2005年 第22卷 第4期
摘要：
为了消除热压成型过程中的气泡, 初步研究了气泡从织物层中穿出的形态变化过程, 从压力的角度分析了气泡穿出的驱动力, 同时探讨了外加压力、树脂粘度、气泡大小、网格面积以及铺层层数等对气泡穿出行为的影响。研究结果表明, 气泡主要随着树脂的流动而从织物中穿出的; 对于同一大小的气泡, 树脂粘度越低、铺层层数越少、网格面积越大, 气泡穿出所需的外加临界压力越小; 当树脂粘度和外加压力一定时, 大气泡比小气泡更容易从织物中穿出。该研究结果为热压成型过程中气泡运动模型的建立提供了实验依据。
为了消除热压成型过程中的气泡, 初步研究了气泡从织物层中穿出的形态变化过程, 从压力的角度分析了气泡穿出的驱动力, 同时探讨了外加压力、树脂粘度、气泡大小、网格面积以及铺层层数等对气泡穿出行为的影响。研究结果表明, 气泡主要随着树脂的流动而从织物中穿出的; 对于同一大小的气泡, 树脂粘度越低、铺层层数越少、网格面积越大, 气泡穿出所需的外加临界压力越小; 当树脂粘度和外加压力一定时, 大气泡比小气泡更容易从织物中穿出。该研究结果为热压成型过程中气泡运动模型的建立提供了实验依据。
摘要：
边缘效应是复合材料液体模塑成型技术(Liquid composites molding , LCM) 中常见的纤维预成型体铺敷缺陷之一。采用单向流动法研究了边缘效应对纤维预成型体渗透率及充模过程的影响, 结合其等效渗透率的理论预测模型对不同纤维体积含量、不同缝隙宽度条件下的边缘效应进行了模拟与分析, 提出了一边缘效应强弱的表征因子, 并以一较复杂的模腔的充模过程为实例提出了对边缘效应的在线监控策略及处理方案。
边缘效应是复合材料液体模塑成型技术(Liquid composites molding , LCM) 中常见的纤维预成型体铺敷缺陷之一。采用单向流动法研究了边缘效应对纤维预成型体渗透率及充模过程的影响, 结合其等效渗透率的理论预测模型对不同纤维体积含量、不同缝隙宽度条件下的边缘效应进行了模拟与分析, 提出了一边缘效应强弱的表征因子, 并以一较复杂的模腔的充模过程为实例提出了对边缘效应的在线监控策略及处理方案。
摘要：
探讨了电子束固化纳米SiO2 / 双酚A 环氧树脂复合材料体系的温度、固化度、固化区域的尺寸和动态力学性能随纳米粒子含量的变化规律, 研究了纳米SiO2 对体系电子束辐射固化特性的影响。结果表明, 随着纳米粒子含量的增加, 体系的放热峰逐渐降低; 少量纳米粒子的加入有助于增大试样固化区域的尺寸、提高固化度、玻璃化转变温度和高温模量; 纳米SiO2 的加入改变了电子束的传播途径, 但其电子束固化生长机制与未加入纳米粒子的纯树脂体系相似。
探讨了电子束固化纳米SiO2 / 双酚A 环氧树脂复合材料体系的温度、固化度、固化区域的尺寸和动态力学性能随纳米粒子含量的变化规律, 研究了纳米SiO2 对体系电子束辐射固化特性的影响。结果表明, 随着纳米粒子含量的增加, 体系的放热峰逐渐降低; 少量纳米粒子的加入有助于增大试样固化区域的尺寸、提高固化度、玻璃化转变温度和高温模量; 纳米SiO2 的加入改变了电子束的传播途径, 但其电子束固化生长机制与未加入纳米粒子的纯树脂体系相似。
摘要：
对空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料进行了准静态压缩实验, 研究了材料的宏观压缩力学性能, 并提出了弹性模量和屈服强度的预测公式。此外, 对压缩试件的断口进行了宏、细观观察, 研究了材料的压缩破坏机理。结果表明, 复合泡沫材料在压缩过程中, 具有普通泡沫材料的应力-应变曲线的典型特征, 在应变为2 %左右时材料发生屈服, 在应变大于30 %后发生破坏。此外, 材料的杨氏模量和强度均随密度的减小而下降, 预测公式给出的结果与实验值基本一致。压缩试件断口的宏、细观观察表明, 复合泡沫材料主要的破坏形式为剪切引起的弹塑性破坏。
