1998年 第15卷 第4期
1998, 15(4): 1-5.
摘要:
对60Coγ射线辐照处理的PAN 基碳纤维的力学性能、表面形貌及表面结构的变化和其与环氧树脂复合后层间剪切强度进行了初步的研究。60Coγ射线在1×102～ 1×103Gy 辐照剂量时, 使PAN 基中强碳纤维本身的力学性能显著提高; 使碳纤维表面的含氧官能团浓度和石墨化程度得以提高; 由此制备的碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS提高了31% 左右。而在辐照剂量≥1×104Gy 时, 由于辐照损伤及热效应, 使碳纤维的力学性能下降, 增加了表面的炭化及其撕裂程度,从而减小了碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS。
对60Coγ射线辐照处理的PAN 基碳纤维的力学性能、表面形貌及表面结构的变化和其与环氧树脂复合后层间剪切强度进行了初步的研究。60Coγ射线在1×102～ 1×103Gy 辐照剂量时, 使PAN 基中强碳纤维本身的力学性能显著提高; 使碳纤维表面的含氧官能团浓度和石墨化程度得以提高; 由此制备的碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS提高了31% 左右。而在辐照剂量≥1×104Gy 时, 由于辐照损伤及热效应, 使碳纤维的力学性能下降, 增加了表面的炭化及其撕裂程度,从而减小了碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS。
1998, 15(4): 6-13.
摘要:
采用模压成型方法研制了麻短纤维增强软木橡胶基复合密封材料, 并研究了该材料的主要性能及其与组成和成型工艺的关系。结果表明, 纤维的加入有利于提高该材料的拉伸强度、耐油性、耐热老化性能和抗蠕变松弛性能, 纤维含量、长径比和纤维的表面处理及合理的成型工艺对材料的主要性能有较明显的影响, 该材料是一种理想的新型非石棉密封材料。
采用模压成型方法研制了麻短纤维增强软木橡胶基复合密封材料, 并研究了该材料的主要性能及其与组成和成型工艺的关系。结果表明, 纤维的加入有利于提高该材料的拉伸强度、耐油性、耐热老化性能和抗蠕变松弛性能, 纤维含量、长径比和纤维的表面处理及合理的成型工艺对材料的主要性能有较明显的影响, 该材料是一种理想的新型非石棉密封材料。
1998, 15(4): 14-19.
摘要:
介绍了多种陶瓷/聚合物复合材料在压电、介电、热释电等方面的电学性能及它们的开发应用概况, 并对一种崭新的陶瓷/聚合物复合材料——n 型SrTiO3半导体陶瓷/p 型半导体聚苯胺,复合形成p-n 异质结的方法过程、电学性能及潜在应用进行了评述。
介绍了多种陶瓷/聚合物复合材料在压电、介电、热释电等方面的电学性能及它们的开发应用概况, 并对一种崭新的陶瓷/聚合物复合材料——n 型SrTiO3半导体陶瓷/p 型半导体聚苯胺,复合形成p-n 异质结的方法过程、电学性能及潜在应用进行了评述。
1998, 15(4): 20-23.
摘要:
采用精细复合工艺, 制备了BaTiO3纳米粒子/环氧复合材料, 研究了该复合材料的介电常数随BaTiO3含量的变化关系, 以及复合材料的介电损耗性能。
采用精细复合工艺, 制备了BaTiO3纳米粒子/环氧复合材料, 研究了该复合材料的介电常数随BaTiO3含量的变化关系, 以及复合材料的介电损耗性能。
1998, 15(4): 24-27.
摘要:
以四元芳香族胺类化合物及顺丁烯二酸酐为原料合成了一种可溶于丙酮, 微溶于乙酸乙酯的四马来酰亚胺(TMI) , 280℃固化1h, 其热分解温度达527℃, 并且有良好的工艺性能和力学性能。
以四元芳香族胺类化合物及顺丁烯二酸酐为原料合成了一种可溶于丙酮, 微溶于乙酸乙酯的四马来酰亚胺(TMI) , 280℃固化1h, 其热分解温度达527℃, 并且有良好的工艺性能和力学性能。
1998, 15(4): 28-32.
