2007年 第24卷 第4期
2007, 24(4): 1-7.
摘要:
将助剂预混与二次挤出工艺相结合制备含短纤维预发泡粒料, 并用型内二次发泡工艺制备了短炭纤维(SCF)、 短玻璃纤维(SGF)混杂增强聚丙烯(PP)复合泡沫材料。研究了在纤维总质量分数不变时, SCF与SGF的相对含量、 增强纤维与PP的界面性能及泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的发泡效果和力学性能的影响。结果表明: SGF和SCF的同时加入能够改善PP的高温熔体强度, 获得孔径较小且均一的类球形的闭孔PP泡沫体。SGF和SCF混杂增强提高了PP复合泡沫材料的强度和模量, 且增强效果高于单一纤维, 当纤维总质量分数为15%, 且SGF ∶SCF为1 ∶1时(质量比), PP复合泡沫材料的抗弯强度和抗压强度最高, 而SGF ∶SCF为3 ∶1时, PP泡沫复合材料的冲击韧性和压缩模量达到最大值 。泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的冲击韧性和抗压强度影响显著, 当表观密度从0.32g/cm3增至0.45g/cm3时, 冲击韧性和抗压强度分别从4.29kJ/m2和6.57MPa 提高到17.87kJ/m2和20.57MPa。
将助剂预混与二次挤出工艺相结合制备含短纤维预发泡粒料, 并用型内二次发泡工艺制备了短炭纤维(SCF)、 短玻璃纤维(SGF)混杂增强聚丙烯(PP)复合泡沫材料。研究了在纤维总质量分数不变时, SCF与SGF的相对含量、 增强纤维与PP的界面性能及泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的发泡效果和力学性能的影响。结果表明: SGF和SCF的同时加入能够改善PP的高温熔体强度, 获得孔径较小且均一的类球形的闭孔PP泡沫体。SGF和SCF混杂增强提高了PP复合泡沫材料的强度和模量, 且增强效果高于单一纤维, 当纤维总质量分数为15%, 且SGF ∶SCF为1 ∶1时(质量比), PP复合泡沫材料的抗弯强度和抗压强度最高, 而SGF ∶SCF为3 ∶1时, PP泡沫复合材料的冲击韧性和压缩模量达到最大值 。泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的冲击韧性和抗压强度影响显著, 当表观密度从0.32g/cm3增至0.45g/cm3时, 冲击韧性和抗压强度分别从4.29kJ/m2和6.57MPa 提高到17.87kJ/m2和20.57MPa。
2007, 24(4): 8-12.
摘要:
对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。
对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。
2007, 24(4): 13-21.
摘要:
通过实验研究了喷雾炭黑、 N762炭黑、 特导电炭黑和N326炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性、 伏安特性及电场作用前后电阻变化, 以及炭黑掺量对其上述性能的影响。试验结果表明, 炭黑直径和掺量对炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性、 伏安特性和电阻特性具有较大的影响。掺加质量分数为35％~52.5％, 直径123nm喷雾炭黑的环氧树脂基复合材料具有很好的力电性能, 电压和电流关系符合伏安特性, 施加电场前后电阻没有明显变化; 掺33nm特导电炭黑和30nm N326炭黑的环氧树脂基复合材料的力电变化没有明显的规律, 电压和电流关系不符合伏安特性, 施加电场后其电阻大幅度降低; 掺84nm N762炭黑和26.25％质量分数的喷雾炭黑的环氧树脂基复合材料力电变化具有规律性, 但不稳定, 电压电流关系不符合伏安特性, 施加电场后其电阻降低, 但下降的幅度不大。在实验研究的基础上, 建立了炭黑环氧树脂基复合材料电路模型, 揭示了电击穿是施加电场前后炭黑环氧树脂复合材料电阻发生明显变化的机理, 最后, 通过分析炭黑间环氧树脂间隙层的变形, 解释了炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性变化规律。
通过实验研究了喷雾炭黑、 N762炭黑、 特导电炭黑和N326炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性、 伏安特性及电场作用前后电阻变化, 以及炭黑掺量对其上述性能的影响。试验结果表明, 炭黑直径和掺量对炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性、 伏安特性和电阻特性具有较大的影响。掺加质量分数为35％~52.5％, 直径123nm喷雾炭黑的环氧树脂基复合材料具有很好的力电性能, 电压和电流关系符合伏安特性, 施加电场前后电阻没有明显变化; 掺33nm特导电炭黑和30nm N326炭黑的环氧树脂基复合材料的力电变化没有明显的规律, 电压和电流关系不符合伏安特性, 施加电场后其电阻大幅度降低; 掺84nm N762炭黑和26.25％质量分数的喷雾炭黑的环氧树脂基复合材料力电变化具有规律性, 但不稳定, 电压电流关系不符合伏安特性, 施加电场后其电阻降低, 但下降的幅度不大。在实验研究的基础上, 建立了炭黑环氧树脂基复合材料电路模型, 揭示了电击穿是施加电场前后炭黑环氧树脂复合材料电阻发生明显变化的机理, 最后, 通过分析炭黑间环氧树脂间隙层的变形, 解释了炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性变化规律。
2007, 24(4): 22-28.