对空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料进行了准静态压缩实验, 研究了材料的宏观压缩力学性能, 并提出了弹性模量和屈服强度的预测公式。此外, 对压缩试件的断口进行了宏、细观观察, 研究了材料的压缩破坏机理。结果表明, 复合泡沫材料在压缩过程中, 具有普通泡沫材料的应力-应变曲线的典型特征, 在应变为2 %左右时材料发生屈服, 在应变大于30 %后发生破坏。此外, 材料的杨氏模量和强度均随密度的减小而下降, 预测公式给出的结果与实验值基本一致。压缩试件断口的宏、细观观察表明, 复合泡沫材料主要的破坏形式为剪切引起的弹塑性破坏。
摘要：
利用RTM 模拟仿真系统对风机叶片的RTM 充模过程进行了三维模拟, 以优化其成型工艺方案。通过比较和分析叶片根部线注射和侧面线注射两种注射方式的模拟结果, 确定侧面线注射为最佳注射方式。通过比较8 个侧面注射位置的模拟结果, 优化得到最佳的注射位置、合理的溢料口位置以及选择溢料口的依据。模拟优化的RTM 工艺方案为: 叶片侧边线注射, 注口位置在距根部500 mm 处, 3 个溢料口分布在叶片根部和尖端。实际制造中采用此方案得到了满意的产品, 模拟优化RTM 工艺大大降低了复合材料构件的制造成本, 为其他类似构件的合理制备和优化设计提供了参考依据。
利用RTM 模拟仿真系统对风机叶片的RTM 充模过程进行了三维模拟, 以优化其成型工艺方案。通过比较和分析叶片根部线注射和侧面线注射两种注射方式的模拟结果, 确定侧面线注射为最佳注射方式。通过比较8 个侧面注射位置的模拟结果, 优化得到最佳的注射位置、合理的溢料口位置以及选择溢料口的依据。模拟优化的RTM 工艺方案为: 叶片侧边线注射, 注口位置在距根部500 mm 处, 3 个溢料口分布在叶片根部和尖端。实际制造中采用此方案得到了满意的产品, 模拟优化RTM 工艺大大降低了复合材料构件的制造成本, 为其他类似构件的合理制备和优化设计提供了参考依据。
摘要：
以3 , 3’- 4 , 4’- 二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA) 、4 , 4’- 二胺基二苯醚(ODA) 和三氟乙酰丙酮银(AgTFA) 为主要原料, 采用原位一步自金属化法制备了银含量为9 %～15 %的聚酰亚胺( PI) / 银(Ag) 复合膜, 探讨了影响薄膜性能的各种因素, 得到了同时具有高导电(表面电阻～1Ω) 、高反射率(绝对反射率为65.3 %) 的PI/ Ag 薄膜。并通过透射电镜( TEM) 研究了薄膜热处理过程与亚微相态之间的关系, 定量探讨了反射率与固化时间之间的动力学方程。
以3 , 3’- 4 , 4’- 二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA) 、4 , 4’- 二胺基二苯醚(ODA) 和三氟乙酰丙酮银(AgTFA) 为主要原料, 采用原位一步自金属化法制备了银含量为9 %～15 %的聚酰亚胺( PI) / 银(Ag) 复合膜, 探讨了影响薄膜性能的各种因素, 得到了同时具有高导电(表面电阻～1Ω) 、高反射率(绝对反射率为65.3 %) 的PI/ Ag 薄膜。并通过透射电镜( TEM) 研究了薄膜热处理过程与亚微相态之间的关系, 定量探讨了反射率与固化时间之间的动力学方程。
