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2006年  第23卷  第6期

RTM 中纤维渗透率预测的研究进展
李嘉禄, 吴晓青, 冯驰
2006, 23(6): 1-8.
摘要:
对国内外在RTM 成型工艺中的渗透率预测方法进行了文献回顾。系统论述了理论分析法和数值模拟法, 评析了各方法中模型存在的问题, 比较了模型间的不足。理论分析法中详细介绍了毛细管模型和规则排列柱阵模型在单向纤维渗透率预测中的应用。数值模拟法中重点介绍了均匀化法、Boltzman 网格法和单胞法对单向纤维和平面机织纤维渗透率的预测。回顾了国内对渗透率预测的研究, 其方法主要以实验分析为基础, 分析了纤维结构与渗透率的关系, 讨论了渗透率特性对工艺过程的影响规律。提出了目前在渗透率预测研究中仍然存在的一些不足, 指出了该领域将来的研究方向。
四步法三维编织预制件的渗透率
吴晓青, 李嘉禄
2006, 23(6): 9-13.
摘要:
采用径向法测量了三维编织预制件的渗透率, 利用修正注入半径的循环方法, 基于Visual C + + 计算了渗透率的大小, 主渗透率方向分两步确定: 一是通过选择阈值的图像处理运算提取流动前沿; 二是采用Matlab中的非线性最小二乘法将所得轮廓进行椭圆拟合, 并计算该椭圆长轴方向与编织方向的夹角。结果表明: 编织参数影响渗透率, 当编织角一定时, 随着纤维体积含量的增加, 主渗透率降低; 当纤维体积含量一定时, 随着编织角的增加, 主渗透率降低, 但主渗透率的方向不随编织角的变化而改变, 始终保持与编织轴向一致。
大分子相容剂改性纳米CaCO3 / PP复合材料的非等温结晶行为
王玉海, 沈浩, 麦堪成
2006, 23(6): 14-20.
摘要:
熔融混炼制备了4 种大分子相容剂改性的纳米CaCO3 / PP 复合材料, 用DSC 和WXRD 研究了复合材料中PP 的结晶与熔融行为。结果表明, 纳米CaCO3对PP 结晶存在异相成核作用, 并诱导PP 形成β晶。相容剂丙烯酸接枝聚丙烯( PP-g-AA) 和马来酸酐接枝聚丙烯( PP-g-MA) 也存在异相成核作用, 提高PP 结晶温度。PP-g-AA、PP-g-MA 和马来酸酐接枝乙烯2辛烯共聚物(POE-g-MA) 与纳米CaCO3存在异相成核协同作用, 进一步提高PP 的结晶和熔融温度, PP-g-MA 和POE-g-MA 还促使纳米CaCO3诱导PP 生成β晶。但马来酸酐接枝乙烯2醋酸乙烯酯共聚物( EVA-g-MA) 则阻碍纳米CaCO3对PP 的异相成核作用。实验结果表明纳米CaCO3 / PP 复合材料中PP 结晶的异相成核作用与纳米CaCO3 / PP 界面的相互作用有关, 而纳米CaCO3 / PP 界面的相互作用与相容剂的结构有关。
多层高分子复合结构斜入射声波吸声性能
杨雪, 王源升, 余红伟
2006, 23(6): 21-28.
摘要:
研究了多层高分子复合结构在斜入射声波作用下, 各层材料动态力学性能参数和几何参数变化对其吸声性能的影响规律。应用三维传递矩阵数学模型计算了多层复合结构对垂直入射声波的吸声系数, 并与实验结果进行了对比。结果表明计算结果与实验结果基本一致。利用此数学模型分析了各层材料厚度、模量、损耗因子及泊松比变化对吸声性能的影响。分析结果表明, 各因素变化对吸声性能影响较大, 且外层材料性能参数变化对吸声性能的影响明显大于内层材料性能参数变化对吸声性能的影响。
全厚度缝合复合材料泡沫芯夹层结构力学性能研究与损伤容限评定
郑锡涛, 孙秦, 李野, 柴亚南, 曹正华
2006, 23(6): 29-36.