摘要:
基于双势阱模型, 利用蒙特卡罗随机模拟法, 采用偶极子系统不同构成方式研究了以高分子聚合物为基料、 纳米颗粒掺杂所形成的复合材料的特殊介电性能, 即剩余极化和快松弛现象。研究表明: 偶极子系统可以模拟不同电介质材料的微观构成, 其对外加激励的响应能反映所研究材料的介电特性, 而系统趋于稳定的迭代过程可以表征材料在外电场中的极化松弛速率。本文的模拟结果与文献报道一致, 该方法为研究材料介电特性提供了一种简便有效的技术手段, 并可作为实验室开发具有特殊性能新型介质材料的辅助工具。
基于双势阱模型, 利用蒙特卡罗随机模拟法, 采用偶极子系统不同构成方式研究了以高分子聚合物为基料、 纳米颗粒掺杂所形成的复合材料的特殊介电性能, 即剩余极化和快松弛现象。研究表明: 偶极子系统可以模拟不同电介质材料的微观构成, 其对外加激励的响应能反映所研究材料的介电特性, 而系统趋于稳定的迭代过程可以表征材料在外电场中的极化松弛速率。本文的模拟结果与文献报道一致, 该方法为研究材料介电特性提供了一种简便有效的技术手段, 并可作为实验室开发具有特殊性能新型介质材料的辅助工具。
2007, 24(4): 29-33.
摘要:
磁电复合材料在磁-电能量转换等领域具有重要的潜在应用价值, 研究磁电复合材料在较高频率下的磁电耦合特性对于实际应用具有重要意义。本文中以0-3型的Terfenol-D(Tb0.30Dy0.70Fe2)/环氧树脂复合材料为磁致伸缩层, 以PZT 压电陶瓷为压电层, 制备了三明治结构的层合磁电复合材料。研究了Terfenol-D/环氧树脂复合材料层的磁致伸缩性质, 并对所制备的层合磁电复合材料磁通密度、 介电常数以及磁电电压系数等随频率和偏磁场的变化规律进行了系统研究。结果表明, 由于Terfenol-D/环氧树脂复合材料的引入, 层合磁电复合材料呈现出良好的频率响应特性, 可靠工作范围大大拓宽。层合磁电复合材料具有优良的动态磁电耦合性能, 在优化偏磁场630 Oe和共振频率69.6kHz下的磁电效应高达21.2 V/cmOe。此外, 层合磁电复合材料的磁电效应随偏磁场的变化发生明显变化, 并存在优化偏磁场。对上述现象和结果进行了详细讨论, 并给出了层合磁电复合材料的磁电耦合机制。
磁电复合材料在磁-电能量转换等领域具有重要的潜在应用价值, 研究磁电复合材料在较高频率下的磁电耦合特性对于实际应用具有重要意义。本文中以0-3型的Terfenol-D(Tb0.30Dy0.70Fe2)/环氧树脂复合材料为磁致伸缩层, 以PZT 压电陶瓷为压电层, 制备了三明治结构的层合磁电复合材料。研究了Terfenol-D/环氧树脂复合材料层的磁致伸缩性质, 并对所制备的层合磁电复合材料磁通密度、 介电常数以及磁电电压系数等随频率和偏磁场的变化规律进行了系统研究。结果表明, 由于Terfenol-D/环氧树脂复合材料的引入, 层合磁电复合材料呈现出良好的频率响应特性, 可靠工作范围大大拓宽。层合磁电复合材料具有优良的动态磁电耦合性能, 在优化偏磁场630 Oe和共振频率69.6kHz下的磁电效应高达21.2 V/cmOe。此外, 层合磁电复合材料的磁电效应随偏磁场的变化发生明显变化, 并存在优化偏磁场。对上述现象和结果进行了详细讨论, 并给出了层合磁电复合材料的磁电耦合机制。
2007, 24(4): 34-39.
摘要:
采用真空袋阳模成型法在不同条件下制备了90°的L形玻纤单向布/环氧树脂层板, 对层板不同位置处纤维密实和缺陷状况进行了研究, 考察了成型过程主要工艺条件对缺陷的影响规律。结果表明, 富树脂、 孔隙、 厚度分布不均和纤维屈曲变形是L形层板中主要的缺陷类型, 加压时机、 层板尺寸、 铺层方式以及边界条件对纤维密实和缺陷的形成都有重要的影响。对以上各种缺陷的产生机制进行了初步分析: 剪切流动的存在导致层板厚度分布不均匀而且出现富树脂区; 纤维的屈曲变形是由于轴向受压缩力; 本文实验条件下孔隙的主要来源是夹杂空气。研究结果对热压工艺中缺陷的预测与控制以及工艺参数的优化具有重要的指导意义。
采用真空袋阳模成型法在不同条件下制备了90°的L形玻纤单向布/环氧树脂层板, 对层板不同位置处纤维密实和缺陷状况进行了研究, 考察了成型过程主要工艺条件对缺陷的影响规律。结果表明, 富树脂、 孔隙、 厚度分布不均和纤维屈曲变形是L形层板中主要的缺陷类型, 加压时机、 层板尺寸、 铺层方式以及边界条件对纤维密实和缺陷的形成都有重要的影响。对以上各种缺陷的产生机制进行了初步分析: 剪切流动的存在导致层板厚度分布不均匀而且出现富树脂区; 纤维的屈曲变形是由于轴向受压缩力; 本文实验条件下孔隙的主要来源是夹杂空气。研究结果对热压工艺中缺陷的预测与控制以及工艺参数的优化具有重要的指导意义。
2007, 24(4): 40-45.
摘要:
热固性树脂体系在贮存期间会发生物理或化学变化, 这会影响树脂体系的流变特性, 进而影响其成型工艺性。本文中针对几种典型热压工艺用高性能热固性树脂体系, 采用平板流变仪研究了贮存期对树脂体系流变特性的影响, 并利用差示扫描量热法、 红外光谱法和凝胶色谱法分析了流变特性变化的具体原因; 同时以流动度为表征参数, 考察了树脂体系工艺性随贮存期的变化规律。结果表明, 树脂体系的贮存特性主要由其固化反应特性和添加剂的贮存特性决定。该研究结果为热压工艺参数的选择和优化提供了重要实验依据。
热固性树脂体系在贮存期间会发生物理或化学变化, 这会影响树脂体系的流变特性, 进而影响其成型工艺性。本文中针对几种典型热压工艺用高性能热固性树脂体系, 采用平板流变仪研究了贮存期对树脂体系流变特性的影响, 并利用差示扫描量热法、 红外光谱法和凝胶色谱法分析了流变特性变化的具体原因; 同时以流动度为表征参数, 考察了树脂体系工艺性随贮存期的变化规律。结果表明, 树脂体系的贮存特性主要由其固化反应特性和添加剂的贮存特性决定。该研究结果为热压工艺参数的选择和优化提供了重要实验依据。
2007, 24(4): 46-50.