摘要：
对先驱体硅树脂高温转化陶瓷接头连接Cf / SiC 复合材料进行了研究。探讨了硅树脂固化裂解过程、惰性及活性填料对连接性能的影响。研究表明, 硅树脂的交联固化主要通过消耗Si —OH 来完成。适当加入惰性填料SiC(5 % ,质量分数) 或活性填料(纳米Al 、Si 粉) 可以大幅度提高硅树脂对Cf / SiC 复合材料的连接性能。
对先驱体硅树脂高温转化陶瓷接头连接Cf / SiC 复合材料进行了研究。探讨了硅树脂固化裂解过程、惰性及活性填料对连接性能的影响。研究表明, 硅树脂的交联固化主要通过消耗Si —OH 来完成。适当加入惰性填料SiC(5 % ,质量分数) 或活性填料(纳米Al 、Si 粉) 可以大幅度提高硅树脂对Cf / SiC 复合材料的连接性能。
摘要：
对碳纤维水泥基复合材料的压敏特性进行了实验研究。结果发现, 在含水量不同的情况下, 碳纤维水泥基复合材料分别具有正、负两种压敏特性。含水量较高时, 碳纤维水泥基材料的电阻相对变化率随应力的增大而增大, 随应力的减小而减小, 表现出正压敏性。而含水量较低时, 电阻相对变化率随应力的增大而单调减小,随应力的减小而单调增大, 表现出负压敏性, 进而提出了一种双效应机理, 并对这一物理现象进行了合理解释。
对碳纤维水泥基复合材料的压敏特性进行了实验研究。结果发现, 在含水量不同的情况下, 碳纤维水泥基复合材料分别具有正、负两种压敏特性。含水量较高时, 碳纤维水泥基材料的电阻相对变化率随应力的增大而增大, 随应力的减小而减小, 表现出正压敏性。而含水量较低时, 电阻相对变化率随应力的增大而单调减小,随应力的减小而单调增大, 表现出负压敏性, 进而提出了一种双效应机理, 并对这一物理现象进行了合理解释。
摘要：
采用多元耦合物理场CVI 工艺, 用炭毡作为增强体, 在增强体中设计导电层, 产生温度场和电磁场梯度, 在自行设计的CVI 炉中增密C/ C 复合材料, 对温度、系统压力和气体流量等工艺进行了优化; 采用偏光显微镜研究了热解炭的显微结构; 用X射线衍射研究了材料的石墨化度; 探讨了本工艺中的有内热源和无内热源的二元传热机制, 多元耦合物理场的有机耦合对“消耗传质”的抑制作用, 以及电磁场对沉积的影响和3 种典型的生长模型。研究表明, 多元耦合物理场CVI 增密速度快, 初始密度为0.2 g/ cm3 , 尺寸为260 mm ×60 mm ×20 mm 的增强体, 在920 ℃、4 kPa 条件下沉积20 h , 试样可增密到1.71 g/ cm3 ; 可获得粗糙层结构(RL) 、光滑层结构(SL) 、带状结构(Banded st ructure) 等热解炭的结构, 在960 ℃、0.1 kPa 条件下可获得较高织构的粗糙层结构。
采用多元耦合物理场CVI 工艺, 用炭毡作为增强体, 在增强体中设计导电层, 产生温度场和电磁场梯度, 在自行设计的CVI 炉中增密C/ C 复合材料, 对温度、系统压力和气体流量等工艺进行了优化; 采用偏光显微镜研究了热解炭的显微结构; 用X射线衍射研究了材料的石墨化度; 探讨了本工艺中的有内热源和无内热源的二元传热机制, 多元耦合物理场的有机耦合对“消耗传质”的抑制作用, 以及电磁场对沉积的影响和3 种典型的生长模型。研究表明, 多元耦合物理场CVI 增密速度快, 初始密度为0.2 g/ cm3 , 尺寸为260 mm ×60 mm ×20 mm 的增强体, 在920 ℃、4 kPa 条件下沉积20 h , 试样可增密到1.71 g/ cm3 ; 可获得粗糙层结构(RL) 、光滑层结构(SL) 、带状结构(Banded st ructure) 等热解炭的结构, 在960 ℃、0.1 kPa 条件下可获得较高织构的粗糙层结构。