摘要:
探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。选用3 种夹层结构形式, 即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex 蜂窝夹层结构, 完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/ 损伤容限等7 项实验研究。结果表明, 泡沫芯夹层结构缝合后, 显著提高了弯曲强度/ 质量比、弯曲刚度/ 质量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI) 强度和破坏应变。这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低, 可以在飞机轻质机体结构设计中采用。
玻璃纤维芯-铅网增强橡胶复合材料动态性能
吕丽, 白书欣, 张虹, 王进, 肖加余, 杨军
2006, 23(6): 37-45.
摘要:
制备了具有不同结构和界面结合强度的玻璃纤维芯2铅网增强橡胶复合材料( GF- Pb/ R) , 并通过测试复合材料的力滞回线, 研究了其在3~20 Hz 时的动态性能。结果表明, GF- Pb 网增强结构可以同时提高橡胶的动态力学性能和阻尼性能, 其中GF-Pb 网垂向增强方式的性能改善效果明显, 当GF-Pb 网体积分数为4 %时, 其动刚度和损耗因子的提高率可分别达到49 %和25 %。GF- Pb/ R 复合材料阻尼性能是材料阻尼、界面微滑移阻尼、Pb 塑性变形阻尼等多种阻尼机制共同作用的结果。界面粘结强度显著影响了复合材料的力学性能和阻尼行为: GF-Pb/ R 刚度随界面结合强度的增大而提高; 损耗因子按照界面中等强度结合、强结合、弱结合的顺序递增。
乙烯基酯树脂浇铸体的高应变率压缩响应行为
熊涛, 杨斌, 熊杰, 徐新建, 周凯, 毛明忠
2006, 23(6): 46-51.
摘要:
利用电子万能试验机和分离式Hopkinson 压杆研究了乙烯基酯树脂浇铸体在准静态和高应变率下的压缩特性, 考察了试样压缩失稳和破坏的形貌。结果表明: 在准静态加载下(应变率为3.3 ×10 -4 / s~6.6 ×10-3 / s) ,材料呈韧性破坏, 失稳应力、失稳应变能密度均随应变率的提高而提高, 失稳应变随应变率的提高而降低; 在高应变率下(应变率为950/ s~5800/ s) , 材料呈脆性破坏, 失稳应力、失稳应变能密度均随应变率的提高呈增加趋势, 而失稳应变也随应变率的提高而提高, 这与准静态不同, 表明在高应变率下, 材料发生了“强迫高弹形变”。观察试样失稳和破坏后的形貌可以发现, 试样的破坏在失稳前正应力起主导作用, 失稳后切应力起主导作用, 使试样产生裂纹进而造成宏观破坏; 乙烯基酯树脂内部损伤的演化, 也依赖于应变和应变率。
损伤形式对三维编织复合材料拉压性能的影响
焦亚男, 李嘉禄, 魏丽梅, 孙颖
2006, 23(6): 52-56.
摘要:
通过对损伤前后三维编织复合材料试件进行纵向拉伸和压缩实验, 分析了材料的拉、压刚度和强度的变化规律和失效形式。主要讨论了4 种损伤加工方案, 包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割及沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明, 宽度方向损伤对拉伸强度、模量和压缩强度影响不大, 压缩模量下降了20 %左右; 厚度方向损伤对纵向拉伸、压缩强度和模量影响较大。编织角20°时, 拉伸、压缩应力-应变曲线接近于线性, 试件的失效方式趋向于脆性破坏; 编织角35°时, 压缩应力-应变曲线表现出一定的非线性。
可分散性纳米二氧化硅增强硅橡胶
刘丰, 郑秋红, 李小红, 丁涛, 张治军
2006, 23(6): 57-63.
摘要:
采用表面经过硅烷偶联剂原位修饰的纳米二氧化硅增强硅橡胶。通过扫描电子显微镜和Payne 效应考察了纳米二氧化硅在硅橡胶中的分散特性; 用DSC 分析了复合体系的低温结晶行为; 考察了填料对硅橡胶力学性能的影响。结果表明, 由于修饰后纳米颗粒表面非极性有机基团的存在和表面能的降低, 无须加入分散剂, 纳米颗粒就能在硅橡胶中有较好的分散; 在各自最优添加量时, DNS-3 链状纳米二氧化硅增强的硅橡胶相对于气相法二氧化硅增强的硅橡胶在拉伸强度、撕裂强度及断裂伸长率上有显著提高; DNS-2 纳米二氧化硅增强性能与气相法二氧化硅的相当, 但前者混炼胶黏度较小, 有较好的加工性。
光纤光栅监测缠绕复合材料与铝板界面的固化应变
赵海涛, 张博明, 武湛君, 王殿富, 戴福洪
2006, 23(6): 64-68.