摘要:
根据软模热膨胀压力与复合材料推力筒壁厚和复合材料预成型体之间的变化关系, 推导出了软模尺寸控制方程, 并采用整体浇铸成型技术制备软模。对整体制备出的复合材料推力筒的轴压性能测试结果表明, 复合材料推力筒整体力学性能优异, 满足设计要求。与传统VARTM工艺相比较, 软模辅助RTM能通过软模的膨胀挤胶作用, 提高构件的纤维体积分数; 通过加压作用, 提高构件的致密性和表面质量, 最终使其力学性能提高。
根据软模热膨胀压力与复合材料推力筒壁厚和复合材料预成型体之间的变化关系, 推导出了软模尺寸控制方程, 并采用整体浇铸成型技术制备软模。对整体制备出的复合材料推力筒的轴压性能测试结果表明, 复合材料推力筒整体力学性能优异, 满足设计要求。与传统VARTM工艺相比较, 软模辅助RTM能通过软模的膨胀挤胶作用, 提高构件的纤维体积分数; 通过加压作用, 提高构件的致密性和表面质量, 最终使其力学性能提高。
2007, 24(4): 51-57.
摘要:
无机刚性空心微珠颗粒填充聚丙烯材料的研究结果显示, 空心微珠颗粒的加入可以同时改善其韧性、 强度和刚性。本文中采用显微原位拉伸试验, 对空心微珠／聚丙烯复合材料试样受拉伸过程中裂纹的产生、 发展、 终止和材料的破坏行为进行了动态原位观察分析。试验结果表明, 分散相颗粒能有效地引发大量微小裂纹, 吸收大量能量, 并可以成功阻碍小裂纹的扩展, 使裂纹不致形成破坏性开裂, 改善复合材料的韧性, 并使复合材料的强度同时得到提高。该试验结果为无机刚性颗粒在聚合物中作用的能量耗散理论提供了有力的试验支持。
无机刚性空心微珠颗粒填充聚丙烯材料的研究结果显示, 空心微珠颗粒的加入可以同时改善其韧性、 强度和刚性。本文中采用显微原位拉伸试验, 对空心微珠／聚丙烯复合材料试样受拉伸过程中裂纹的产生、 发展、 终止和材料的破坏行为进行了动态原位观察分析。试验结果表明, 分散相颗粒能有效地引发大量微小裂纹, 吸收大量能量, 并可以成功阻碍小裂纹的扩展, 使裂纹不致形成破坏性开裂, 改善复合材料的韧性, 并使复合材料的强度同时得到提高。该试验结果为无机刚性颗粒在聚合物中作用的能量耗散理论提供了有力的试验支持。
2007, 24(4): 58-62.
摘要:
在COMPASS(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies)力场下, 对以氨(Amine)、 丁二胺(Butanediamine)为核的1代~3代(1G~3G)石墨/树状大分子纳米复合材料进行了分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)。介绍了复合体系的构建过程及分子动力学模拟细节, 从微观构形、 能量变化研究了正则系综(恒定的NVT)中6种插层复合物的稳定性及其机理, 最后利用径向分布函数(Radial distribution function)对能量变化结果进行了分析。结果表明, 当树状大分子体积较小时, 石墨层容易弯曲, 体系能量较高, 导致复合体系不稳定; 随着树状大分子代数的增加, 石墨层形变减小, 体系能量降低, 3代时树状大分子体系最稳定。
在COMPASS(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies)力场下, 对以氨(Amine)、 丁二胺(Butanediamine)为核的1代~3代(1G~3G)石墨/树状大分子纳米复合材料进行了分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)。介绍了复合体系的构建过程及分子动力学模拟细节, 从微观构形、 能量变化研究了正则系综(恒定的NVT)中6种插层复合物的稳定性及其机理, 最后利用径向分布函数(Radial distribution function)对能量变化结果进行了分析。结果表明, 当树状大分子体积较小时, 石墨层容易弯曲, 体系能量较高, 导致复合体系不稳定; 随着树状大分子代数的增加, 石墨层形变减小, 体系能量降低, 3代时树状大分子体系最稳定。
2007, 24(4): 63-66.
摘要:
采用热处理还原银盐原位引入银粒子的方法, 成功制备了天然石墨-纳米银/聚氨酯(C-Ag/PU)导电复合薄膜。并通过透射电镜(TEM)、 扫描电镜(SEM)观察了该复合薄膜的微观结构, 用X射线衍射仪(XRD)跟踪了银的还原和银粒子的生长过程, 探讨了加热温度和加热时间对银还原过程的影响, 研究了纳米银的生成和聚集对C/PU复合体系导电性能的影响。结果表明, 随着热处理的进行, 银粒子不断地生成和聚集, 最终以纳米尺寸(约10nm)均匀分散在聚合物基体中。纳米银粒子在天然石墨粒子之间起到了桥梁的作用, 改善了复合体系的导电通路, 显著提高了复合体系的导电性。
采用热处理还原银盐原位引入银粒子的方法, 成功制备了天然石墨-纳米银/聚氨酯(C-Ag/PU)导电复合薄膜。并通过透射电镜(TEM)、 扫描电镜(SEM)观察了该复合薄膜的微观结构, 用X射线衍射仪(XRD)跟踪了银的还原和银粒子的生长过程, 探讨了加热温度和加热时间对银还原过程的影响, 研究了纳米银的生成和聚集对C/PU复合体系导电性能的影响。结果表明, 随着热处理的进行, 银粒子不断地生成和聚集, 最终以纳米尺寸(约10nm)均匀分散在聚合物基体中。纳米银粒子在天然石墨粒子之间起到了桥梁的作用, 改善了复合体系的导电通路, 显著提高了复合体系的导电性。
2007, 24(4): 67-70.
