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2005年  第22卷  第1期

液体端羧基丁腈橡胶增韧改性氰酸酯树脂
王结良, 梁国正, 赵雯, 吕生华, 任鹏刚, 杨洁颖
2005, 22(1): 1-5. doi:
摘要:
采用液体端羧基丁腈橡胶对双酚A 型氰酸酯树脂进行增韧改性, 通过对体系凝胶曲线和DSC 曲线分析, 确定了体系的固化条件, 并在与纯CE 比较的基础上, 通过FTIR 和DSC 曲线知道了CTBN 在低温阶段对体系固化有较为明显的影响, 而在高温阶段对CE 固化影响较小。通过对固化树脂微观性能、力学性能和电性能的观测, 发现当CTBN 含量为15 %时, 改性体系的弯曲强度和冲击强度分别提高了39.47 %和21.92 %, 改性体系综合力学性能最佳, 但电性能稍有下降。另外, 固化树脂的TGA 曲线和HDT 曲线表明树脂的耐热性能随着CTBN 用量的增大而下降, 当CTBN 含量从0 提高到15 %时, 树脂体系的起始分解温度从407 ℃降低到383 ℃
球磨分散法制备新型改性粘土/环氧纳米复合材料的结构与性能
鹿海军, 梁国正, 张宝艳, 陈祥宝, 马晓艳
2005, 22(1): 6-10. doi:
摘要:
采用十二烷基二甲基卞基氯化铵(DBDA) 和间苯二甲胺(MXDA) 设计并制备了一种新型有机化改性蒙脱土(MMT Ⅱ), 通过球磨法来促进其在环氧树脂中的细化与分散, 制备出具有良好解离结构的MMT Ⅱ/ 环氧纳米复合材料。利用红外光谱(FTIR) 、X-射线衍射(XRD) 和透射电镜( TEM) 表征了新型MMT Ⅱ及其纳米复合材料的结构, 测试了力学性能。结构表征与分析表明, 大颗粒粘土聚集体并不能在搅拌混合过程中分散开, 在固化过程中很难充分解离, 而通过球磨过程中产生的剪切力可促进其分散与细化, 从而获得良好解离结构。MMTⅡ中MXDA 的引入, 减少了季铵盐分子链所产生的悬键, 增加了MMT Ⅱ片层的界面反应性, 大大提高了纳米复合材料的力学性能, 冲击强度由3211kJ / m2 提高到4811 kJ / m2, 提高近50 %, 弯曲强度提高近8 %。
导电聚苯胺/ 羰基铁粉复合吸波材料
毛卫民, 方鲲, 吴其晔, 冯惠平
2005, 22(1): 11-14. doi:
摘要:
借助导电聚合物和软磁金属良好的电磁波吸收特性, 制备了导电聚苯胺/ 羰基铁粉复合材料。实验中把导电聚苯胺与羰基铁粉以2∶8 的比例制成复合粉, 然后再将复合粉与聚脲粘和剂以2∶8 的比例混合成吸波涂料。检测结果显示, 当聚苯胺电导率为10 -2 S/ cm、羰基铁粉平均颗粒尺寸为1~2μm, 在2~12 GHz 的频段范围可获得优于- 10 dB 的吸波性能。分析表明, 这类材料有望发展成宽频、强吸收、可人为设计特殊频段的优良吸波材料。
聚乙烯/ 石墨纳米复合材料的制备、结构和导电性
左胜武, 沈经纬, 侯静
2005, 22(1): 15-21. doi:
摘要:
用溶液插层(SI ) 和母料熔体混合(MMM ) 方法制备了聚乙烯(PE ) / 马来酸酐接枝聚乙烯(gPE ) / 膨胀石墨(EG) 导电纳米复合材料, 以直接熔体混合(DMM ) 法制备的PE/ gPE/ EG、PE/ EG复合材料作对照, 通过电导率(σ) 测试, TEM、SEM、OM 观察和DSC 分析, 研究了制备方法、EG体积或质量分数( ? 或fm ) 和gPE质量含量( Cg ) 对复合材料结构和σ的影响。结果表明, SI、MMM、DMM 法制备的Cg/ fm = 115 复合材料和PE/ EG对照材料的逾渗阈值?c 分别为2.19 %、3.81 %、4.68 %和5.35 %;当Cg/ fm 由1 增至4 时, MMM、DMM 法制备的fm = 9 %复合材料的σ分别跃升12 和8 个数量级;产生这些差异和现象的原因, 可根据复合材料中EG分散相形态和内部微结构随制备方法、?和Cg/ fm 的变化, 按逾渗理论来解释。
透明SiO2/ 酚醛树脂纳米复合材料的制备及其吸收光谱
郑顺兴, 李澄, 范振鲁, 韩祚祥, 吕兆萍
2005, 22(1): 22-26. doi:
摘要:
利用热固性酚醛树脂和正硅酸乙酯通过溶胶-凝胶法制备出透明SiO2/ 酚醛树脂纳米复合材料, 探讨了影响该材料透明性的因素。采用分光光度计研究了复合材料的吸收光谱。结果表明, 复合材料的透光率与波长有关, 不同波长下测量的复合材料透光率不具有可比性。复合材料的颜色和吸收光谱与酚醛树脂的颜色和吸收光谱不同。复合材料的透光率随固化程度的增加而增大, 而酚醛树脂的透光率随固化程度的增加而减小。采用分光光度计表征该材料薄膜的透光率用于评价该材料的固化程度是有可能的。
纳米羟基磷灰石/ 聚乙烯醇复合人工角膜材料
许凤兰, 李玉宝, 姚晓明, 王学江
2005, 22(1): 27-31. doi:
摘要:
用纳米HA 与聚乙烯醇(PVA) 制备了一种新型人工角膜, 光学中心采用柔韧透明的PVA 水凝胶, 周边支架采用纳米HA 与PVA 复合的多孔水凝胶, 该设计有利于提高人工角膜支架与宿主角膜组织的生物性结合, 同时从工艺上解决了光学中心与周边支架的结合问题。研究结果表明, 复合材料中纳米HA 与PVA 具有相互作用;纳米HA 在复合材料中均匀分散;多孔复合水凝胶具有良好的显微结构。用光学显微镜对该人工角膜光学中心和支架结合部观察, 表明二者通过互穿网络结构形成了紧密结合。动物实验术后进行裂隙灯和组织学观察表明该复合人工角膜的生物相容性好, 人工角膜支架与宿主角膜组织可生物性愈合, 该人工角膜具有很好的临床应用前景。
橡胶复合材料疲劳破坏特性
田振辉, 谭惠丰, 谢礼立
2005, 22(1): 32-35. doi:
摘要:
分别对[00 ]和[ ±200 ]橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤进行了实验研究。两类材料的周期最大应变随循环周次的变化遵循三阶段规律, 三个阶段对应着疲劳损伤从萌生、稳定扩展到加速扩展直至整体破坏的过程。单层和双层材料的疲劳破坏分别为帘线控制和基体控制。实验表明, 用加载最大应力表征的疲劳寿命与循环周次的对数近似成线性关系。疲劳过程中材料的滞后损失基本保持不变。滞后损失和导热系数的差异是造成不同种类试件表面温升差异的主要原因。
原位合成TiB2/ ZL109 复合材料的高温蠕变行为
黄明华, 王浩伟, 李险峰, 马乃恒
2005, 22(1): 36-40. doi:
摘要:
采用原位合成方法制备了TiB2 超细颗粒增强ZL109 复合材料, 对材料进行了高温拉伸蠕变实验。实验结果表明, 复合材料在高温恒应力条件下, 表现出高的名义应力指数和高的名义蠕变激活能, 优于纯Al 和ZL109 合金, 而且比常规外加颗粒复合材料具有更好的高温蠕变性能。引入门槛应力概念, 复合材料的蠕变实验结果能够用微观结构不变模型来解释, 说明复合材料的蠕变受到基体点阵扩散的控制。复合材料的蠕变断裂行为可以用Monkman2Grant 经验公式来描述, 蠕变断裂特征为延性断裂。
熔渗法制备SiC/ FexSiy 复合材料显微结构和性能
杨光义, 高明霞, 潘颐
2005, 22(1): 41-46. doi:
摘要:
用FexSiy (Fe3Si, Fe5Si3, FeSi ) 熔体自发浸渗SiC 粉体预制件制备出致密度高达9615 %的SiC/ FexSiy复合材料。利用XRD、OM 和SEM 等对复合材料的相组成、显微结构和力学性能进行了分析和表征。研究发现, 自发浸渗过程中SiC 在FexSiy 熔体中有溶解和析出, 导致复合材料的相组成和显微结构发生变化。Fe3Si 渗入后, 复合材料中有碳析出, 并生成Fe5Si3 和FeSi 两种新相;Fe5Si3 和FeSi 的渗入无碳析出, 而是发生碳化硅烧结、粒子合并和晶粒长大;Fe5Si3 熔体渗入超细碳化硅(0.5μm ) 粉体预制件后, 生成大的碳化硅晶粒和碳化硅单晶。借助CHEMSAGE 热力学数据库对1873 K 时Fe-Si-C 体系的平衡相图进行了定量分析, 研究了SiC 在FexSiy 熔体中的稳定性;解释了铁的三种硅化物浸渗后, SiC 颗粒形态的变化。通过对复合材料显微硬度、弯曲强度和可靠性(威布尔系数) 的测试, 分析了熔渗法SiC/ FexSiy 复合材料结构和性能的关系。
两种粒径颗粒混合增强铝基复合材料的导热性能
张强, 陈国钦, 姜龙涛, 武高辉
2005, 22(1): 47-51. doi:
摘要:
选用粒径为20μm 和60μm 的SiC 颗粒, 采用挤压铸造方法制备了基体分别为工业纯铝L2 、LD11(Al-12 %Si) 和AlSi20 (Al-(18~21) %Si) 的复合材料, 研究了材料的导热性能。在等比表面积的基础上, 提出了等效颗粒直径的概念, 解决了两种粒径颗粒混合增强铝基复合材料导热率的预测问题。结果表明, SiCP/ Al 复合材料具有较为优异的导热率, 且LD11 基与AlSi20 基复合材料的导热率大于基体合金的导热率, 这与颗粒的等效直径大于临界粒径且颗粒导热率大于基体导热率有关;但复合材料的导热率随着基体中Si 含量的增加而降低。
铸渗法制备铜基表面复合材料
杨贵荣, 郝远, 宋文明, 马颖
2005, 22(1): 52-58. doi:
摘要:
利用铸渗法对铜合金表面进行改性, 用Fe 基合金粉末作为渗剂在负压条件下进行浇注制备铜基表面复合材料。实验结果表明: 在本实验工艺条件下, 在铜合金铸件的特定表面获得了致密的组织结构不同于基体的渗层———表面复合材料层。经SEM 观察, 发现渗剂颗粒与基体的界面结合良好, 证实了铸渗法制备铜基表面复合材料的可行性。
ZrO2 层状复合陶瓷的显微结构及晶体学位向关系
陈蓓, 丁培道, 程川, 周泽华
2005, 22(1): 59-63. doi:
摘要:
利用扫描和透射电子显微镜及X-rays 衍射仪等, 对ZrO2 层状复合陶瓷的显微形貌特征、断裂相变量及晶体学位向关系进行了深入研究。研究结果表明, ZrO2 层状陶瓷由于界面压应力的作用, 抑制了烧结过程中晶粒的生长速度及冷却后四方相向单斜相的转变, 提高了可相变四方相的含量, 提高了断裂相变量, 改善了材料的力学性能, 但却没有改变四方相和单斜相之间的晶体学位向关系, 在层状ZrO2 陶瓷中, (100) m/ / (010) t 的晶体学位向关系仍然存在。
TiB2 基金属陶瓷的显微结构与力学性能
苗明清, 傅正义, 张金咏, 龚伦军
2005, 22(1): 64-67. doi:
摘要:
以Fe-Ni-Ti-Al 为助烧剂, 用热压的方法制备了TiB2 基金属陶瓷。研究了烧结温度、烧结时间、助烧剂对材料显微结构和力学性能的影响, 初步分析了TiB2 基金属陶瓷的增韧机理。结果表明, 随着烧结温度的提高, 材料弯曲强度降低, 洛氏硬度升高;随着烧结时间延长, 弯曲强度出现峰值。SEM、EDS 观察表明, 助烧剂中的Ti 避免了Fe2B、Ni23B6 等脆性相的生成, Al 有除氧的作用。裂纹偏转和裂纹桥联是TiB2 金属陶瓷重要的增韧方式。
矿物颗粒表面纳米化修饰及其在PP 复合材料中的应用
樊世民, 杨玉芬, 盖国胜, 付绍云, 张以河, 苗赫濯
2005, 22(1): 68-73. doi:
摘要:
通过化学方法成功地实现了矿物粉体在Ca (OH)2-H2O-CO2 体系中的表面纳米化修饰, 即在微米级重质碳酸钙、硅灰石粉体表面形核生成粒径均匀的纳米碳酸钙颗粒层。研究表明, 表面纳米化修饰后的矿物粉体表面的粗糙度大大增加, 尖锐的棱角得以钝化, 纳米化修饰后矿物粉体比表面积比原来提高至少200 %以上。将经表面纳米化修饰后的硅灰石粉体在聚丙烯(PP) 中填充应用, 较未经表面纳米化修饰的硅灰石粉体填料, 其抗冲击强度提高65 %以上, 延伸率提高200 %以上。
SiC/ C 薄膜的制备及其力学性能
王新华, YOSHIDA T
2005, 22(1): 74-78. doi:
摘要:
以SiC 超细粉为原料、采用热等离子体物理气相沉积( TPPVD) 技术快速制备出了高质量SiC/ C 薄膜, 最大沉积速度达到225 nm/ s, 高于常规物理气相沉积( PVD) 和化学气相沉积(CVD) 法两个数量级。用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X 射线光电子谱对薄膜的形貌和微结构进行了观察和分析, 并用纳牛力学探针测定了薄膜的力学性能。研究结果表明, 向等离子体中导入CH4, SiC/ C 薄膜沉积速度增大, 薄膜中C 含量增加, 薄膜断面呈现柱状结构。薄膜硬度和弹性模量随薄膜中C 含量增加而降低, 在接触深度为40 nm 时由纳牛力学探针测得沉积薄膜的最大硬度达到38 GPa。
