1999年 第16卷 第1期
1999, 16(1): 1-7.
摘要:
扼要介绍近年来SMA 智能复合材料结构的研究进展, 着重总结围绕该智能结构的本构模型及其在结构振动、噪声与冲击的控制、裂纹诊断与控制等方面的研究成果, 并指出目前存在的问题和今后所需研究的一些关键课题。
扼要介绍近年来SMA 智能复合材料结构的研究进展, 着重总结围绕该智能结构的本构模型及其在结构振动、噪声与冲击的控制、裂纹诊断与控制等方面的研究成果, 并指出目前存在的问题和今后所需研究的一些关键课题。
1999, 16(1): 8-13.
摘要:
把梯度功能材料(FGM ) 的设计思想用于金属基复合材料(MMCs) 的开发之中, 成功地制备出了SiC 颗粒增强铝合金基梯度复合材料。对该材料的组织结构和高温压缩性能进行了实验研究。结果表明: 采用复压烧结粉末冶金工艺能提高材料致密度, 消除梯度层间界面; 高温下材料的真实应力-应变曲线可分为初始硬化和逐渐软化两个阶段, 材料强度主要由基体决定; 高温下变形时, 材料梯度层间界面无相对滑动, 变形情况与梯度分布方式有关。
把梯度功能材料(FGM ) 的设计思想用于金属基复合材料(MMCs) 的开发之中, 成功地制备出了SiC 颗粒增强铝合金基梯度复合材料。对该材料的组织结构和高温压缩性能进行了实验研究。结果表明: 采用复压烧结粉末冶金工艺能提高材料致密度, 消除梯度层间界面; 高温下材料的真实应力-应变曲线可分为初始硬化和逐渐软化两个阶段, 材料强度主要由基体决定; 高温下变形时, 材料梯度层间界面无相对滑动, 变形情况与梯度分布方式有关。
1999, 16(1): 14-21.
摘要:
简述了金属爆炸焊接的过程和它的金属物理学本质, 总结了它的特点和应用, 介绍了用爆炸焊接法生产的金属复合材料的品种和分类, 展望了爆炸焊接和金属爆炸复合材料的发展前景, 指出了它们有重要的技术和经济价值, 应当在我国有一个大的发展。
简述了金属爆炸焊接的过程和它的金属物理学本质, 总结了它的特点和应用, 介绍了用爆炸焊接法生产的金属复合材料的品种和分类, 展望了爆炸焊接和金属爆炸复合材料的发展前景, 指出了它们有重要的技术和经济价值, 应当在我国有一个大的发展。
1999, 16(1): 22-29.
摘要:
采用溶胶-凝胶( sol-gel) 技术, 以正硅酸乙酯、三氯化铝和硝酸铝为基本原料, 按3Al2O3/2SiO2的组成配制成溶胶。将此溶胶对碳纤维进行涂覆并无机化, 得到纤维单丝表面均匀致密的氧化物涂层。在高温下此涂层可从氧化物转变为莫来石晶型。涂层对碳纤维的高温抗氧化性有显著提高, 并且增强了碳纤维与铝基体和碳化硅陶瓷基体的复合性能。
采用溶胶-凝胶( sol-gel) 技术, 以正硅酸乙酯、三氯化铝和硝酸铝为基本原料, 按3Al2O3/2SiO2的组成配制成溶胶。将此溶胶对碳纤维进行涂覆并无机化, 得到纤维单丝表面均匀致密的氧化物涂层。在高温下此涂层可从氧化物转变为莫来石晶型。涂层对碳纤维的高温抗氧化性有显著提高, 并且增强了碳纤维与铝基体和碳化硅陶瓷基体的复合性能。
1999, 16(1): 30-34.