摘要:
树脂基复合材料经常与金属材料固化在一起使用。用缠绕方法制备了复合材料单向板, 将光纤布拉格光栅(FBG) 埋入复合材料与铝板之间, 监测两种不同的材料在固化过程中界面的性质, 并与复合材料内部的监测结果相比较。监测结果表明, 光纤布拉格光栅准确地监测到了复合材料固化过程的温度历程, 复合材料内部、铝板和复合材料的界面在固化过程中和固化后应变存在着明显的差异。光纤光栅传感器为两种不同材料之间的固化监测提供了工具, 对界面性质的分析提供了新方法。
离子基团对PBO 纤维的表面性能及其界面粘结性能的影响
金俊弘, 罗开清, 江建明, 杨胜林, 李光
2006, 23(6): 69-74.
摘要:
PBO 作为增强纤维存在与环氧树脂基体界面粘结性能差的问题。通过在聚合过程中添加少量5-磺酸钠2间苯二甲酸部分替代对苯二甲酸与4 , 6-二氨基间苯二酚盐酸盐进行共聚, 合成了大分子链上含有离子基团的SPBO 共聚物, 并制得SPBO 初生纤维。通过接触角测试和XPS 研究了纤维的表面性能, 通过微脱粘实验和SEM评价了纤维与环氧树脂基体的界面粘结性能。结果表明: 与PBO 纤维相比, SPBO 纤维表面浸润性能提高, 表面含氮、氧量均增加, 与环氧树脂的界面剪切强度从8. 2 MPa 提高到10. 1 MPa , 提高了23 %。
石英纤维析晶行为
邢建申, 王树彬, 张跃
2006, 23(6): 75-79.
摘要:
为了提高石英纤维/ SiO2 复合材料的强度, 避免因石英纤维析晶而造成复合材料力学性能的降低, 本文中详细地研究了石英纤维的析晶行为。采用FT-IR 技术测试了石英纤维的化学键结构, 应用DSC 和XRD 技术综合分析了石英纤维的析晶过程, 并结合SEM、TEM 观察了石英纤维的析晶现象及产物。测试结果表明, 石英纤维结构中含有大量的Si —OH 键; 析晶过程受结构重排控制较为明显, DSC 曲线中存在明显的结构重排吸热峰。XRD 测试显示, 石英纤维析晶产物为单一α-方石英相, 起始析晶温度为950 ℃, 1400 ℃左右达到析晶最大量, 温度明显低于石英玻璃的析晶温度。Si —OH 键、杂质以及界面等因素是石英纤维析晶温度低于石英玻璃的主要原因。
Cr13 Ni5Si2 /γ-Ni 三元金属硅化物高温耐磨复合材料
方艳丽, 李安, 张凌云, 王华明
2006, 23(6): 80-85.
摘要:
采用激光熔化/ 连续沉积工艺制备出以Cr13Ni5Si2 三元金属硅化物为初生相、以γ2Ni 基固溶体为连续增韧相(基体) 的三元金属硅化物耐磨复合材料(Cr13Ni5Si2 /γ) 。在高温滑动磨损条件下测试了Cr13Ni5Si2 /γ复合材料的耐磨性能随温度的变化规律, 并讨论了其磨损机理。结果表明, 由于Cr13Ni5Si2 三元金属硅化物具有原子结合力强和硬度2温度关系反常等特点, 且Cr13Ni5Si2 /γ复合材料具有优良的强韧性配合, 以及Cr13Ni5Si2 /γ复合材料在高温磨损过程中磨损表面能够形成转移覆盖层, Cr13Ni5Si2 /γ材料在高温滑动磨损条件下具有非常优异的耐磨性能, 较低的磨损温度敏感性和反常的磨损2温度关系。韧性基体γ-Ni 的加入使Cr13Ni5Si2 三元金属硅化物在600 ℃高温下滑动耐磨性能提高了3 倍。
激光熔化沉积Mo/ Mo2Ni3 Si 金属硅化物合金显微组织与耐磨性
贵永亮, 王华明
2006, 23(6): 86-91.