摘要：
将真空常压烧结方法制得的Cr3C2-Ni2Al 复合焊丝堆焊于碳钢表面。分析表明, 在堆焊过程中, 利用氩弧物理热和Ni-Al 反应热, Ni 与Al 化合反应生成Ni3Al 金属间化合物, Cr3C2 则发生分解, 除少部分[ C]与[Cr ]固溶于Ni3Al 基体中外, 大部分反应析出更稳定的Cr7C3 相, 其尺寸取决于堆焊层中不同区域的冷却环境,较为均匀地分布于Ni3Al 基体中。由于Cr 在Ni3Al 中的固溶度远大于C , 加之Cr3C2 转化为Cr7C3 也造成部分富余的C , 结果造成在该Ni3Al 表面强化材料焊层中形成石墨相, 其密度轻、熔点高, 主要偏聚于焊层表层。Cr7C3 / Ni3Al 复合材料的室温、高温硬度远高于传统高温耐磨材料Stellite 合金, 该材料有望成为一种新型的高温耐磨表面强化材料。
将真空常压烧结方法制得的Cr3C2-Ni2Al 复合焊丝堆焊于碳钢表面。分析表明, 在堆焊过程中, 利用氩弧物理热和Ni-Al 反应热, Ni 与Al 化合反应生成Ni3Al 金属间化合物, Cr3C2 则发生分解, 除少部分[ C]与[Cr ]固溶于Ni3Al 基体中外, 大部分反应析出更稳定的Cr7C3 相, 其尺寸取决于堆焊层中不同区域的冷却环境,较为均匀地分布于Ni3Al 基体中。由于Cr 在Ni3Al 中的固溶度远大于C , 加之Cr3C2 转化为Cr7C3 也造成部分富余的C , 结果造成在该Ni3Al 表面强化材料焊层中形成石墨相, 其密度轻、熔点高, 主要偏聚于焊层表层。Cr7C3 / Ni3Al 复合材料的室温、高温硬度远高于传统高温耐磨材料Stellite 合金, 该材料有望成为一种新型的高温耐磨表面强化材料。
摘要：
利用数值模拟方法研究了在冲击载荷作用下组份成分对称分布的功能梯度板的动态响应。梯度板材料为陶瓷颗粒增强的铝基复合材料(MMC) 。增强相体积分数随厚度服从指数定律连续分布, 在对称分布条件下增强相体积分数分别在梯度板的前后表面达到最大值。结果显示, 在这种功能梯度装甲板中, 应力波的传播非常复杂, 弹性和粘塑性波耦合在一起, 反射拉伸波和卸载波的大小依赖于组份成分沿厚度的分布; 等效塑性应变的幅值、动能、弹性应变能及耗散能随时间的变化规律与功能梯度材料组份成分沿厚度的变化密切相关。这些因素对强冲击载荷作用下功能梯度板的优化设计非常重要。
利用数值模拟方法研究了在冲击载荷作用下组份成分对称分布的功能梯度板的动态响应。梯度板材料为陶瓷颗粒增强的铝基复合材料(MMC) 。增强相体积分数随厚度服从指数定律连续分布, 在对称分布条件下增强相体积分数分别在梯度板的前后表面达到最大值。结果显示, 在这种功能梯度装甲板中, 应力波的传播非常复杂, 弹性和粘塑性波耦合在一起, 反射拉伸波和卸载波的大小依赖于组份成分沿厚度的分布; 等效塑性应变的幅值、动能、弹性应变能及耗散能随时间的变化规律与功能梯度材料组份成分沿厚度的变化密切相关。这些因素对强冲击载荷作用下功能梯度板的优化设计非常重要。
摘要：
研究了SiCP / Ni 纳米复合材料的超塑性。SiCP / Ni 采用脉冲电沉积方法获得。拉伸实验温度为410 ℃和450 ℃, 应变速率范围为8.3 ×10 -4～ 5 ×10 -2 s -1 。温度为450 ℃、应变速率为1.67 ×10 -2 s-1时, 获得的最大延伸率为836 %。采用SEM、TEM 分析了沉积态材料的表面形貌、断口形貌及变形后的组织, 并对变形机理进行了探讨。通过SiC 颗粒稳定基体组织有利于实现材料的超塑性, 低空洞体积分数有助于获得大延伸率。晶粒长大到微米尺度时, 变形机制主要是位错协调的晶界滑移和位错滑移塑性。