摘要:
在不加任何引发剂和金属还原剂的条件下, 超声辐射双原位引发乳液聚合制备纳米银镓合金/聚甲基丙烯酸甲酯(Ag-Ga/PMMA)复合粒子。利用HREM、 EDS、 XRD等对复合粒子进行了分析, 表明所制得的乳胶粒子具有典型的核壳结构, 粒径为80~200nm, 分布均匀, 单分散性好, 基本没有出现团聚。乳胶粒子中成壳部分的聚合物产生了一层层有序组装的现象。XRD证明, 有纳米合金Ag0.72Ga0.28存在; 此外还出现了2个新的衍射峰, 推断可能是新的银镓合金物质。
在不加任何引发剂和金属还原剂的条件下, 超声辐射双原位引发乳液聚合制备纳米银镓合金/聚甲基丙烯酸甲酯(Ag-Ga/PMMA)复合粒子。利用HREM、 EDS、 XRD等对复合粒子进行了分析, 表明所制得的乳胶粒子具有典型的核壳结构, 粒径为80~200nm, 分布均匀, 单分散性好, 基本没有出现团聚。乳胶粒子中成壳部分的聚合物产生了一层层有序组装的现象。XRD证明, 有纳米合金Ag0.72Ga0.28存在; 此外还出现了2个新的衍射峰, 推断可能是新的银镓合金物质。
2007, 24(4): 71-75.
摘要:
用气-液两相稳定法制备了Cu-Ag复合纳米粉。并用XRD、 HRTEM、 DSC-TG、 红外光谱、 化学分析和氧含量分析等手段研究了粉体的相结构、 表面组成、 形貌、 粒度分布和氧化特性。结果表明, Cu-Ag复合纳米颗粒具有壳核结构, 核为纳米Cu-Ag, 壳为厚度10nm左右的松油醇(C10H18O)分子层和氧化层双层结构, 粉体的粒度分布为20~150nm。在空气中, 220℃包覆在Cu-Ag复合纳米粒子表面的松油醇分子开始氧化, 进而导致Cu-Ag复合纳米粒子在340℃左右迅速氧化, 680℃左右Cu-Ag复合纳米粒子完全氧化。 温度低于220℃时, 气-液两相稳定法制备的Cu-Ag复合纳米粉的抗氧化能力比气相稳定法制备的Cu-Ag复合纳米粉的抗氧化能力好。
用气-液两相稳定法制备了Cu-Ag复合纳米粉。并用XRD、 HRTEM、 DSC-TG、 红外光谱、 化学分析和氧含量分析等手段研究了粉体的相结构、 表面组成、 形貌、 粒度分布和氧化特性。结果表明, Cu-Ag复合纳米颗粒具有壳核结构, 核为纳米Cu-Ag, 壳为厚度10nm左右的松油醇(C10H18O)分子层和氧化层双层结构, 粉体的粒度分布为20~150nm。在空气中, 220℃包覆在Cu-Ag复合纳米粒子表面的松油醇分子开始氧化, 进而导致Cu-Ag复合纳米粒子在340℃左右迅速氧化, 680℃左右Cu-Ag复合纳米粒子完全氧化。 温度低于220℃时, 气-液两相稳定法制备的Cu-Ag复合纳米粉的抗氧化能力比气相稳定法制备的Cu-Ag复合纳米粉的抗氧化能力好。
2007, 24(4): 76-81.
摘要:
由机械合金化法(MA)制得纳米级Al2O3颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末, 利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围, 分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al2O3/Cu复合材料。通过测试密度、 电导率、 抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、 微区成分分析, 对比研究了Al2O3质量分数分别为0%、 0.5%、 1.0%、 1.5%时Al2O3/Cu复合材料的物理、 力学和电学性能。结果表明: 不同制备工艺下随着Al2O3含量增加, 材料的抗弯强度先增后降, 电导率除受杂质影响外, 还受材料缺陷的影响, 故变化规律不明显, 对于Al2O3含量相同的Al2O3/Cu复合材料, 采用SPS法制备的复合材料的致密度、 抗弯强度及电导率均高于HP法; 在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。
由机械合金化法(MA)制得纳米级Al2O3颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末, 利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围, 分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al2O3/Cu复合材料。通过测试密度、 电导率、 抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、 微区成分分析, 对比研究了Al2O3质量分数分别为0%、 0.5%、 1.0%、 1.5%时Al2O3/Cu复合材料的物理、 力学和电学性能。结果表明: 不同制备工艺下随着Al2O3含量增加, 材料的抗弯强度先增后降, 电导率除受杂质影响外, 还受材料缺陷的影响, 故变化规律不明显, 对于Al2O3含量相同的Al2O3/Cu复合材料, 采用SPS法制备的复合材料的致密度、 抗弯强度及电导率均高于HP法; 在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。
2007, 24(4): 82-87.
摘要:
基于颗粒增强金属基复合材料的单球形颗粒模型和轴对称二维6节点三角形单元, 利用ABAQUS对T6热处理后的两种体积分数的SiCP/6061Al合金复合材料的高温(300℃)单轴拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟。在有限元模拟中, 对基体采用了新发展的、 能够合理描述材料棘轮行为的黏塑性循环本构模型。数值模拟表明: 本文中建立的有限元分析模型对颗粒增强金属基复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性得到了较为合理的描述, 模拟结果与实验吻合较好。模拟结果同时还揭示了复合材料内循环变形行为在细观层次上的不均匀性和复杂性。
基于颗粒增强金属基复合材料的单球形颗粒模型和轴对称二维6节点三角形单元, 利用ABAQUS对T6热处理后的两种体积分数的SiCP/6061Al合金复合材料的高温(300℃)单轴拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟。在有限元模拟中, 对基体采用了新发展的、 能够合理描述材料棘轮行为的黏塑性循环本构模型。数值模拟表明: 本文中建立的有限元分析模型对颗粒增强金属基复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性得到了较为合理的描述, 模拟结果与实验吻合较好。模拟结果同时还揭示了复合材料内循环变形行为在细观层次上的不均匀性和复杂性。
2007, 24(4): 88-94.