摘要:
以Mo 、Ni、Si 金属粉末为原料, 利用激光熔化沉积工艺制备出以难熔金属Mo 初生树枝晶为增韧相,以三元金属硅化物Mo2Ni3 Si 为基体的金属硅化物耐磨合金, 在室温干滑动磨损条件下测试了合金的耐磨性能。结果表明, 初生树枝晶的体积分数随着Mo 含量的增加而增加, 而硬度却随之降低。由于金属硅化物Mo2Ni3 Si的高硬度和难熔金属Mo 树枝晶的高强韧性, 合金在室温干滑动磨损条件下具有良好的耐磨性能。
复合结构Ni-P 非晶态镀层在H2S/ CO2环境中的耐腐蚀性能
杜岩滨, 朱立群, 薛振, 刘慧从, 白真权
2006, 23(6): 92-97.
摘要:
通过在同一镀液中改变温度、p H 值和施加电流完成化学镀和电镀过程, 在普通碳钢基体上得到电位差高于160 mV 的复合结构的非晶态Ni- P 合金镀层。采用SEM、电化学测试设备及专门的腐蚀环境试验箱, 研究了该复合镀层在H2S/ CO2 腐蚀气氛中的耐腐蚀行为。结果表明: 所制备的复合结构Ni- P 非晶态镀层在H2S/CO2腐蚀环境中, 100 h 后镀层表面出现均匀的硫化物腐蚀膜, 300 h 后镀层表面出现腐蚀裂纹, 并沿着与基体表面平行的方向扩展、剥离, 在电镀层剥离处磷元素的相对含量增加。所制备的12μm 厚的复合叠加结构Ni- P 非晶态镀层的耐腐蚀性能优于25μm 厚的普通化学Ni-P 非晶态合金镀层。
SiCP/ 2024 铝基复合材料表面微弧氧化膜组织结构及其耐蚀性
薛文斌, 吴晓玲, 施修龄, 李夕金, 田华
2006, 23(6): 98-102.
摘要:
对SiCP/ 2024 铝基复合材料进行微弧氧化表面处理, 分析了陶瓷膜截面的显微组织、成分分布, 测量了其相组成和硬度分布, 并比较了氧化前后极化曲线的变化。结果表明, 在硅酸盐溶液中获得的陶瓷膜由莫来石、α-Al2O3 、γ-Al2O3 晶态相和SiO2 非晶相组成, 残留的SiC 增强体很少, 膜与复合材料呈现良好的冶金结合。膜具有两层结构, 外层Si 含量较高并主要来自电解液, 而内层膜里莫来石的形成同SiC 增强体氧化密切相关。微弧氧化处理后, SiCP / 2024 铝基复合材料的抗腐蚀能力得到很大提高, 这归因于形成了一层完整连续的氧化膜。
纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2 / Al2Si微屈服行为的影响
刘贯军, 李文芳, 杜军, 谢勇
2006, 23(6): 103-107.
摘要:
以通过浸渗挤压工艺制备的Al2O3-SiO2 / Al2Si 复合材料为研究对象, 使用配备有精度达10 - 7位移测量装置的Inst ron5569 电子拉伸试验机, 并采用连续加载法, 详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律, 并定性分析了原因。结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度却逐渐增大。
高体积分数SiCP/ Al 复合材料电子封装盒体的制备
褚克, 贾成厂, 尹法章, 梅雪珍, 曲选辉
2006, 23(6): 108-113.
摘要:
采用注射成型方法制备了SiCP封装盒体的预成型坯, 用压力浸渗方法将熔融铝浸渗到SiCP封装盒体的预成型坯中, 制备出含SiCP体积分数为65 %的SiCP / Al 复合材料的封装盒体。SEM 观察表明, 经过压力浸渗后SiCP / Al 复合材料组织均匀且致密化高, 室温热膨胀系数为8. 0 ×10-6 / K, 热导率接近130 W/ (m·K) , 密度为2198 g/ cm3 , 能够很好地满足电子封装的要求。
不锈钢基体温度对NiCrCoAlY 和ZrO2涂层颗粒变形的影响
马壮, 曹素红, 王富耻, 王全胜
2006, 23(6): 114-119.