研究了SiCP / Ni 纳米复合材料的超塑性。SiCP / Ni 采用脉冲电沉积方法获得。拉伸实验温度为410 ℃和450 ℃, 应变速率范围为8.3 ×10 -4～ 5 ×10 -2 s -1 。温度为450 ℃、应变速率为1.67 ×10 -2 s-1时, 获得的最大延伸率为836 %。采用SEM、TEM 分析了沉积态材料的表面形貌、断口形貌及变形后的组织, 并对变形机理进行了探讨。通过SiC 颗粒稳定基体组织有利于实现材料的超塑性, 低空洞体积分数有助于获得大延伸率。晶粒长大到微米尺度时, 变形机制主要是位错协调的晶界滑移和位错滑移塑性。
摘要：
运用座滴法研究了( Ti , Me) (C , N) / Ni 体系的润湿性;运用经验电子理论( EET 理论) 计算了多元陶瓷相的价电子结构(VES) , 建立了陶瓷相化学成分与价电子结构的关系, 并建立了价电子结构与接触角的回归关系式。结果表明, 提高温度、延长保温时间均使体系接触角减小; 碳化物的添加使体系接触角进一步减小,碳化物改善润湿性能力的大小依次为: Mo2C > TaC > WC > VC > NbC。不同碳化物的添加均能导致最强键上共价电子数nA 增加, 其中添加VC 的影响最为明显, 依次为VC > Mo2C > NbC > WC > TaC。
运用座滴法研究了( Ti , Me) (C , N) / Ni 体系的润湿性;运用经验电子理论( EET 理论) 计算了多元陶瓷相的价电子结构(VES) , 建立了陶瓷相化学成分与价电子结构的关系, 并建立了价电子结构与接触角的回归关系式。结果表明, 提高温度、延长保温时间均使体系接触角减小; 碳化物的添加使体系接触角进一步减小,碳化物改善润湿性能力的大小依次为: Mo2C > TaC > WC > VC > NbC。不同碳化物的添加均能导致最强键上共价电子数nA 增加, 其中添加VC 的影响最为明显, 依次为VC > Mo2C > NbC > WC > TaC。
摘要：
通过拉伸、压缩实验, 从宏观上研究了平纹编织C/ SiC 复合材料在简单载荷作用下模量、残余应变及泊松比的变化。通过断口观察, 分析了材料在面内拉、压载荷作用下的损伤与失效模式。实验结果表明, 拉伸载荷作用下, 材料在低应力就开始损伤。0°纤维束表面基体开裂和层间裂纹是主要损伤形式。损伤后, 随着应力增加, 拉伸卸载模量、泊松比线性减小, 残余应变增加; 压缩应力-应变基本呈直线关系, 模量、泊松比基本不变。拉伸破坏表现为韧性断裂, 断裂机理为分层后0°纤维束的断裂、携带90°纤维束拔出; 压缩破坏形成一个与加载方向成13°的断裂平面, 破坏机理为层间裂纹、0°/ 90°纤维束之间裂纹和90°纤维束内裂纹的产生和迅速扩展、最后0°纤维束剪切断裂。
通过拉伸、压缩实验, 从宏观上研究了平纹编织C/ SiC 复合材料在简单载荷作用下模量、残余应变及泊松比的变化。通过断口观察, 分析了材料在面内拉、压载荷作用下的损伤与失效模式。实验结果表明, 拉伸载荷作用下, 材料在低应力就开始损伤。0°纤维束表面基体开裂和层间裂纹是主要损伤形式。损伤后, 随着应力增加, 拉伸卸载模量、泊松比线性减小, 残余应变增加; 压缩应力-应变基本呈直线关系, 模量、泊松比基本不变。拉伸破坏表现为韧性断裂, 断裂机理为分层后0°纤维束的断裂、携带90°纤维束拔出; 压缩破坏形成一个与加载方向成13°的断裂平面, 破坏机理为层间裂纹、0°/ 90°纤维束之间裂纹和90°纤维束内裂纹的产生和迅速扩展、最后0°纤维束剪切断裂。