摘要:
以电镜观测, X 射线衍射谱图分析, 结合传统性能试验手段, 对氯氧镁复合材料的耐水性进行研究, 通过掺加改性剂试验, 优选出K3 (X·Y6) 为最佳改性剂, 其浸水三个月的软化系数保留在0. 94。同时利用现代测试技术, 对其改性机理进行了探索。
以电镜观测, X 射线衍射谱图分析, 结合传统性能试验手段, 对氯氧镁复合材料的耐水性进行研究, 通过掺加改性剂试验, 优选出K3 (X·Y6) 为最佳改性剂, 其浸水三个月的软化系数保留在0. 94。同时利用现代测试技术, 对其改性机理进行了探索。
1998, 15(4): 33-37.
摘要:
采用挤压铸造法制造了莫来石短纤维/Al-4.5Cu 复合材料, 研究了不同挤压铸造工艺参数条件下其力学性能的变化规律和断裂特征。实验结果表明: 随着凝固冷却速率的提高, 莫来石短纤维/Al-4.5Cu 复合材料的抗弯强度和弹性模量相应逐渐增大; 另外, 挤压铸造莫来石短纤维/Al-4.5Cu 复合材料表现为脆性解理断裂, 当凝固速率较大, 复合材料强度较高时, 断口中局部有莫来石短纤维拔出; 同时, 各种凝固冷却速率条件下, 断裂面上均有少量韧窝存在。
采用挤压铸造法制造了莫来石短纤维/Al-4.5Cu 复合材料, 研究了不同挤压铸造工艺参数条件下其力学性能的变化规律和断裂特征。实验结果表明: 随着凝固冷却速率的提高, 莫来石短纤维/Al-4.5Cu 复合材料的抗弯强度和弹性模量相应逐渐增大; 另外, 挤压铸造莫来石短纤维/Al-4.5Cu 复合材料表现为脆性解理断裂, 当凝固速率较大, 复合材料强度较高时, 断口中局部有莫来石短纤维拔出; 同时, 各种凝固冷却速率条件下, 断裂面上均有少量韧窝存在。
1998, 15(4): 38-42.
摘要:
将碳纤维按不同方式分布与铜粉混合热压, 制取复合材料, 测定了碳纤维含量与分布方式对复合材料电导率的影响。给出了测定结果, 为复合材料的结构设计提供了一定的依据。
将碳纤维按不同方式分布与铜粉混合热压, 制取复合材料, 测定了碳纤维含量与分布方式对复合材料电导率的影响。给出了测定结果, 为复合材料的结构设计提供了一定的依据。
1998, 15(4): 43-47.
摘要:
利用分析透射电镜研究了液态搅拌铸造原始态与氧化态SiCP 以及SiO2(P) 增强Al-4wt%Mg 基复合材料的界面反应情况。结果在原始态和氧化态碳化硅颗粒表面观察到细小的MgO , 石英粒子在高温下与基体中的镁反应生成MgAl2O4, 并运用扩散理论分别解释了其反应机制。
利用分析透射电镜研究了液态搅拌铸造原始态与氧化态SiCP 以及SiO2(P) 增强Al-4wt%Mg 基复合材料的界面反应情况。结果在原始态和氧化态碳化硅颗粒表面观察到细小的MgO , 石英粒子在高温下与基体中的镁反应生成MgAl2O4, 并运用扩散理论分别解释了其反应机制。
1998, 15(4): 48-52.