超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能
张敬畅, 李青, 曹维良
2005, 22(1): 79-84. doi:
摘要:
以TiCl4 、Fe (NO3 )3·9H2O 和Na2SiO319H2O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO2/ Fe2O3 复合粒子与单组分TiO2 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO2, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO2 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO2 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe2O3 最佳掺入量为0.06 %, SiO2 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO2 以锐钛矿型形式存在, SiO2 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO2/ Fe2O3 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。
PEO-LiClO4-Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4)3复合聚合物电解质电导率
王严杰, 庞明杰, 杨光义, 潘颐
2005, 22(1): 85-91. doi:
摘要:
将实验室烧制的无机快离子导体盐Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4)3 、PEO 与LiClO4 按照EO/ Li = 8, 两种锂盐含量为变量进行复合, 通过溶液浇注法制备得到PEO-LiClO4-Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4)3 复合聚合物电解质膜, 以示差扫描热分析法(DSC) 与电化学阻抗( EIS) 测试其性能。DSC 测试结果表明: 按照EO/ Li = 8 将Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4)3 、LiClO4 与PEO 复合的聚合物电解质中PEO 的结晶度由50.34 %下降到4.36 %~28.53 %。室温下该聚合物电解质所有试样的阻抗谱图在高频区呈现为压缩的半圆, 在低频区为一条倾斜的直线, 而在较高温度时, 阻抗谱图主要为一条倾斜的直线。复合聚合物电解质PEO-LiClO4-Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4)3 的离子电导率遵从Arrhe2nius 关系, 在Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4)3 质量分数达到15 %时, 活化能最低, 即4.494425 eV, 此时电导率值最佳, 373 K时为1.161 ×10 -3 S/ cm 和298 K时为7.985 ×10-6 S/ cm。
纤维增强水泥基复合材料压剪破坏的细观实验研究
徐松林, 唐志平, 胡元育, 严树
2005, 22(1): 92-101. doi:
摘要:
对聚丙烯纤维和钢纤维增强水泥砂浆复合材料和混凝土复合材料进行了MTS 准静态单轴压缩实验和压剪加载条件下的细观力学实验研究。比较两类纤维在这两种加载条件下的作用发现: 在单轴压缩条件下, 钢纤维作用显著, 聚丙烯纤维基本没有什么作用;在压剪加载条件下, 钢纤维在材料各个变形阶段均起明显作用, 聚丙烯纤维在加载过程中起到一定的作用, 但由于含量较少对材料的极限荷载基本没有贡献。在细观实验中, 观察到了钢纤维和碎石颗粒在材料破坏过程中脱粘与断裂的作用方式。但只是在水泥砂浆试件的局部观察到了孔洞崩塌现象, 对于其促成压缩带形成的机理尚须深入的工作。