摘要：
采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B2O3 + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB2 / Al2O3 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB2 和Al2O3 为主要存在形式, ZrB2 和Al2O3 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB2 和Al2O3 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB2 的结晶过程有关。
采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B2O3 + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB2 / Al2O3 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB2 和Al2O3 为主要存在形式, ZrB2 和Al2O3 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB2 和Al2O3 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB2 的结晶过程有关。
摘要：
采用新颖的纳米掺杂工艺成功制备了BaTiO3 基MLCC 超细抗还原瓷料。TG-DTA、XRD、TEM 分析表明, 通过水基溶胶-凝胶法合成了高分散、高活性的纳米掺杂剂, 平均粒度约40.2 nm。根据传统工艺与纳米掺杂工艺的比较, 对纳米掺杂机理进行了研究。实验发现, 由于纳米粉体的特殊效应, 纳米掺杂工艺能更有效地提高掺杂原子的取代改性作用, 从而更显著地改善瓷料的微观结构和宏观介电性能。样品经测试符合EIAX7R/ X8R 标准, 其介电常数K25 ℃ > 2800 、介质损耗tanδ< 110 %、绝缘电阻率I R = 10.2 Ω ·cm、平均晶粒尺寸Gav≈0.3μm。
采用新颖的纳米掺杂工艺成功制备了BaTiO3 基MLCC 超细抗还原瓷料。TG-DTA、XRD、TEM 分析表明, 通过水基溶胶-凝胶法合成了高分散、高活性的纳米掺杂剂, 平均粒度约40.2 nm。根据传统工艺与纳米掺杂工艺的比较, 对纳米掺杂机理进行了研究。实验发现, 由于纳米粉体的特殊效应, 纳米掺杂工艺能更有效地提高掺杂原子的取代改性作用, 从而更显著地改善瓷料的微观结构和宏观介电性能。样品经测试符合EIAX7R/ X8R 标准, 其介电常数K25 ℃ > 2800 、介质损耗tanδ< 110 %、绝缘电阻率I R = 10.2 Ω ·cm、平均晶粒尺寸Gav≈0.3μm。
摘要：
借助动态机械分析仪(DMA Q800) 考察了两种粘接层材料和两个位置的不同粘接层厚度对7 层各向异性交替层合阻尼结构内耗特性的影响。结果表明, 在低于阻尼层材料玻璃化转变温度附近, 用压敏胶做粘接层材料, 其结构内耗的温度特性优于用环氧树脂; 在不同位置不同厚度对结构内耗的温频特性的影响不同, 结构内耗的频率特性与粘接层材料及其厚度密切相关, 刮涂越薄, 结构内耗的温度特性越好。