摘要:
将压力铸造(Squeeze-Casting) 与燃烧合成(Combustion-Synthesis) 相结合, 利用TiO2与Al 之间的反应, 成功地制备了金属相Al 含量不同的Al2O3-Al3Ti-Al 原位复合材料系列。运用三点弯曲方法测试了复合材料的抗弯曲强度和弹性模量。结果表明: 复合材料具有较高的弯曲强度(410～ 490M Pa) 和弹性模量(156～ 216GPa) , 随着金属相Al 含量的增加, 弯曲强度开始有所升高,当A l 体积百分数超过40% 后便明显下降。而弹性模量始终呈降低趋势, 复合材料的高强度源于反应生成细小的Al2O3颗粒及Al3Ti 相的增强作用。
将压力铸造(Squeeze-Casting) 与燃烧合成(Combustion-Synthesis) 相结合, 利用TiO2与Al 之间的反应, 成功地制备了金属相Al 含量不同的Al2O3-Al3Ti-Al 原位复合材料系列。运用三点弯曲方法测试了复合材料的抗弯曲强度和弹性模量。结果表明: 复合材料具有较高的弯曲强度(410～ 490M Pa) 和弹性模量(156～ 216GPa) , 随着金属相Al 含量的增加, 弯曲强度开始有所升高,当A l 体积百分数超过40% 后便明显下降。而弹性模量始终呈降低趋势, 复合材料的高强度源于反应生成细小的Al2O3颗粒及Al3Ti 相的增强作用。
1998, 15(4): 53-58.
摘要:
研制了适合陶瓷颗粒表面涂层处理的化学气相沉积装置, 并探索了在氧化铝颗粒表面获得TiN 涂层的工艺; 所获得的TiN 涂层能提高耐热钢在氧化铝颗粒间的铸渗深度, 并使颗粒得到基体的牢固支撑。氧化铝颗粒体积分数在23%～ 57% 可调。
研制了适合陶瓷颗粒表面涂层处理的化学气相沉积装置, 并探索了在氧化铝颗粒表面获得TiN 涂层的工艺; 所获得的TiN 涂层能提高耐热钢在氧化铝颗粒间的铸渗深度, 并使颗粒得到基体的牢固支撑。氧化铝颗粒体积分数在23%～ 57% 可调。
1998, 15(4): 59-63.
摘要:
基于传统信号处理对非平稳信号的局限, 分析了子波变换下奇异信号和白噪声在多尺度空间中模极大值传播特性, 对仿真声发射信号进行处理, 结果表明该方法能有效地从声发射信号中提取声源位置信息, 并提出了一种有效提取该信息的算法, 说明了该方法在复合材料结构损伤主动监测中的应用前景。
基于传统信号处理对非平稳信号的局限, 分析了子波变换下奇异信号和白噪声在多尺度空间中模极大值传播特性, 对仿真声发射信号进行处理, 结果表明该方法能有效地从声发射信号中提取声源位置信息, 并提出了一种有效提取该信息的算法, 说明了该方法在复合材料结构损伤主动监测中的应用前景。
1998, 15(4): 64-68.
摘要:
应用分布参数传递函数法分析了复合材料组合梁在轴压作用下的振动与稳定性问题及其相关性。建立了组合梁在任意边界条件下振动与稳定性的状态空间控制方程和振动频率与轴压载荷之间的相互关系式。分析中同时考虑了一阶和高阶横向剪切变形、转动惯量、细长比、各向异性、扭转变形等多种因素对组合梁固有频率和屈曲载荷的影响。并将数值例子的结果与试验值或文献所提供的结果相比较。
应用分布参数传递函数法分析了复合材料组合梁在轴压作用下的振动与稳定性问题及其相关性。建立了组合梁在任意边界条件下振动与稳定性的状态空间控制方程和振动频率与轴压载荷之间的相互关系式。分析中同时考虑了一阶和高阶横向剪切变形、转动惯量、细长比、各向异性、扭转变形等多种因素对组合梁固有频率和屈曲载荷的影响。并将数值例子的结果与试验值或文献所提供的结果相比较。
1998, 15(4): 69-73.
摘要:
对含低速冲击损伤的蜂窝夹芯板试件进行了拉伸试验, 用X 光技术、热揭层技术和外观检测等对拉伸破坏过程进行了研究, 分析了剩余拉伸强度与冲击能量的关系。结果表明: 拉伸过程中, 四种破坏形式同时存在且相互作用; 冲击损伤严重影响了蜂窝夹芯板的抗拉能力。
对含低速冲击损伤的蜂窝夹芯板试件进行了拉伸试验, 用X 光技术、热揭层技术和外观检测等对拉伸破坏过程进行了研究, 分析了剩余拉伸强度与冲击能量的关系。结果表明: 拉伸过程中, 四种破坏形式同时存在且相互作用; 冲击损伤严重影响了蜂窝夹芯板的抗拉能力。
1998, 15(4): 74-80.