摘要:
通过复合电沉积技术制备了锌基碳纳米管复合薄膜。其中, 碳纳米管表面的锌沉积层平滑连续, 无明显界面缺陷, 与其它金属基碳纳米管复合材料相比, 这种独特的界面形貌是值得注意的。在对材料变形区的观察中发现, 在薄膜变形的过程中, 适中的结合强度将允许碳纳米管与基体发生界面脱黏, 碳纳米管被拔出基体后桥联在裂纹中。虽然界面结合受到损伤, 但是仍然可以有效地传递应力。当裂纹继续扩展, 碳纳米管石墨片层开裂, 直至完全断裂。同时, 这些桥连在裂纹中的碳纳米管趋向于向垂直于裂纹的方向滑移, 它们在基体中移动时会对基体造成一定程度的损伤。这些过程都将消耗大量的破断能, 从而起到对基体的增强效果。锌基碳纳米管复合薄膜的平均硬度由HV178.3上升至HV493.5。
通过复合电沉积技术制备了锌基碳纳米管复合薄膜。其中, 碳纳米管表面的锌沉积层平滑连续, 无明显界面缺陷, 与其它金属基碳纳米管复合材料相比, 这种独特的界面形貌是值得注意的。在对材料变形区的观察中发现, 在薄膜变形的过程中, 适中的结合强度将允许碳纳米管与基体发生界面脱黏, 碳纳米管被拔出基体后桥联在裂纹中。虽然界面结合受到损伤, 但是仍然可以有效地传递应力。当裂纹继续扩展, 碳纳米管石墨片层开裂, 直至完全断裂。同时, 这些桥连在裂纹中的碳纳米管趋向于向垂直于裂纹的方向滑移, 它们在基体中移动时会对基体造成一定程度的损伤。这些过程都将消耗大量的破断能, 从而起到对基体的增强效果。锌基碳纳米管复合薄膜的平均硬度由HV178.3上升至HV493.5。
2007, 24(4): 95-100.
摘要:
采用概率论和数理统计方法, 以研究分析2D C/SiC复合材料的弯曲强度分布规律为切入点, 比较了失效概率预测值与实验值, 用可靠度、 风险函数和可靠强度评价了该材料可靠性。通过线性回归分析和拟合优度检验得到正态、 对数正态和三参数Weibull分布模型均可表征其弯曲强度分布规律; 确定了该材料弯曲强度失效概率、 可靠度函数、 风险函数和可靠强度的数学模型中的参数, 可以预测给定强度条件和许用可靠度条件下的多种可靠性指标; 材料弯曲强度均值的三种模型预测值与实测值最大相对误差仅0.07%, 计算得到的失效概率曲线与实验弯曲强度的失效分布均符合很好。
采用概率论和数理统计方法, 以研究分析2D C/SiC复合材料的弯曲强度分布规律为切入点, 比较了失效概率预测值与实验值, 用可靠度、 风险函数和可靠强度评价了该材料可靠性。通过线性回归分析和拟合优度检验得到正态、 对数正态和三参数Weibull分布模型均可表征其弯曲强度分布规律; 确定了该材料弯曲强度失效概率、 可靠度函数、 风险函数和可靠强度的数学模型中的参数, 可以预测给定强度条件和许用可靠度条件下的多种可靠性指标; 材料弯曲强度均值的三种模型预测值与实测值最大相对误差仅0.07%, 计算得到的失效概率曲线与实验弯曲强度的失效分布均符合很好。
2007, 24(4): 101-105.
摘要:
通过三维编织炭纤维增强碳化硅基复合材料(3D C/SiC)在各种氧化气氛中的环境实验, 研究了氧化气氛中材料的质量变化率和剩余强度随温度变化规律及其相关性。根据3D C/SiC复合材料各组元的作用, 对其微观组织及炭纤维预制体的氧化损伤演变进行了分析。结果表明, 在各个氧化温度区间内, 3D C/SiC质量变化率与剩余强度随温度变化的规律基本相同, 两者结果相互对应。对于3D C/SiC, 用质量变化率作为对环境损伤敏感性表征的一个基本指标, 比用剩余强度表征更科学可靠。
通过三维编织炭纤维增强碳化硅基复合材料(3D C/SiC)在各种氧化气氛中的环境实验, 研究了氧化气氛中材料的质量变化率和剩余强度随温度变化规律及其相关性。根据3D C/SiC复合材料各组元的作用, 对其微观组织及炭纤维预制体的氧化损伤演变进行了分析。结果表明, 在各个氧化温度区间内, 3D C/SiC质量变化率与剩余强度随温度变化的规律基本相同, 两者结果相互对应。对于3D C/SiC, 用质量变化率作为对环境损伤敏感性表征的一个基本指标, 比用剩余强度表征更科学可靠。
2007, 24(4): 106-111.