借助动态机械分析仪(DMA Q800) 考察了两种粘接层材料和两个位置的不同粘接层厚度对7 层各向异性交替层合阻尼结构内耗特性的影响。结果表明, 在低于阻尼层材料玻璃化转变温度附近, 用压敏胶做粘接层材料, 其结构内耗的温度特性优于用环氧树脂; 在不同位置不同厚度对结构内耗的温频特性的影响不同, 结构内耗的频率特性与粘接层材料及其厚度密切相关, 刮涂越薄, 结构内耗的温度特性越好。
摘要：
采用具有粒子动态混合密实功能的SPACE 系统, 实现了高集料体积分数模型砂浆结构的生成。从而, 以3 种细集料粒径分布的模型砂浆(其中一种的粒径范围为0.125～1.34 mm , 另外两种的粒径范围为0.25～5.00 mm) 结构为例, 研究了集料细度和集料体积分数(φ= 40 %～70 %) 对邻近集料表面最近间距分布的影响。结果表明, 集料细度增加和集料体积分数增大都会使大尺度邻近集料表面最近间距出现的概率减小、小尺度邻近集料表面最近间距出现的概率增加, 且峰值概率的位置向小间距方向偏移。另外, 邻近集料表面最近间距的分区段累计概率结果分析表明, 3 种模型砂浆结构的邻近集料表面最近间距分布的57 %以上小于10μm。最后, 邻近集料表面最近间距的平均值的分析结果显示, 当集料体积分数在40 %～70 %之间变化时, 邻近集料表面最近间距的平均值在54.6～1.1μm 之间变化; 当砂浆中集料的体积分数在50 %～70 %之间变化时, 邻近集料表面最近间距的平均值与集料的体积分数基本上呈线性关系; 单位砂浆体积下集料的表面积的变化对邻近集料表面最近间距的平均值有影响, 但二者之间的比值并非常数。
采用具有粒子动态混合密实功能的SPACE 系统, 实现了高集料体积分数模型砂浆结构的生成。从而, 以3 种细集料粒径分布的模型砂浆(其中一种的粒径范围为0.125～1.34 mm , 另外两种的粒径范围为0.25～5.00 mm) 结构为例, 研究了集料细度和集料体积分数(φ= 40 %～70 %) 对邻近集料表面最近间距分布的影响。结果表明, 集料细度增加和集料体积分数增大都会使大尺度邻近集料表面最近间距出现的概率减小、小尺度邻近集料表面最近间距出现的概率增加, 且峰值概率的位置向小间距方向偏移。另外, 邻近集料表面最近间距的分区段累计概率结果分析表明, 3 种模型砂浆结构的邻近集料表面最近间距分布的57 %以上小于10μm。最后, 邻近集料表面最近间距的平均值的分析结果显示, 当集料体积分数在40 %～70 %之间变化时, 邻近集料表面最近间距的平均值在54.6～1.1μm 之间变化; 当砂浆中集料的体积分数在50 %～70 %之间变化时, 邻近集料表面最近间距的平均值与集料的体积分数基本上呈线性关系; 单位砂浆体积下集料的表面积的变化对邻近集料表面最近间距的平均值有影响, 但二者之间的比值并非常数。
摘要：
针对T300 帘子布/ Q Y9512 缝纫含孔板的面内拉伸性能, 进行了实验研究, 并考虑到缝纫对含孔层合板面内性能的影响建立了有限元分析模型。结果表明, 该模型能有效地分析缝纫含孔板的拉伸性能, 缝纫后含孔板拉伸强度没有变化或略有提高, 而缝纫方向对孔板的拉伸强度无明显影响。
针对T300 帘子布/ Q Y9512 缝纫含孔板的面内拉伸性能, 进行了实验研究, 并考虑到缝纫对含孔层合板面内性能的影响建立了有限元分析模型。结果表明, 该模型能有效地分析缝纫含孔板的拉伸性能, 缝纫后含孔板拉伸强度没有变化或略有提高, 而缝纫方向对孔板的拉伸强度无明显影响。
摘要：