摘要:
采用Reddy 高阶剪切理论对正交各向异性蜂窝夹层板进行了分层研究, 推导出蜂窝夹层板的动力学基本方程, 并且对正交各向异性单向蜂窝夹层板的自由振动进行了深入的研究, 给出了对边简支时的频率方程及振型函数, 同时分析了夹芯厚度及厚跨比对其频率的影响, 并与低阶剪切理论作了比较, 结果证明高阶理论较好。
采用Reddy 高阶剪切理论对正交各向异性蜂窝夹层板进行了分层研究, 推导出蜂窝夹层板的动力学基本方程, 并且对正交各向异性单向蜂窝夹层板的自由振动进行了深入的研究, 给出了对边简支时的频率方程及振型函数, 同时分析了夹芯厚度及厚跨比对其频率的影响, 并与低阶剪切理论作了比较, 结果证明高阶理论较好。
1998, 15(4): 81-88.
摘要:
用非线性有限元法对一种典型的橡胶复合材料结构——轮胎的力学性能进行了分析。给出了轮胎滚动边界值问题的数学描述和有限元列式及相应的求解策略。取旋转刚体构形为参考构形, 得到消去时间变量的惯性场和控制方程。用增量约束方法处理轮胎滚动接触问题可以达到收敛快、精度高。研究了滚动参数对轮胎总体和局部变形和受力的影响。计算结果与已有数据和试验相吻合, 对轮胎设计和汽车动力学有指导意义。
用非线性有限元法对一种典型的橡胶复合材料结构——轮胎的力学性能进行了分析。给出了轮胎滚动边界值问题的数学描述和有限元列式及相应的求解策略。取旋转刚体构形为参考构形, 得到消去时间变量的惯性场和控制方程。用增量约束方法处理轮胎滚动接触问题可以达到收敛快、精度高。研究了滚动参数对轮胎总体和局部变形和受力的影响。计算结果与已有数据和试验相吻合, 对轮胎设计和汽车动力学有指导意义。
1998, 15(4): 89-96.
摘要:
首次在较宽的纤维用量和纤维长度范围内, 研究了短纤维橡胶复合材料的拉伸强度规律, 并基于Cox 剪滞法和复合材料的结构特点, 提出了一种新的混合定律模式, 对复合材料的纵向拉伸强度进行了理论预测。结果表明, 新的模型包含结构因素较全面, 理论计算值与实验值符合较好。此外, 探讨了复合材料的拉伸破坏机理, 认为复合材料的拉伸破坏主要由界面控制, 在复合材料中存在着界面剪切应力集中和纤维拉伸应力集中之间相互竞争增长的过程, 但前者的增长制约着后者的增长。本文是短纤维橡胶复合材料强度理论预测的第一部分。
首次在较宽的纤维用量和纤维长度范围内, 研究了短纤维橡胶复合材料的拉伸强度规律, 并基于Cox 剪滞法和复合材料的结构特点, 提出了一种新的混合定律模式, 对复合材料的纵向拉伸强度进行了理论预测。结果表明, 新的模型包含结构因素较全面, 理论计算值与实验值符合较好。此外, 探讨了复合材料的拉伸破坏机理, 认为复合材料的拉伸破坏主要由界面控制, 在复合材料中存在着界面剪切应力集中和纤维拉伸应力集中之间相互竞争增长的过程, 但前者的增长制约着后者的增长。本文是短纤维橡胶复合材料强度理论预测的第一部分。
1998, 15(4): 97-101.
摘要:
利用自行建立的试验系统, 首次对单向聚酯帘线增强橡胶材料进行了疲劳测试, 研究了应变、频率和温度对疲劳损伤累积的影响, 并给出了疲劳寿命预报方程, 为评价轮胎的疲劳特性、预报轮胎的疲劳寿命提供了有效的手段。
利用自行建立的试验系统, 首次对单向聚酯帘线增强橡胶材料进行了疲劳测试, 研究了应变、频率和温度对疲劳损伤累积的影响, 并给出了疲劳寿命预报方程, 为评价轮胎的疲劳特性、预报轮胎的疲劳寿命提供了有效的手段。
1998, 15(4): 102-106.