摘要:
利用金相显微镜和扫描电镜对活塞铝合金表面等离子喷涂镍层(厚度为0. 1～ 0. 2mm ) 的金相组织、形貌和界面进行了观察。发现在铝合金与带状喷涂镍层之间存在较厚氧化膜形成的不规则熔合线, 阻碍焊合效果。因此在现有工艺条件下, 镍层与铝合金间难以实现冶金熔合效果, 并对它们之间的连接机理进行了探讨。
利用金相显微镜和扫描电镜对活塞铝合金表面等离子喷涂镍层(厚度为0. 1～ 0. 2mm ) 的金相组织、形貌和界面进行了观察。发现在铝合金与带状喷涂镍层之间存在较厚氧化膜形成的不规则熔合线, 阻碍焊合效果。因此在现有工艺条件下, 镍层与铝合金间难以实现冶金熔合效果, 并对它们之间的连接机理进行了探讨。
1999, 16(1): 35-40.
摘要:
界面是复合材料中一个非常重要的因素, 本文将在实验分析的基础上建立合理的理论分析模型, 借助于轴对称和三维有限元分析方法, 对界面性能的变化对短纤维增强金属基复合材料力学行为的影响作较为系统和深入的研究, 其中包括界面性能对应力传递机制、弹性模量、应力-应变曲线以及断裂机理的影响。研究表明, 界面性能的好坏显著影响基体与纤维间的应力传递, 从而对复合材料的弹性模量、应力-应变行为和断裂机理产生较大的影响, 界面控制是复合材料设计中不可忽视的重要环节。
界面是复合材料中一个非常重要的因素, 本文将在实验分析的基础上建立合理的理论分析模型, 借助于轴对称和三维有限元分析方法, 对界面性能的变化对短纤维增强金属基复合材料力学行为的影响作较为系统和深入的研究, 其中包括界面性能对应力传递机制、弹性模量、应力-应变曲线以及断裂机理的影响。研究表明, 界面性能的好坏显著影响基体与纤维间的应力传递, 从而对复合材料的弹性模量、应力-应变行为和断裂机理产生较大的影响, 界面控制是复合材料设计中不可忽视的重要环节。
1999, 16(1): 41-44.
摘要:
介绍了低局放、低介损的玻璃纤维/环氧基复合材料制造方法。试件制备采用了专门设计的成型设备与工艺。试件测试采用原西德产局放仪和介损电桥分别按国标GB7354-87和GB1408-76进行。测试结果表明固化物具有低局放(小于2pc) 和低介损( tgδ 小于0. 01) 特点, 初步分析了实验成功的主要原因。目前该方法已应用到低局放高压缘材料生产中。
介绍了低局放、低介损的玻璃纤维/环氧基复合材料制造方法。试件制备采用了专门设计的成型设备与工艺。试件测试采用原西德产局放仪和介损电桥分别按国标GB7354-87和GB1408-76进行。测试结果表明固化物具有低局放(小于2pc) 和低介损( tgδ 小于0. 01) 特点, 初步分析了实验成功的主要原因。目前该方法已应用到低局放高压缘材料生产中。
1999, 16(1): 45-51.
摘要:
利用M TS810材料试验机及旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置对Kevlar49纤维束进行了准静态拉伸及冲击拉伸实验研究, 首次在应变率为10-4/ s～ 103/s 范围内得到了Kevlar49纤维束完整的应力应变曲线。实验结果表明, Kevlar49纤维束的力学性能是与应变率相关的。在低应变率下Kevlar49纤维束对应变率不太敏感, 但比玻璃纤维束高; 在高应变率下Kevlar49纤维束对应变率敏感, 但不如玻璃纤维束强烈; 中应变率区是Kevlar49纤维束由应变率不太敏感到应变率敏感的过渡区。
利用M TS810材料试验机及旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置对Kevlar49纤维束进行了准静态拉伸及冲击拉伸实验研究, 首次在应变率为10-4/ s～ 103/s 范围内得到了Kevlar49纤维束完整的应力应变曲线。实验结果表明, Kevlar49纤维束的力学性能是与应变率相关的。在低应变率下Kevlar49纤维束对应变率不太敏感, 但比玻璃纤维束高; 在高应变率下Kevlar49纤维束对应变率敏感, 但不如玻璃纤维束强烈; 中应变率区是Kevlar49纤维束由应变率不太敏感到应变率敏感的过渡区。
1999, 16(1): 52-57.