摘要:
研究了等离子喷涂过程中, 不同基体预热温度下NiCrCoAl Y金属与ZrO2 陶瓷颗粒的变形规律。结果表明: 基体无预热时, NiCrCoAl Y金属颗粒沉积形貌呈盘形, 并伴随边缘堆积和飞溅碎块等不规则现象, 影响后续颗粒的顺利铺展; 基体预热至200 ℃时, 不规则现象减少, 后续颗粒铺展良好。ZrO2 颗粒在基体无预热条件下凝固后呈圆盘状, 并产生龟裂纹和条束状溅射, 随着基体预热温度的升高, 龟裂和溅射现象减少。基体预热对NiCrCoAl Y涂层孔隙率影响不大, 而ZrO2涂层在基体预热至200 ℃时孔隙率明显降低。
Cu2Fe2Ag 原位复合材料的组织和性能
高海燕, 王俊, 疏达, 孙宝德
2006, 23(6): 120-126.
摘要:
系统研究了合金元素Ag 对Cu2 Fe 原位复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响规律。采用熔铸2 形变法分别制备了Cu2 12 wt%Fe、Cu214 wt%Fe2 1 wt%Ag、Cu2 14 wt%Fe2 3 wt%Ag 和Cu2 11 wt%Fe2 6 wt%Ag4 种原位复合材料。测试了不同应变下材料的抗拉强度和电阻率。采用扫描电镜(SEM) 观察了材料的微观组织演变和拉伸断口形貌, 用能谱仪( EDS) 分析了Fe 和Ag 在Cu 基体中的分布。结果表明, 添加Ag 可以细化初生的Fe 枝晶, 强化Cu 基体, 降低高温下Fe 在Cu 中的固溶度, 材料的强度和电导率同时得到提高。但添加Ag 后, 材料的塑性变形能力降低, 在较低的应变下, 拉伸试样的断口就表现出剪切断裂特征。
挤压温度对15 vol %SiCP/ Mg-9Al 镁基复合材料拉伸性能与断口形貌的影响
谢文, 刘越, 张振伟, 李德松, 毕敬
2006, 23(6): 127-133.
摘要:
研究了挤压温度对粉末挤压法制备镁基复合材料室温拉伸性能和断口形貌的影响。实验结果表明: 复合材料在350~450 ℃温度范围内挤压温度越高, SiC 颗粒分布越均匀, 致密度越高, 复合材料强度、延伸率上升;复合材料断裂方式随着挤压温度升高由颗粒/ 基体脱粘向颗粒断裂转变。
机械球磨法制备Ti3SiC2 / Al 纳米复合材料
谷万里
2006, 23(6): 134-137.
摘要:
研究了用微米级Ti3SiC2 陶瓷颗粒与Al 粉复合球磨制备纳米复合材料的工艺过程。结果表明, 在其他实验参数相同的条件下, 不同材质的磨球对陶瓷颗粒的细化作用差异很大。采用氧化锆磨球可以使Ti3SiC2 的颗粒更好地细化且均匀分散在Al 基体中, 而用钢球和玛瑙球则易产生混合粉的团聚。用氧化锆球进行球磨后的复合粉在550 ℃的温度及20 MPa 的压力下成功地制备了组织成分均匀的大块纳米复合材料。与同成分的非纳米材料相比, Ti3SiC2 / Al 纳米复合材料的硬度从HV60 提高到HV80 , 强度则从110 MPa 提高到150 MPa 。
利用酚醛树脂制备复杂形状碳化硅复合材料零件
崔志中, 李涤尘, 乔冠军, 雷贤卿, 侯红玲
2006, 23(6): 138-143.
摘要:
为了解决复杂形状陶瓷构件成型难的问题, 利用光固化快速成型技术, 以酚醛树脂为原料, 制作了陶瓷复合材料构件。用XRD 分析了炭支架和陶瓷构件的物相组成; 应用TGA 和SEM 研究了生成炭支架的热解特性、孔道系统和陶瓷构件的微观组织结构; 建立了渗硅的反应机理模型。结果表明: 炭支架主要为酚醛树脂热解后生成的无定形碳, 其残碳率为65 %; 渗硅温度为1500 ℃时生成的陶瓷构件是由Si 、SiC 和C 组成的致密复相陶瓷; 渗硅后如果温度升高至1650 ℃进行排Si , 则生成多孔复相陶瓷; 光固化树脂网格结构和淀粉结合生成的孔道系统, 能够有效避免制件的破裂并有利于渗硅反应; 在1500 ℃温度渗硅30 min 得到的SiC 层厚为20μm。
C/ SiC 材料表面Si/ SiC 涂层及其对基底结构的影响
李俊生, 张长瑞, 曹英斌, 张玉娣
2006, 23(6): 144-148.