摘要:
C/C复合材料的组分含量测量是进行性能分析和改进工艺的有效手段。本文作者在分析化学气相渗透工艺(CVI)制备的纯净组织C/C复合材料偏振光显微图像特点的基础上, 基于模式识别原理提出了一种自适应多目标图像分割方法。根据最大类间方差准则、 采用改进的Otsu算法, 该系统自动计算孔隙、 纤维和热解炭各相间的最佳分割阈值。实验结果表明, 该方法不受C/C复合材料组分含量和组分分布形式的影响, 分割质量满足定量测量的要求。
C/C复合材料的组分含量测量是进行性能分析和改进工艺的有效手段。本文作者在分析化学气相渗透工艺(CVI)制备的纯净组织C/C复合材料偏振光显微图像特点的基础上, 基于模式识别原理提出了一种自适应多目标图像分割方法。根据最大类间方差准则、 采用改进的Otsu算法, 该系统自动计算孔隙、 纤维和热解炭各相间的最佳分割阈值。实验结果表明, 该方法不受C/C复合材料组分含量和组分分布形式的影响, 分割质量满足定量测量的要求。
2007, 24(4): 112-117.
摘要:
采用MM-1000型摩擦磨损试验机测试了粗糙层基体炭C/C复合材料试样在不同制动速度下的摩擦磨损性能, 借助微区拉曼光谱和扫描电镜研究了试样摩擦面的结构与形貌。结果表明粗糙层基体炭C/C复合材料具有优异的摩擦速度特性。试样的摩擦系数和试验后摩擦面上碳原子的有序度无直接对应关系, 制动速度对摩擦系数的影响应归因于制动速度对摩擦面温升和摩擦膜厚度及完整性的影响。5m/s的低制动速度下, 试样因吸附水气摩擦系数持续低值(0.15), 摩擦面上无连续摩擦膜产生; 10m/s的制动速度下水气被解吸附, 摩擦面出现多层厚膜, 摩擦系数达到峰值(0.5), 此后, 随制动速度增加, 摩擦膜减薄, 材料磨损量呈下降趋势; 当制动速度增加到25m/s及以上, 摩擦面的温升导致氧化质量损失和线磨损增加, 摩擦系数也稍有衰减(0.3)。
采用MM-1000型摩擦磨损试验机测试了粗糙层基体炭C/C复合材料试样在不同制动速度下的摩擦磨损性能, 借助微区拉曼光谱和扫描电镜研究了试样摩擦面的结构与形貌。结果表明粗糙层基体炭C/C复合材料具有优异的摩擦速度特性。试样的摩擦系数和试验后摩擦面上碳原子的有序度无直接对应关系, 制动速度对摩擦系数的影响应归因于制动速度对摩擦面温升和摩擦膜厚度及完整性的影响。5m/s的低制动速度下, 试样因吸附水气摩擦系数持续低值(0.15), 摩擦面上无连续摩擦膜产生; 10m/s的制动速度下水气被解吸附, 摩擦面出现多层厚膜, 摩擦系数达到峰值(0.5), 此后, 随制动速度增加, 摩擦膜减薄, 材料磨损量呈下降趋势; 当制动速度增加到25m/s及以上, 摩擦面的温升导致氧化质量损失和线磨损增加, 摩擦系数也稍有衰减(0.3)。
2007, 24(4): 118-122.
摘要:
基于本实验室制备的一种炭纤维增强纸基摩擦材料, 研究了固化压力对材料孔隙率, 动摩擦系数, 静动摩擦系数之比, 摩擦力矩曲线的影响。研究结果表明: 孔隙率随固化压力增加而下降; 动摩擦系数随制动压力的增加均呈下降趋势; 静动摩擦系数比值随制动压力的增加分布趋势较为复杂: 较低的固化压力条件下, 静动摩擦系数之比略有上升, 而较高的固化压力条件下静动摩擦系数之比则略有下降趋势; 摩擦力矩曲线随固化压力升高有轻微翘曲出现。综合考虑固化压力对动摩擦系数、 静动摩擦系数比值以及摩擦力矩曲线的影响, 在这种纸基摩擦材料成分不变的条件下, 其对应较为合适的固化压力约为3.4MPa。
基于本实验室制备的一种炭纤维增强纸基摩擦材料, 研究了固化压力对材料孔隙率, 动摩擦系数, 静动摩擦系数之比, 摩擦力矩曲线的影响。研究结果表明: 孔隙率随固化压力增加而下降; 动摩擦系数随制动压力的增加均呈下降趋势; 静动摩擦系数比值随制动压力的增加分布趋势较为复杂: 较低的固化压力条件下, 静动摩擦系数之比略有上升, 而较高的固化压力条件下静动摩擦系数之比则略有下降趋势; 摩擦力矩曲线随固化压力升高有轻微翘曲出现。综合考虑固化压力对动摩擦系数、 静动摩擦系数比值以及摩擦力矩曲线的影响, 在这种纸基摩擦材料成分不变的条件下, 其对应较为合适的固化压力约为3.4MPa。
2007, 24(4): 123-127.
摘要:
在预测三维机织复合材料力学性能时, 将纱线特别是纬纱横截面假设成何种形状一直众说纷纭。本文中假设纬纱截面形状分别为圆形、 跑道形、 凸透镜形、 矩形, 经纱横截面形状为矩形, 采用刚度平均法和等应变力学模型计算了4种角联锁结构复合材料的弹性模量, 经与复合材料的数字图像对比分析和实验验证表明, 圆形纬纱截面形状假设与数字图像相差较大, 与其它截面形状假设的弹性模量预测结果相差也较大, 跑道形、 凸透镜形、 矩形等纬纱截面形状假设彼此间弹性模量预测结果的差异很小, 与实验数据也具有较好的一致性。
在预测三维机织复合材料力学性能时, 将纱线特别是纬纱横截面假设成何种形状一直众说纷纭。本文中假设纬纱截面形状分别为圆形、 跑道形、 凸透镜形、 矩形, 经纱横截面形状为矩形, 采用刚度平均法和等应变力学模型计算了4种角联锁结构复合材料的弹性模量, 经与复合材料的数字图像对比分析和实验验证表明, 圆形纬纱截面形状假设与数字图像相差较大, 与其它截面形状假设的弹性模量预测结果相差也较大, 跑道形、 凸透镜形、 矩形等纬纱截面形状假设彼此间弹性模量预测结果的差异很小, 与实验数据也具有较好的一致性。
2007, 24(4): 128-132.