摘要:
对二种潜伏性环氧树脂体系的固化反应动力学参数进行了讨论。结果认为, 理想的潜伏性环氧树脂体系应具有较高的固化反应活化能(E a ) 和频率熵因子(A ) ; 或者具有可变化活化能——即在室温下具有较高的固化反应活化能, 而在高温下具有较低的固化反应活化能。理论分析与实验结果相吻合。
对二种潜伏性环氧树脂体系的固化反应动力学参数进行了讨论。结果认为, 理想的潜伏性环氧树脂体系应具有较高的固化反应活化能(E a ) 和频率熵因子(A ) ; 或者具有可变化活化能——即在室温下具有较高的固化反应活化能, 而在高温下具有较低的固化反应活化能。理论分析与实验结果相吻合。
1999, 16(1): 58-62.
摘要:
研制了一种双马来酰亚胺胶粘剂, 固化温度低于300℃, 可按传统工艺固化, 具有良好的耐热性, 400℃有2.0M Pa 以上剪切强度, 可用于铝合金或复合材料的粘接, 或作为复合材料基体树脂用于航空航天工业, 以满足其耐热性的要求, 保证航空航天器安全可靠地工作。
研制了一种双马来酰亚胺胶粘剂, 固化温度低于300℃, 可按传统工艺固化, 具有良好的耐热性, 400℃有2.0M Pa 以上剪切强度, 可用于铝合金或复合材料的粘接, 或作为复合材料基体树脂用于航空航天工业, 以满足其耐热性的要求, 保证航空航天器安全可靠地工作。
1999, 16(1): 63-66.
摘要:
论述了不同含量的聚四氟乙烯对聚酰亚胺(P I)/聚四氟乙烯(PTFE) 复合材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明, PTFE 的加入可有效地改善P I 的摩擦磨损特性, 当PTFE 含量在10～20% 的范围内时, 可明显降低P I 的摩擦系数, 其磨损特性主要表现为磨料摩擦和粘着磨损。在P I中添加不同含量的PTFE 的比较结果为: 当PTFE 含量为20% 时, 复合材料的综合性能最佳。
论述了不同含量的聚四氟乙烯对聚酰亚胺(P I)/聚四氟乙烯(PTFE) 复合材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明, PTFE 的加入可有效地改善P I 的摩擦磨损特性, 当PTFE 含量在10～20% 的范围内时, 可明显降低P I 的摩擦系数, 其磨损特性主要表现为磨料摩擦和粘着磨损。在P I中添加不同含量的PTFE 的比较结果为: 当PTFE 含量为20% 时, 复合材料的综合性能最佳。
1999, 16(1): 67-71.
摘要:
界面强度较弱是影响芳纶/环氧复合材料力学性能发挥的重要因素。本文采用超声技术在F-12/环氧浸润过程中增加树脂对纤维的浸润性, 从而改善复合材料的界面性能。探讨了超声最佳处理参数, 着重研究超声对复合材料力学性能的影响。
界面强度较弱是影响芳纶/环氧复合材料力学性能发挥的重要因素。本文采用超声技术在F-12/环氧浸润过程中增加树脂对纤维的浸润性, 从而改善复合材料的界面性能。探讨了超声最佳处理参数, 着重研究超声对复合材料力学性能的影响。
1999, 16(1): 72-76.
摘要:
纯弯曲的Sandwich 梁试样在评价界面断裂抗力方面有重要作用。利用能量的叠加原理和截面转换方法, 本文导出了纯弯曲Sandw ich 梁试样界面裂纹扩展应变能释放率的显式解, 并根据实验测得的界面裂纹扩展的临界载荷, 用其计算出了四点弯曲Si3N4/Al/Si3N 4试样Si3N4/Al 扩散连接界面的断裂韧度。
纯弯曲的Sandwich 梁试样在评价界面断裂抗力方面有重要作用。利用能量的叠加原理和截面转换方法, 本文导出了纯弯曲Sandw ich 梁试样界面裂纹扩展应变能释放率的显式解, 并根据实验测得的界面裂纹扩展的临界载荷, 用其计算出了四点弯曲Si3N4/Al/Si3N 4试样Si3N4/Al 扩散连接界面的断裂韧度。
1999, 16(1): 77-80.