摘要:
采用泥浆预涂层反应法在C/ SiC 复合材料表面制备Si/ SiC 涂层。通过理论计算和实验确定了制备致密不开裂涂层的泥浆配比; 研究了埋粉烧结和气相硅真空反应烧结2 种不同烧结气氛对Si/ SiC 涂层微观形貌和成分的影响; 比较了单涂层和双涂层2 种不同涂层制备方法对C/ SiC 复合材料基底结构的影响; 用SEM 观察涂层形貌, 用XRD 分析涂层成分与晶体结构。结果表明: 泥浆中C∶Si (质量比) 在1∶1. 25 左右制备的涂层不开裂; 埋粉烧结制备的涂层成粉, 而气相硅真空反应烧结制备的涂层致密且与基底结合好; 单涂层法制备涂层后基底材料致密度高, 而双涂层法制备涂层后基底仍然保持多孔结构。
高应力重复加卸载下GFRP 筋与混凝土的粘结性能
何政, 孙颖
2006, 23(6): 149-157.
摘要:
对20 个GFRP 筋标准拔出试件进行了单调静力加载和高应力重复加卸载的粘结性能试验, 考察了粘结强度、加载端滑移量、粘结刚度及滞回耗能的变化规律。研究结果表明, GFRP 筋的粘结性能在等幅(Δτ=017τu ) 应力循环下表现不稳定, 在变应力幅重复加卸载下, 粘结强度衰减较为明显, 得到的包迹线和共同点曲线与单调静力加载τ s 曲线形状基本一致, 同一滑移量下共同点曲线上的粘结应力与包迹线上的粘结应力比值在0150~0. 75 变化。重复加卸载下GFRP 筋肋的损伤程度比单调静力加载下的情况更为严重, 混凝土界面没有发现劈裂裂纹。从滑移量、能量耗散和刚度衰减变化情况来看, 加载历史和损伤累积状态对这些变量的影响最为明显。
橡胶混凝土的抗裂性能和弯曲变形性能
亢景付, 任海波, 张平祖
2006, 23(6): 158-162.
摘要:
通过净浆、砂浆和混凝土3 个层面的试验研究, 探讨了橡胶混凝土的抗裂性能和弯曲变形特性。根据圆环试件的开裂时间, 对3 种水灰比( 0. 3, 0. 4, 0. 5) 水泥净浆中掺入不同体积含量橡胶颗粒( 10%, 15%, 20%,30% , 50%) 后的开裂敏感性进行了对比分析。结果表明, 在水泥净浆中掺入橡胶颗粒可以显著延缓试件的开裂时间, 提高抗裂性, 延缓时间随着橡胶颗粒掺量的增加和水灰比的增大而延长。弯曲试验考察了4 个橡胶颗粒体积含量( 8%, 16%, 21. 4%, 32%) 砂浆试件和3 个橡胶颗粒体积含量( 10%, 12. 5%, 15%) 混凝土试件的弯曲变形性能。结果表明, 含橡胶颗粒的砂浆试件和混凝土试件在弯曲过程中会产生明显的塑性变形, 试件不会在承受最大荷载时产生脆性断裂, 而是经过较大的塑性变形后延性破坏。与基准试件相比, 砂浆试件和混凝土试件破坏时的极限变形值均有大幅度提高。
石墨/ 高铝水泥模压复合材料双极板的特性
沈春晖, 潘牧, 袁润章
2006, 23(6): 163-167.