摘要:
采用CCD显微摄像仪获取了树脂基三维五向编织复合材料的一系列截面图像, 分析了编织复合材料内纱线的排列规律及其截面形状的变化。实验结果显示: 沿编织成型方向, 三维五向编织复合材料的不同横截面内纱线的排列方式不同, 且呈周期性变化; 编织纱线的截面形状近似为扁平的凸透镜形; 第5向不动纱的轴线基本保持伸直, 其截面形状沿其轴向近似为扇形和三角形相互过渡变化; 表面编织纱线的排列方式与内部编织纱线的排列有关, 其截面形状近似为椭圆形。
采用CCD显微摄像仪获取了树脂基三维五向编织复合材料的一系列截面图像, 分析了编织复合材料内纱线的排列规律及其截面形状的变化。实验结果显示: 沿编织成型方向, 三维五向编织复合材料的不同横截面内纱线的排列方式不同, 且呈周期性变化; 编织纱线的截面形状近似为扁平的凸透镜形; 第5向不动纱的轴线基本保持伸直, 其截面形状沿其轴向近似为扇形和三角形相互过渡变化; 表面编织纱线的排列方式与内部编织纱线的排列有关, 其截面形状近似为椭圆形。
2007, 24(4): 133-139.
摘要:
通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩破坏实验及其声发射信号的分析, 研究了该材料的抗压力学性能及其失效机理。实验结果表明: 材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大, 随编织角的变化, 编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化, 编织角小时, 材料表现为脆性特征; 当编织角大于某个临界角时, 材料的应力-应变曲线趋于非线性, 更多地表现为屈曲破坏。试验过程中采集到的声发射信号能有效地监测材料内部损伤演化过程。
通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩破坏实验及其声发射信号的分析, 研究了该材料的抗压力学性能及其失效机理。实验结果表明: 材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大, 随编织角的变化, 编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化, 编织角小时, 材料表现为脆性特征; 当编织角大于某个临界角时, 材料的应力-应变曲线趋于非线性, 更多地表现为屈曲破坏。试验过程中采集到的声发射信号能有效地监测材料内部损伤演化过程。
2007, 24(4): 140-144.
摘要:
推导出了0-3/1-3混合连通型铁电陶瓷-铁电聚合物的热释电系数表达式, 并详细讨论了陶瓷体积分数 v2和陶瓷颗粒粒径与膜厚比(G/t)分别对复合材料的热释电系数pc及pc/εc(εc为复合材料的介电常数)的影响。结果表明: 当G/t≥0.5时, 不同陶瓷体积分数复合材料的热释电系数pc均趋向于某个定值, 说明此时G/t对热释电系数的影响可忽略不计; 另外当陶瓷体积分数为0.1时, 随着G/t的增大, pc /εc出现一个极大值, 且当G/t=0.9时, pc /εc比纯PZT陶瓷的大8倍, 表明此条件为最佳工艺条件。而且, 在低陶瓷体积分数和低G/t比时, 理论曲线与实验数据符合较好。
推导出了0-3/1-3混合连通型铁电陶瓷-铁电聚合物的热释电系数表达式, 并详细讨论了陶瓷体积分数 v2和陶瓷颗粒粒径与膜厚比(G/t)分别对复合材料的热释电系数pc及pc/εc(εc为复合材料的介电常数)的影响。结果表明: 当G/t≥0.5时, 不同陶瓷体积分数复合材料的热释电系数pc均趋向于某个定值, 说明此时G/t对热释电系数的影响可忽略不计; 另外当陶瓷体积分数为0.1时, 随着G/t的增大, pc /εc出现一个极大值, 且当G/t=0.9时, pc /εc比纯PZT陶瓷的大8倍, 表明此条件为最佳工艺条件。而且, 在低陶瓷体积分数和低G/t比时, 理论曲线与实验数据符合较好。
2007, 24(4): 145-153.
摘要:
含夹杂Voronoi单元通过在基体单元中引入一任意夹杂, 可以更好地反映非均质材料中微结构特性。基于参数势能和余能原理, 推导了无夹杂和含夹杂Voronoi单元有限元列式, 并在此基础上形成二次规划求解模型。将含夹杂Voronoi单元应用于非均质材料宏观弹塑性性能预测计算中, 分析了非均质材料中夹杂对其宏观等效弹塑性力学性能的影响。数值结果与其它方法所得结果的比较证明了本文中所给出模型的正确性和工程可适用性。
含夹杂Voronoi单元通过在基体单元中引入一任意夹杂, 可以更好地反映非均质材料中微结构特性。基于参数势能和余能原理, 推导了无夹杂和含夹杂Voronoi单元有限元列式, 并在此基础上形成二次规划求解模型。将含夹杂Voronoi单元应用于非均质材料宏观弹塑性性能预测计算中, 分析了非均质材料中夹杂对其宏观等效弹塑性力学性能的影响。数值结果与其它方法所得结果的比较证明了本文中所给出模型的正确性和工程可适用性。
2007, 24(4): 154-160.
摘要:
先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、 航天结构工程中有着广泛的应用前景。本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究。本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型。考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e, 对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进。基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论, 建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式, 应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应, 并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性。该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构 Ⅱ : 逆向重构的研究提供前提条件和理论基础。
先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、 航天结构工程中有着广泛的应用前景。本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究。本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型。考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e, 对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进。基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论, 建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式, 应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应, 并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性。该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构 Ⅱ : 逆向重构的研究提供前提条件和理论基础。
2007, 24(4): 161-165.