摘要:
由于光纤传感器所具有的特点, 把光纤埋入复合材料内部进行应变测量, 从而监测复合材料的性能改变, 是随着智能复合材料结构的研究而发展起来的一项新技术, 本文用弱波导理论的有关结果研究了光纤在受到力作用时, 光纤应变和其中传输光的位相改变之间的关系, 计算了Corning 光纤在轴向应力作用下的应变-位相灵敏度, 为形成干涉型光纤传感器提供理论基础; 同时给出了单向受力情况下的实验验证, 分析了误差原因。
由于光纤传感器所具有的特点, 把光纤埋入复合材料内部进行应变测量, 从而监测复合材料的性能改变, 是随着智能复合材料结构的研究而发展起来的一项新技术, 本文用弱波导理论的有关结果研究了光纤在受到力作用时, 光纤应变和其中传输光的位相改变之间的关系, 计算了Corning 光纤在轴向应力作用下的应变-位相灵敏度, 为形成干涉型光纤传感器提供理论基础; 同时给出了单向受力情况下的实验验证, 分析了误差原因。
1999, 16(1): 81-86.
摘要:
讨论了面内力和法向一维非稳定温度场同时作用下复合材料层合板的优化设计。以层合板的各层铺设角为设计变量, 层合板的厚度为目标函数进行优化设计。作为算例, 对玻璃纤维缠绕增强塑料压力容器在内压及其内部介质温度突变到稳定温度场全过程逐时刻的不同工况, 进行优化设计。
讨论了面内力和法向一维非稳定温度场同时作用下复合材料层合板的优化设计。以层合板的各层铺设角为设计变量, 层合板的厚度为目标函数进行优化设计。作为算例, 对玻璃纤维缠绕增强塑料压力容器在内压及其内部介质温度突变到稳定温度场全过程逐时刻的不同工况, 进行优化设计。
1999, 16(1): 87-92.
摘要:
利用理论和数值方法研究了形状记忆合金增强复合材料的宏细观力学性; 能预测复合材料的宏观本构列式和弹性基体约束下的形状记忆合金的相变特性。建立了宏观性能参量与细观相变过程的联系。一维变形状态下的数值结果表明智能复合材料仍然具有形状记忆效应和拟弹性特性, 但受到组分材料的性能比、体分比和环境变量等参数的显著影响。
利用理论和数值方法研究了形状记忆合金增强复合材料的宏细观力学性; 能预测复合材料的宏观本构列式和弹性基体约束下的形状记忆合金的相变特性。建立了宏观性能参量与细观相变过程的联系。一维变形状态下的数值结果表明智能复合材料仍然具有形状记忆效应和拟弹性特性, 但受到组分材料的性能比、体分比和环境变量等参数的显著影响。
1999, 16(1): 93-98.
摘要:
Zweben[1]的剪滞假设, 提出一种修正的剪滞分析模型, 研究了层间混杂复合材料低延伸层的断裂、层间界面破坏及高延伸层中部分纤维断裂相互作用所导致的细观应力重分布, 讨论了层间界面破坏对高延伸纤维中的应力集中因子的影响, 为层间混杂叠层复合材料最终拉伸破坏的细观统计分析提供理论依据。
Zweben[1]的剪滞假设, 提出一种修正的剪滞分析模型, 研究了层间混杂复合材料低延伸层的断裂、层间界面破坏及高延伸层中部分纤维断裂相互作用所导致的细观应力重分布, 讨论了层间界面破坏对高延伸纤维中的应力集中因子的影响, 为层间混杂叠层复合材料最终拉伸破坏的细观统计分析提供理论依据。
1999, 16(1): 99-104.
摘要:
采用随机临界核理论, 结合由剪滞模型得出的应力集中分析结果, 对具有层间界面破坏的单向层间混杂叠层复合材料的最终拉伸破坏提出了一种细观统计理论; 导出了计及界面剪切强度效应的强度分布函数和破坏准则; 得到了最终拉伸强度与界面剪切强度的关系。结果表明, 混杂复合材料的最终拉伸强度与界面剪切强度及混杂比存在某种优化匹配关系, 而破坏应变则与现有的实验结果较为接近。
采用随机临界核理论, 结合由剪滞模型得出的应力集中分析结果, 对具有层间界面破坏的单向层间混杂叠层复合材料的最终拉伸破坏提出了一种细观统计理论; 导出了计及界面剪切强度效应的强度分布函数和破坏准则; 得到了最终拉伸强度与界面剪切强度的关系。结果表明, 混杂复合材料的最终拉伸强度与界面剪切强度及混杂比存在某种优化匹配关系, 而破坏应变则与现有的实验结果较为接近。
1999, 16(1): 105-110.