混凝土杨氏模量预测的三相复合球模型
郑建军, 周欣竹, 姜璐
2005, 22(1): 102-107. doi:
摘要:
提出了混凝土杨氏模量预测的三相复合球模型。在细观水平上将混凝土看成是一种由分散相骨料、中间相界面和连续相水泥浆所组成的三相复合材料。应用混凝土细观结构模拟技术, 获得了任一级配骨料的界面体积分数。模拟结果表明, 李氏近似法高估了界面体积分数, 界面体积分数在很大程度上取决于界面厚度、最大骨料直径和骨料级配。引入三相复合球模型, 给出了混凝土杨氏模量的解析解。将解析解与实验结果进行比较, 证实了本文模型的有效性。数值结果也表明, 对于给定的骨料体积分数, 混凝土杨氏模量随着最大骨料直径和界面杨氏模量的增大而增大, 但随着界面厚度的增大而减小, 骨料级配对混凝土杨氏模量也有较大影响。
二步法三维编织复合材料弹性性能的有限元法预报
孙颖, 李嘉禄, 亢一澜
2005, 22(1): 108-113. doi:
摘要:
用有限元法预测了二步法三维编织复合材料的有效弹性性能。在二步法方型三维编织复合材料细观结构大单胞模型的基础上, 考虑复合材料中纤维束的连续性及其空间的交织效应, 用离散杆单元构成的桁架结构有限元模型等效代替复合材料承受单轴拉伸载荷时的受力响应。同时, 以轴向拉伸性能测试试样为对象, 应用有限元软件包MARC 的结构静力分析部分计算了轴向弹性模量和泊松比, 数值计算结果与实验结果一致性较好。参数分析结果表明, 轴向弹性模量随轴纱与编织纱线密度之比和节距长度的增加呈增加趋势。
考虑损伤效应的粘弹性层合板的非线性动力响应分析
傅衣铭, 王永
2005, 22(1): 114-119. doi:
摘要:
扩展了Ladeveze 的复合材料单层板的损伤模型, 使之可用于考虑剪切粘弹性的复合材料层合板的损伤分析, 基于Von Karman 方程, 建立了考虑损伤效应的粘弹性复合材料层合板的非线性动力学方程, 且应用有限差分法和迭代法进行求解。数值结果表明, 考虑结构的损伤和损伤演化时, 结构的非线性动力响应将发生显著的变化。
SMA 增强含损伤智能结构的失效研究
胡自力, 熊克, 王鑫伟
2005, 22(1): 120-125. doi:
摘要:
从细观角度出发, 运用变分原理着重对形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA) 增强含损伤智能结构的热、力学行为进行了分析, 给出了含损伤典型单元体的细观位移场、应力应变场的数学描述, 建立了SMA增强智能结构界面的失效判据, 并通过算例对失效判据进行了直观的几何描述。本文的结果为进一步研究智能结构的完整性提供了相应的理论支持。
零膨胀材料设计与模拟验证
刘书田, 曹先凡
2005, 22(1): 126-132. doi:
摘要:
零膨胀材料对提高航空航天结构和电子设备等的热几何稳定性有重要意义。采用拓扑优化技术设计各相材料在单胞域的分布形式, 以获得零膨胀材料的微结构形式。给出了由二相实体材料和空心构成的各向同性零膨胀材料的设计方案, 讨论了初始设计依赖性问题, 分析了该依赖性的存在原因。采用有限元技术代替实际测试, 分析了所设计材料的试件在均匀温度变化下的变形, 验证了所设计材料的零膨胀(低膨胀) 性质, 说明通过拓扑优化技术设计材料的微结构是设计零膨胀材料的有效方法。
三维四向编织复合材料的几何建模及刚度预报
徐焜, 许希武, 汪海
2005, 22(1): 133-138. doi:
摘要:
提出了四步法三维四向矩形编织复合材料的单胞几何模型, 该模型考虑了空间纤维束的相互扭结和挤压而造成的纤维束弯曲和截面形状变化。基于刚度体积平均思想, 采用微元段直纤维的单向层板刚度分析方法建立了相应的刚度预报模型, 得到了材料的工程弹性常数, 数值结果表明了该模型的有效性;分析了工艺参数和纤维束横截面形状对弹性常数的影响规律, 得到了一些有益结论。
含分层损伤复合材料加筋层合板的动承载能力
白瑞祥, 陈浩然, 王蔓
2005, 22(1): 139-144. doi:
摘要:
采用有限元方法研究了含穿透分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应和承载能力。根据复合材料层合板一阶剪切理论, 推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式;同时采用Adams 应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法, 构造了相应的阻尼阵列式;为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象, 建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析中分层分析模型和虚拟界面联接模型。并采用Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法, 对在动荷载作用下含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了破坏和承载能力分析。通过典型算例分析, 分别讨论了外载频率、分层深度、筋的位置以及破坏过程中刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征和承载能力的影响, 得到了一些具有理论和工程价值的结论。
一种可适用于瞬态辐射换热问题的蜂窝夹芯壳体有限单元
张晓东, 薛明德
2005, 22(1): 145-151. doi:
摘要:
提出一种三层32 结点温度壳单元, 对蜂窝夹芯复合材料壳体的瞬态温度场进行了有限元分析。分别假定上下面板与芯层沿厚度方向的温度分布规律, 事先近似满足上下表面的热边界条件及层间的温度连续条件, 以消减总的自由度数。壳体内外表面可以同时考虑热流、对流及辐射换热边界条件, 并通过温度的后处理使芯层温度场也满足层间的热流连续条件, 从而进一步提高温度场计算的准确性。两个实例分析验证了所提出单元的可靠性与有效性。
复合材料粘弹性本构关系与热应力松弛规律研究Ⅰ: 理论分析
刘书田, 马宁
2005, 22(1): 152-157. doi:
摘要:
基于均匀化理论研究了复合材料粘弹性分析的多尺度方法, 以及复合材料等效热应力松弛规律。引入了等效粘弹性热应力系数张量和等效时变热膨胀系数的概念, 建立了含温度变化的复合材料热粘弹性本构关系, 并给出了基于均匀化理论的复合材料粘弹性松弛模量、等效热应力松弛系数和等效时变热膨胀系数的预测方法。对特殊复合材料的粘弹性性质进行了分析, 结果表明: (1) 复合材料的粘弹性本构关系具有与常规材料的本构关系类似的形式, 但一般复合材料的热应力松弛规律与常规材料不同, 其热膨胀不能瞬时完成, 而具有明显的时变性质;(2) 空心材料的热膨胀具有瞬时性质, 其等效时变热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数相同, 其热应力松弛规律与基体材料的松弛规律相同;(3) 当各组分材料的松弛模量的各分量可分解成不同的系数与相同的时间函数的乘积时, 复合材料的等效时变热膨胀系数与时间无关, 其松弛规律与常规材料的松弛规律完全相同。
复合材料粘弹性本构关系与热应力松弛规律研究Ⅱ: 数值分析
马宁, 刘书田
2005, 22(1): 158-163. doi:
摘要:
给出了预测复合材料粘弹性松弛模量、等效热应力松弛系数和等效时变热膨胀系数的均匀化方法的有限元数值实现步骤, 研究了单向纤维复合材料随温度变化的粘弹性本构关系, 以及热应力松弛规律和热膨胀系数的时变特征。单向纤维复合材料的一维热变形分析数据显示了热应变对时间的强烈依赖关系;以数值形式给出的等效热应力松弛模量对时间的依赖关系表明, 等效的热应力松弛模量对时间的依赖性较弱, 其冲击模量和渐近模量只相差0.4 %。
含压电片复合材料层合板的高阶计算模型
王锋, 唐国金, 李道奎
2005, 22(1): 164-170. doi:
摘要:
给出了一种分析含任意内埋压电片复合材料层合板的高阶耦合模型, 板的位移场采用三阶剪切理论, 并提出了压电片中电势场在厚度方向的三次分布模式, 可以更精确地描述力、电耦合作用下电场的非均匀分布。在平面应力的假设下给出了简化的压电材料本构方程, 推导了基于该模型的压电层合板有限元计算公式, 并对双压电片梁的弯曲和层合板的变形控制进行了计算, 压电梁的弯曲计算结果与解析结果吻合良好, 表明本文的模型和公式是精确有效的。