摘要:
以修正的经典层合板理论为基础, 分析三维编织复合材料的力学性能。在单胞的长度方向积分和平均, 预测编织结构复合材料的有效弹性模量; 采用蔡-胡多项式失效准则, 得到三维编织复合材料的强度性能。另外, 进行编织结构复合材料的力学性能实验, 探讨纺织工艺参数, 如纤维编织角、横向编织角、轴向纱数与编织纱数之比、纤维体积含量等对力学性能的影响, 理论预报和试验结果进行对比, 发现该力学模型能较好地预报三维编织复合材料的刚度和强度性能。
以修正的经典层合板理论为基础, 分析三维编织复合材料的力学性能。在单胞的长度方向积分和平均, 预测编织结构复合材料的有效弹性模量; 采用蔡-胡多项式失效准则, 得到三维编织复合材料的强度性能。另外, 进行编织结构复合材料的力学性能实验, 探讨纺织工艺参数, 如纤维编织角、横向编织角、轴向纱数与编织纱数之比、纤维体积含量等对力学性能的影响, 理论预报和试验结果进行对比, 发现该力学模型能较好地预报三维编织复合材料的刚度和强度性能。
1998, 15(4): 107-112.
摘要:
利用实验模态分析方法对碳纤维/环氧树脂编织结构增强复合材料的动态力学特性进行了实验研究, 确定了编织复合材料梁、管的振动模态参数与传递函数, 并与钢质梁、管的动态性能相比较。结果表明: 在冲击脉冲载荷作用下, 先进编织结构复合材料与传统金属材料相比具有较高的固有频率、阻尼比, 以及比刚度大、稳定性好、对冲击脉冲载荷作用的减震效果等良好的综合动力学特性。
利用实验模态分析方法对碳纤维/环氧树脂编织结构增强复合材料的动态力学特性进行了实验研究, 确定了编织复合材料梁、管的振动模态参数与传递函数, 并与钢质梁、管的动态性能相比较。结果表明: 在冲击脉冲载荷作用下, 先进编织结构复合材料与传统金属材料相比具有较高的固有频率、阻尼比, 以及比刚度大、稳定性好、对冲击脉冲载荷作用的减震效果等良好的综合动力学特性。
1998, 15(4): 113-118.
摘要:
梯度功能材料的优化设计, 可以转化为梯度分布函数的设计。采用幂函数来描述梯度分布, 使材料优化问题简化为该幂指数(称为梯度指数) 的优化。对梯度功能涂层-基底结构的剥落现象进行了分析, 推广了文献[ 9 ]的结果, 给出了在梯度功能涂层的基底中平行于界面稳态扩展的裂纹的能量释放率和应力强度因子的解析表达式, 并由此计算了最优的梯度分布指数。同时, 还讨论了梯度功能涂层耐高温抗氧化性能与热应力缓和之间的关系。
梯度功能材料的优化设计, 可以转化为梯度分布函数的设计。采用幂函数来描述梯度分布, 使材料优化问题简化为该幂指数(称为梯度指数) 的优化。对梯度功能涂层-基底结构的剥落现象进行了分析, 推广了文献[ 9 ]的结果, 给出了在梯度功能涂层的基底中平行于界面稳态扩展的裂纹的能量释放率和应力强度因子的解析表达式, 并由此计算了最优的梯度分布指数。同时, 还讨论了梯度功能涂层耐高温抗氧化性能与热应力缓和之间的关系。
1998, 15(4): 119-127.