摘要:
结合部分作者的工作, 综述近年国内外对纳米复合陶瓷材料的力学性能及影响因素、纳米颗粒在基质中均匀分散和混合及材料成型工艺、内部结构、强韧化机理等方面的研究结果。
结合部分作者的工作, 综述近年国内外对纳米复合陶瓷材料的力学性能及影响因素、纳米颗粒在基质中均匀分散和混合及材料成型工艺、内部结构、强韧化机理等方面的研究结果。
1999, 16(1): 111-116.
摘要:
使用大功率CO2激光原位直接反应合成TiN /Ti 复合材料, 分析了材料的微观结构、物相组成、成分及显微硬度分布。结果发现: 氮化层是富钛结构的, 由TiN 相和α-Ti 构成, TiN 以枝晶形式在氮化层均匀分布。材料横截面显微硬度连续变化。氮化层的氮化程度随激光作用时间的增加而增加, 辐照的激光能量密度越高, 氮化层的厚度越大。激光功率密度, 激光扫描速度, 氮气喷射压强分别为3. 35×105W·cm-2, 300mm·min-1, 0.35M Pa 时, 材料表面硬度值达到Hv1600, 氮化层的厚度有350Lm。
使用大功率CO2激光原位直接反应合成TiN /Ti 复合材料, 分析了材料的微观结构、物相组成、成分及显微硬度分布。结果发现: 氮化层是富钛结构的, 由TiN 相和α-Ti 构成, TiN 以枝晶形式在氮化层均匀分布。材料横截面显微硬度连续变化。氮化层的氮化程度随激光作用时间的增加而增加, 辐照的激光能量密度越高, 氮化层的厚度越大。激光功率密度, 激光扫描速度, 氮气喷射压强分别为3. 35×105W·cm-2, 300mm·min-1, 0.35M Pa 时, 材料表面硬度值达到Hv1600, 氮化层的厚度有350Lm。
1999, 16(1): 117-124.
摘要:
应用细观力学理论研究颗粒增强复合材料界面损伤问题, 分析颗粒界面局部开裂与均匀开裂同时存在时材料弹性性能的改变, 讨论损伤颗粒形状对材料有效弹性模量的影响。所有分析结果均以显式给出, 以便于研究者参考及工程应用。
应用细观力学理论研究颗粒增强复合材料界面损伤问题, 分析颗粒界面局部开裂与均匀开裂同时存在时材料弹性性能的改变, 讨论损伤颗粒形状对材料有效弹性模量的影响。所有分析结果均以显式给出, 以便于研究者参考及工程应用。
1999, 16(1): 125-130.
摘要:
分析了基底/涂层结构的动态热应力, 并对涂层的厚度进行了优化。采用Fourier 变换法,在L aplace 域内求解了问题的控制微分方程, 然后利用界面连续条件、边界条件以及L ap lace 数值反演, 得出了结构中的动态温度场和热应力场。数值算例表明, 加热速度对结构中的最大热应力、破坏模式以及涂层厚度的优化值都会产生影响。
分析了基底/涂层结构的动态热应力, 并对涂层的厚度进行了优化。采用Fourier 变换法,在L aplace 域内求解了问题的控制微分方程, 然后利用界面连续条件、边界条件以及L ap lace 数值反演, 得出了结构中的动态温度场和热应力场。数值算例表明, 加热速度对结构中的最大热应力、破坏模式以及涂层厚度的优化值都会产生影响。
1999, 16(1): 131-136.