摘要:
基于Mindlin一阶剪切理论分项等参插值的有限元法, 建立了含多个分层损伤复合材料层合板自由振动分析的有限元模型和分析方法, 并采用线性接触模型模拟分层区域上、 下子板的相互作用。通过典型数值算例, 讨论了分层位置、 数目及板的边界条件诸参数对其振动特性的影响。结果表明: 分层位置沿板长方向变化时, 中间分层的频率变化范围较大, 表面分层变化较小, 但变化趋势基本相同; 沿层合板厚度方向, 多分层中最长分层的位置越靠近层合板中面, 则其对振动特性的影响越大; 多个分层位置较靠近层合板表面, 且板边界条件约束较弱时, 多分层与单分层对振动特性影响的差别不大, 此时, 可将多分层损伤层合板简化为单分层损伤层合板来进行振动分析。
基于Mindlin一阶剪切理论分项等参插值的有限元法, 建立了含多个分层损伤复合材料层合板自由振动分析的有限元模型和分析方法, 并采用线性接触模型模拟分层区域上、 下子板的相互作用。通过典型数值算例, 讨论了分层位置、 数目及板的边界条件诸参数对其振动特性的影响。结果表明: 分层位置沿板长方向变化时, 中间分层的频率变化范围较大, 表面分层变化较小, 但变化趋势基本相同; 沿层合板厚度方向, 多分层中最长分层的位置越靠近层合板中面, 则其对振动特性的影响越大; 多个分层位置较靠近层合板表面, 且板边界条件约束较弱时, 多分层与单分层对振动特性影响的差别不大, 此时, 可将多分层损伤层合板简化为单分层损伤层合板来进行振动分析。
2007, 24(4): 166-171.
摘要:
采用静电纺丝技术制备了厚度约0.1mm的超细纤维无纺布薄膜, 并入层合板中间界面, 固化成型后加工为双悬臂梁(DCB)试样。根据ASTM D5528标准测试了 Ⅰ 型层间断裂韧性。实验结果表明, 增强试样比空白试样的 Ⅰ 型临界应变能释放率(GⅠ C)提高了约35％。同时采用有限元分析方法研究了含无纺布薄膜试样和空白试样的裂纹扩展过程, 数值结果与实验结果吻合较好, 更好地解释了含无纺布薄膜层合板的层间断裂机理。
采用静电纺丝技术制备了厚度约0.1mm的超细纤维无纺布薄膜, 并入层合板中间界面, 固化成型后加工为双悬臂梁(DCB)试样。根据ASTM D5528标准测试了 Ⅰ 型层间断裂韧性。实验结果表明, 增强试样比空白试样的 Ⅰ 型临界应变能释放率(GⅠ C)提高了约35％。同时采用有限元分析方法研究了含无纺布薄膜试样和空白试样的裂纹扩展过程, 数值结果与实验结果吻合较好, 更好地解释了含无纺布薄膜层合板的层间断裂机理。
2007, 24(4): 172-177.
摘要:
采用基于复合材料一阶剪切效应理论的有限元法分别研究了含分层损伤的复合材料层合光板、 单向加筋板和格栅加筋(AGS)板的热屈曲性态。在分析中考虑材料热物理性质与温度相关特性, 同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。3种结构的典型算例分析和结果的比较表明, 复合材料格栅(AGS)板具有很强的抗热屈曲的能力, 但是, 分层损伤将使其临界温度降低, 同时还会导致热屈曲的模态发生改变。本文中提出的方法和所得结论对AGS结构的热承载能力预测和损伤容限设计将具有参考价值。
采用基于复合材料一阶剪切效应理论的有限元法分别研究了含分层损伤的复合材料层合光板、 单向加筋板和格栅加筋(AGS)板的热屈曲性态。在分析中考虑材料热物理性质与温度相关特性, 同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。3种结构的典型算例分析和结果的比较表明, 复合材料格栅(AGS)板具有很强的抗热屈曲的能力, 但是, 分层损伤将使其临界温度降低, 同时还会导致热屈曲的模态发生改变。本文中提出的方法和所得结论对AGS结构的热承载能力预测和损伤容限设计将具有参考价值。
2007, 24(4): 178-184.
摘要:
利用两点间应变Green函数张量概念所建立的应变场积分方程, 推导了两相复合材料中夹杂的应变集中张量。该张量较之传统Mori-Tanaka (MT)法采用的由稀疏法导出的应变集中张量, 增加了一个与夹杂体积分数和分布相关的项, 并由此发展了考虑周期微结构分布特征的MT法。传统的MT法虽然能很好地预测正六角形分布圆截面纤维增强复合材料等的有效模量, 但不能反映正方形分布时的四方对称性特征, 本文作者所发展的方法弥补了这方面的不足, 并且所预报的有效刚度和柔度仍然保持了原MT方法所具有的自洽特性。最后通过与双周期有限元计算结果的对照验证了本文方法的精度。
利用两点间应变Green函数张量概念所建立的应变场积分方程, 推导了两相复合材料中夹杂的应变集中张量。该张量较之传统Mori-Tanaka (MT)法采用的由稀疏法导出的应变集中张量, 增加了一个与夹杂体积分数和分布相关的项, 并由此发展了考虑周期微结构分布特征的MT法。传统的MT法虽然能很好地预测正六角形分布圆截面纤维增强复合材料等的有效模量, 但不能反映正方形分布时的四方对称性特征, 本文作者所发展的方法弥补了这方面的不足, 并且所预报的有效刚度和柔度仍然保持了原MT方法所具有的自洽特性。最后通过与双周期有限元计算结果的对照验证了本文方法的精度。
2007, 24(4): 185-192.
摘要:
研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率, 建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程, 基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论, 建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有三次非线性项的Duffing型常微分方程, 采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明: 非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征, 马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著, 同时也讨论了SMA纤维含量、 板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。
研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率, 建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程, 基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论, 建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有三次非线性项的Duffing型常微分方程, 采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明: 非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征, 马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著, 同时也讨论了SMA纤维含量、 板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。