摘要:
采用高铝水泥作为粘结剂, 石墨作为导电填料, 通过室温模压的方法制备了导电复合材料, 拟用于制作质子交换膜燃料电池的双极板。对石墨/ 高铝水泥复合材料双极板的电性能和力学性能的影响因数进行了分析和评价, 并测量了该复合材料双极板的含水量、凝胶毛细孔尺寸分布和氢气渗透性。实验结果表明: 含有60 wt %石墨的石墨/ 高铝水泥模压复合材料双极板的电导率和力学强度基本上可以同时满足质子交换膜燃料电池的使用要求; 并且该复合材料双极板含有凝胶毛细孔, 约具有7 wt %的含水量, 具有自增湿功能; 此外, 氢气渗透率也较低。
三维编织复合材料弹性性能的表面胞体效应
蔺晓明, 刘振国, 卢子兴
2006, 23(6): 168-173.
摘要:
在作者已有的内胞模型基础上, 结合陈利等的面胞纱线走向及Chou 等对表面纤维束截面形状的描述,建立了由面胞和内胞组合的有限元分析模型, 比较真实地模拟了三维四向编织复合材料的真实结构。通过有限元计算预测了其弹性性能, 并同实验结果进行了比较, 分析讨论了三维四向编织复合材料的面胞对整体弹性性能的影响。研究结果证明了面胞在三维四向编织复合材料弹性性能有限元预测中的重要性。
纤维增强复合材料动态性能参数的识别方法
何欢, 陈国平, 韦勇, 张家滨
2006, 23(6): 173-178.
摘要:
构造了一种纤维增强复合材料等效动态性能本构模型。根据经典层板理论分别推导出了显含弹性常数和显含阻尼系数的纤维增强复合材料层板的刚度矩阵和等效阻尼矩阵。利用模态试验方法, 得出了弹性常数、等效阻尼系数与层板振动模态之间的显式关系。通过识别本构方程中的等效阻尼系数, 可以方便地推导出任意铺层数和任意铺层角度下层板的等效阻尼矩阵。算例分析表明, 利用此方法识别出的弹性常数和等效阻尼能够满足工程精度要求。
缝合复合材料层板三维纤维弯曲模型及压缩强度预报
李晨, 许希武
2006, 23(6): 179-185.
摘要:
提出了三维纤维弯曲模型, 基于有限元法和周期性边界条件建立了缝合层板压缩强度分析方法, 采用桥联模型和最大应力判据分析损伤扩展并获得压缩强度, 预报结果与试验吻合较好。详细探讨了缝合参数对层合板压缩强度的影响规律, 结果表明: 缝合方向与表面纤维方向一致时, 较小的缝合针距和行距、较大的缝合线半径对压缩强度较为有利; 缝合方向与表面纤维方向垂直时, 较小的缝合针距和缝合线半径、较大的缝合行距对压缩强度较为有利。
磁致伸缩铺层阻尼板壳结构的振动分析
梁伟, 刘冬欢
2006, 23(6): 186-191.
摘要:
通过理论分析讨论了含磁致伸缩材料和黏弹性材料铺层的层合板壳结构的频率和损失因子。假设黏弹性层仅发生剪切变形, 对磁致伸缩层应用偏置磁场下的线性本构, 推导得到由磁致伸缩层、黏弹性层、复合材料基本层组成的约束阻尼薄壳结构的运动方程, 并求得结构振动频率和损失因子的解。对板、曲板等算例的计算结果表明, 用磁致伸缩材料作约束层可使层合结构损失因子提高。
纤维缠绕复合材料纤维束形态的细观分析及弹性模量预测
孙江, 肖琪
2006, 23(6): 192-198.
摘要:
在对纤维缠绕复合材料缠绕图案分析的基础上, 考虑到纤维束的交叠与波动, 提出一种用于计算纤维缠绕复合材料弹性模量的方法。该方法是在纤维缠绕图案中提取一代表单元, 将代表单元分成层板区域和纤维束波动区域。层板区域用经典层板理论计算弹性模量; 纤维束波动区域根据纤维波动的细观图形及走势计算弹性模量。根据层板区域和纤维束波动区域在代表单元中所占的比例, 组合2 个区域的弹性模量以获得代表单元的总体弹性模量。通过测试炭纤维/ 环氧树脂缠绕管在轴向拉伸载荷下的轴向弹性模量及泊松比, 验证了理论计算结果,表明该计算方法能较准确地计算纤维缠绕复合材料的弹性模量, 因此可为这类材料的设计计算提供有益的理论依据。