-122.
摘要:
纤维束张紧力缠绕的复合材料厚环固化成型以后,再抽出缠绕芯轴形成空心环,这一过程称为内孔卸载。本文作者在飞轮多环套装初应力分析和张紧力缠绕飞轮初应力分析的基础上,进一步给出了计及纤维束张紧力影响和复合材料厚环内孔卸载影响的多环过盈套装的简化分析,并给出了计算复合材料飞轮总体初应力场和变形场的公式。算例分析表明:内孔卸载后,纤维束缠绕的复合材料厚环的应力场和变形场均有明显的变化;和多厚环过盈套装的方法结合起来装配飞轮,可以有效地增大径向压应力,缓和环向应力;内孔卸载使得装配中的真实过盈量相对初始设定过盈量有较大的改变,必须充分考虑。
三维正交机织物参数对纤维体积含量的影响
郭兴峰, 王瑞, 黄故, 郝志坚
2004, 21(2): 123-127.
摘要:
三维机织物设计的一个目标是满足要求的纤维体积含量。通过分析三维正交机织物单元体的结构,可以计算经纱、纬纱和捆绑纱的截面尺寸,建立纤维体积含量与织物参数间的关系。实际制织了一块6层经纱、5层纬纱的玻璃纤维三维正交机织布,测试了经纱、纬纱、捆绑纱以及织物的纤维体积含量,并与理论计算值进行了对比,分析了产生误差的原因。最后,分析了织物参数对纤维体积含量的影响,发现经纬纱粗度比的增大或间距比的减小,将使经纱和织物的纤维体积含量增大,纬纱的纤维体积含量减小;捆绑纱的引入,降低了经纱、纬纱和织物的纤维体积含量。
三维四向编织复合材料体胞模型的修正
王迎娜, 王玉林, 万怡灶
2004, 21(2): 128-133.
摘要:
基于弹性理论建立了三维四向编织复合材料的交叉模型。这种模型简单,易于计算,易于程序化,但弹性常数计算结果有一定误差。本文作者总结了影响三维编织复合材料弹性常数的因素,并首次对三维编织复合材料的交叉模型进行了两次修正。每次修正的原因与结果不同。首先对传统的单向复合材料的体胞模型进行修正;基于此,又考虑了编织体结构的纤维束的曲线弧度的影响,并应用正弦曲线模拟了纤维束的曲线弧度,对模型进行第二次修正。由修正后的交叉模型应用MATLAB计算了三维编织复合材料的弹性模量和拉伸载荷下纤维束截面的应力情况。由两次修正的交叉模型计算的弹性常数与试验结果符合较好。由应力大小分析了三维编织复合材料破坏的应力解释。
三维四向编织复合材料弹性性能的理论预测
杨振宇, 卢子兴
2004, 21(2): 134-141.
摘要:
在对三维四步(1×1)编织物结构分析的基础上,进一步完善了基元、面元和角元的三细胞模型,使修正后的模型实现了空间上的几何连续性,较为真实地模拟了编织预制件的纤维走向。然后,基于修正后的三细胞模型并采用刚度平均法预测了三维编织复合材料的弹性性能,通过与现有实验结果的比较,验证了该模型的适用性。
含SMA和PZT二元驱动器的智能复合材料结构形状控制
王军, 郦正能, 王俊兵
2004, 21(2): 142-146.
摘要:
基于有限元素法求解嵌入SMA和PZT作为联合变形驱动器的板壳型智能结构的变形,采用优化方法将最小化目标变形和实际变形差作为目标函数,确定各个驱动器的驱动电压或控制温度以实现自适应结构的任意变形控制,并考虑到了控制电压和结构温度的限制。算例结果列举了联合控制同单独PZT或SMA控制方式的控制效果对比。
纳米HA/PA6复合材料的体外生物活性
严永刚, 李玉宝, 张利, 彭雪林, 许凤兰, 王学江, 杨晓庆
2004, 21(2): 147-152.
摘要:
研究了PA6和纳米HA/PA6复合材料在模拟体液(SBF)中的行为变化,用IR,XRD,SEM和EDS等手段对材料的表面变化进行了分析,讨论了PA6和纳米HA/PA6复合材料的稳定性、亲水性和生物活性。结果表明:在SBF中PA6的吸水率大概在6%左右,纳米HA/PA6复合材料的吸水率有少量下降,PA6和纳米HA/PA6复合材料出现一定的溶解和降解。在SBF中,PA6表面形成Ca,P化合物中的Ca/P比例为1.12,与HA的理论值1.67有一定的差别;HA/PA6复合材料在其表面形成了HA沉积物和碳酸取代的磷灰石沉积物,Ca/P逐步变化为1.67,表现出较好的生物活性。复合材料表面沉积的HA和原来合成的HA具有相近的结晶形貌,该复合材料可作为优良的骨修复填充材料和组织工程支架材料。
Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测
尹衍升, 龚红宇, 谭训彦, 甄玉花, 张银燕, 陈云
2004, 21(2): 153-156.
摘要:
利用TEM对Fe3Al/Al2O3复合材料的位错形貌进行了观测分析,观察到Fe3Al/Al2O3中丰富的位错组态。根据透射电镜观察,引入Fe3Al后,Al2O3晶内产生大量位错,位错多产生于Fe3Al于Al2O3相界面附近,亚界面的形成使基体晶粒再细化,使强度提高。在Fe3Al中观察到超点阵位错,对材料起到"有序强化"作用。
Fe3O4/ 聚吡咯复合材料的制备及表征
陈爱华, 王海侨, 赵彬, 王静, 李效玉
2004, 21(2): 157-160.
摘要:
以化学沉淀法制备Fe3O4 纳米粒子, 采用乙醇对Fe3O4 纳米粒子表面进行处理, 使其表面有机化, 然后通过乳液原位复合制备Fe3O4 / 聚吡咯复合材料。利用TEM, XPS, 四探针测试仪和震荡磁力计对其进行表征和检测。结果表明: 经醇处理的Fe3O4 纳米粒子的分散性得到明显改善, Fe3O4 纳米粒子被包覆在聚吡咯层内, 包覆层厚度为10 nm 左右, 复合材料具有优良的电性能和磁性能, 电导率e= 7. 69 s/ cm~13. 6 s/ cm, 饱和磁强度Ms= 12. 06 emu/ g~24. 38 emu/ g, 矫顽力Hc= 11 Oe~41 Oe。其环境稳定性明显优于纯聚吡咯。
RTM工艺注模过程边缘效应模拟分析
戴福洪, 张博明, 杜善义
2004, 21(2): 161-167.
摘要:
RTM工艺需将纤维预制体预置到模具中,由于纤维预制体结构不均匀性和模具形状、尺寸等影响,极易产生边缘效应。边缘效应会严重影响树脂流场发展和压力场分布。本文作者采用等效渗透系数方法模拟边缘效应,得到了其影响下的树脂流动前峰曲线和压力场。研究表明:一方面边缘效应可能导致不期望的树脂流场发展而形成工艺缺陷——干斑;另一方面可以利用边缘效应提高工艺效率:常流率注射时减小合模压力和注射压力,常压力注射时可以减少注模时间。