摘要:
树脂传递模塑(RTM ) 工艺越来越成为一种高效的先进纤维增强复合材料的制造方法, 其中RTM 的充模过程是一个很重要的步骤。本文对增强材料各向异性的二维RTM 充模过程进行数值模拟, 并把数值模拟结果和实验结果相比较。
树脂传递模塑(RTM ) 工艺越来越成为一种高效的先进纤维增强复合材料的制造方法, 其中RTM 的充模过程是一个很重要的步骤。本文对增强材料各向异性的二维RTM 充模过程进行数值模拟, 并把数值模拟结果和实验结果相比较。
1999, 16(1): 137-141.
摘要:
由于纤维增强复合材料内部结构固有的复杂性, 目前还没有一种理论和方法能很好地解决带缺陷的复合材料的断裂问题。本文发展了一种宏微观结合模型, 用有限元方法计算复合材料的断裂问题, 得到了一些有意义的结果。
由于纤维增强复合材料内部结构固有的复杂性, 目前还没有一种理论和方法能很好地解决带缺陷的复合材料的断裂问题。本文发展了一种宏微观结合模型, 用有限元方法计算复合材料的断裂问题, 得到了一些有意义的结果。
1999, 16(1): 142-148.
摘要:
论述了Jones-N elson-Morgan 模型的构成原理及其参数的确定方法, 利用这个模型研究了纤维缠绕复合材料的非线性本构关系。推导和建立了纤维缠绕壳体大变形有限元公式和有限元模型。在同时考虑材料非线性和大变形情况下对纤维缠绕壳体内压进行了有限元分析计算, 获得了与实验结果符合较好的理论预报结果。
论述了Jones-N elson-Morgan 模型的构成原理及其参数的确定方法, 利用这个模型研究了纤维缠绕复合材料的非线性本构关系。推导和建立了纤维缠绕壳体大变形有限元公式和有限元模型。在同时考虑材料非线性和大变形情况下对纤维缠绕壳体内压进行了有限元分析计算, 获得了与实验结果符合较好的理论预报结果。
1999, 16(1): 149-158.
摘要:
用基于Mindlin 板理论的有限元方法进行了带脱层损伤的复合材料层板的屈曲载荷分析。为了获得物理上可能的屈曲模态, 即避免上下脱层的相互贯穿, 在接触区域引入一些假想弹簧, 并给出了这些假想弹簧刚度系数的计算公式和接触计算的迭代格式, 通过这些弹簧对原始刚度矩阵进行修正可以有效地求解屈曲载荷特征值分析中的接触问题。数值计算结果表明了本算法的有效性和引入接触分析对这类屈曲分析的重要性。同时, 还对脱层的大小、形状、位置和脱层的纤维铺层方向对屈曲载荷的影响进行了研究。
用基于Mindlin 板理论的有限元方法进行了带脱层损伤的复合材料层板的屈曲载荷分析。为了获得物理上可能的屈曲模态, 即避免上下脱层的相互贯穿, 在接触区域引入一些假想弹簧, 并给出了这些假想弹簧刚度系数的计算公式和接触计算的迭代格式, 通过这些弹簧对原始刚度矩阵进行修正可以有效地求解屈曲载荷特征值分析中的接触问题。数值计算结果表明了本算法的有效性和引入接触分析对这类屈曲分析的重要性。同时, 还对脱层的大小、形状、位置和脱层的纤维铺层方向对屈曲载荷的影响进行了研究。
1999, 16(1): 159-164.
摘要:
选用A g, N i 两块理想金属, 用分子动力学模拟方法研究了以下两种情况下的弯曲过程,进而分析界面对复合材料力学性能的影响: (1) 二者在相距足够远以至于两类原子间无相互作用,不形成界面; (2) 二者迭放一起取向形成界面。通过模拟这两种情况下的静态弛豫和动态弯曲过程, 比较了它们的异同之处。结果表明, 界面的存在对复合材料的力学性能影响很大, 有时甚至起控制作用。
选用A g, N i 两块理想金属, 用分子动力学模拟方法研究了以下两种情况下的弯曲过程,进而分析界面对复合材料力学性能的影响: (1) 二者在相距足够远以至于两类原子间无相互作用,不形成界面; (2) 二者迭放一起取向形成界面。通过模拟这两种情况下的静态弛豫和动态弯曲过程, 比较了它们的异同之处。结果表明, 界面的存在对复合材料的力学性能影响很大, 有时甚至起控制作用。