摘要:
对于非均匀复合材料中多个裂纹的动态断裂力学问题, 提出了一种分析方法, 假设复合材料为正交各向异性并含有多个垂直于厚度方向的裂纹, 材料参数沿厚度方向为变化的, 沿该方向将复合材料划分为许多单层, 假设单层材料参数为常数, 应用柔度矩阵/刚度矩阵方法及Fourier变换法, 在L aplace 域内推导出了控制问题的奇异积分方程组, 并用虚位移原理求解, 给出了应力强度因子及能量释放率的表达式, 然后利用Laplace 数值反演, 得出了裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率。作为算例, 研究了带有两个裂纹的功能梯度结构, 分析了材料参数的优化对降低应力强度因子的意义。
对于非均匀复合材料中多个裂纹的动态断裂力学问题, 提出了一种分析方法, 假设复合材料为正交各向异性并含有多个垂直于厚度方向的裂纹, 材料参数沿厚度方向为变化的, 沿该方向将复合材料划分为许多单层, 假设单层材料参数为常数, 应用柔度矩阵/刚度矩阵方法及Fourier变换法, 在L aplace 域内推导出了控制问题的奇异积分方程组, 并用虚位移原理求解, 给出了应力强度因子及能量释放率的表达式, 然后利用Laplace 数值反演, 得出了裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率。作为算例, 研究了带有两个裂纹的功能梯度结构, 分析了材料参数的优化对降低应力强度因子的意义。
1998, 15(4): 128-133.
摘要:
推导了考虑材料随温度变化非线性特征的增量形式Hamilton 半解析有限元法的列式;给出了层合板非线性热弹性问题的求解过程; 通过算例, 研究了复合材料层合板在固化降温过程非线性热应力分布规律, 并同线性分析结果进行了比较。结果表明, 非线性分析与线性分析结果存在很大差异。
推导了考虑材料随温度变化非线性特征的增量形式Hamilton 半解析有限元法的列式;给出了层合板非线性热弹性问题的求解过程; 通过算例, 研究了复合材料层合板在固化降温过程非线性热应力分布规律, 并同线性分析结果进行了比较。结果表明, 非线性分析与线性分析结果存在很大差异。
1998, 15(4): 134-138.
摘要:
从纤维在复合材料中排列不规则的事实出发, 运用数值模拟的方法初步研究了纤维排列的随机性, 并将结果初步应用在复合材料模量的细观力学计算当中, 发现纤维随机排列对细观力学研究复合材料的力学性能有较大的影响, 表明如何在复合材料细观力学中恰当地考虑纤维随机排列是一个值得研究的问题。
从纤维在复合材料中排列不规则的事实出发, 运用数值模拟的方法初步研究了纤维排列的随机性, 并将结果初步应用在复合材料模量的细观力学计算当中, 发现纤维随机排列对细观力学研究复合材料的力学性能有较大的影响, 表明如何在复合材料细观力学中恰当地考虑纤维随机排列是一个值得研究的问题。
1998, 15(4): 139-144.
摘要:
根据Hellinger-Reissner 变分原理, 在柱坐标系中, 导出叠层开口柱壳的弱形式混合状态方程和边界条件, 给出了叠层开口柱壳的解析解, 此法使得求解该类问题的形式得以扩大和统一。
根据Hellinger-Reissner 变分原理, 在柱坐标系中, 导出叠层开口柱壳的弱形式混合状态方程和边界条件, 给出了叠层开口柱壳的解析解, 此法使得求解该类问题的形式得以扩大和统一。
1998, 15(4): 145-150.
摘要:
本文利用von Karman 非线性薄板理论, 求解了复合材料中有横向纤维搭桥作用的圆形薄膜脱层的后屈曲问题, 获得了桥联脱层均匀扩展的能量释放率和断裂韧性。通过大量的计算和分析得到一个重要结论: 搭桥纤维的存在不仅对脱层的初始扩展起到了增韧作用, 而且避免了脱层扩展的灾难性。同时定量地给出了搭桥作用对脱层初始扩展的增韧程度, 并且确定了桥联脱层扩展稳定与不稳定的分区, 对不稳定脱层还给出了失稳扩展的范围及动态效应的估计。
本文利用von Karman 非线性薄板理论, 求解了复合材料中有横向纤维搭桥作用的圆形薄膜脱层的后屈曲问题, 获得了桥联脱层均匀扩展的能量释放率和断裂韧性。通过大量的计算和分析得到一个重要结论: 搭桥纤维的存在不仅对脱层的初始扩展起到了增韧作用, 而且避免了脱层扩展的灾难性。同时定量地给出了搭桥作用对脱层初始扩展的增韧程度, 并且确定了桥联脱层扩展稳定与不稳定的分区, 对不稳定脱层还给出了失稳扩展的范围及动态效应的估计。