分别基于平面应力型全弹性模型和三维数值模型建立了计算复合材料飞轮破坏转速的二维和三维算法。这两个算法均采用了正交各向异性材料的最大拉应力(材料主方向) 准则, 其中三维算法还采用了两种强度判据, 即基于轴向大部分区域每层应力的平均值判据和轴向边界区域每层应力的最大值判据。对张紧力缠绕的3个实验复合材料飞轮成功实施了高速旋转破坏实验, 破坏均发生在径向强度最弱的飞轮与金属芯轴的界面处。实验结果表明, 飞轮的实际破坏转速与理论破坏转速十分接近, 证实本文中建立的二维和三维算法是可靠的;二维算法得到的理论破坏转速偏高, 而飞轮的实际破坏转速落在三维算法分别按最大值判据和平均值判据得到的两个理论破坏转速之间, 说明三维算法的精度更高。
分别基于平面应力型全弹性模型和三维数值模型建立了计算复合材料飞轮破坏转速的二维和三维算法。这两个算法均采用了正交各向异性材料的最大拉应力(材料主方向) 准则, 其中三维算法还采用了两种强度判据, 即基于轴向大部分区域每层应力的平均值判据和轴向边界区域每层应力的最大值判据。对张紧力缠绕的3个实验复合材料飞轮成功实施了高速旋转破坏实验, 破坏均发生在径向强度最弱的飞轮与金属芯轴的界面处。实验结果表明, 飞轮的实际破坏转速与理论破坏转速十分接近, 证实本文中建立的二维和三维算法是可靠的;二维算法得到的理论破坏转速偏高, 而飞轮的实际破坏转速落在三维算法分别按最大值判据和平均值判据得到的两个理论破坏转速之间, 说明三维算法的精度更高。
摘要：
基于固化反应动力学、热传导和复合材料层合理论, 采用了有限元分析方法, 对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中的温度和热应力分布及其变化规律进行了数值模拟。通过一典型容器数值分析, 表明在固化工艺过程中, 中容器内部的所有应力分量具有同时达到峰值的特征, 其中应力分量的峰值出现在固化降温阶段的初期。提出了数值模拟的方法和分析结论对复合材料结构设计师和工艺师合理制订金属内衬复合材料纤维缠绕容器的工艺标准具有一定的参考价值。
基于固化反应动力学、热传导和复合材料层合理论, 采用了有限元分析方法, 对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中的温度和热应力分布及其变化规律进行了数值模拟。通过一典型容器数值分析, 表明在固化工艺过程中, 中容器内部的所有应力分量具有同时达到峰值的特征, 其中应力分量的峰值出现在固化降温阶段的初期。提出了数值模拟的方法和分析结论对复合材料结构设计师和工艺师合理制订金属内衬复合材料纤维缠绕容器的工艺标准具有一定的参考价值。
摘要：
提出了一种高体积含量颗粒增强复合材料的细观力学模型。该模型将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球, 两颗粒之间的粘接材料(基体) 简化为连接颗粒的一段圆柱体, 假设了圆柱形基体中的细观位移分布形式, 在此基础上分析了一对颗粒之间弹性的细观应力场和细观弹性系数, 将颗粒对的细观弹性系数在空间各个方向上平均, 得到材料的宏观弹性常数, 并建立了宏、细观分析之间的联系。最后用本模型分析了一种实际材料(两种体积含量) , 弹性常数的预测与实验吻合良好, 研究还发现颗粒的空间分布方式对材料宏观弹性常数的影响不大, 而对细观应力的影响显著。
提出了一种高体积含量颗粒增强复合材料的细观力学模型。该模型将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球, 两颗粒之间的粘接材料(基体) 简化为连接颗粒的一段圆柱体, 假设了圆柱形基体中的细观位移分布形式, 在此基础上分析了一对颗粒之间弹性的细观应力场和细观弹性系数, 将颗粒对的细观弹性系数在空间各个方向上平均, 得到材料的宏观弹性常数, 并建立了宏、细观分析之间的联系。最后用本模型分析了一种实际材料(两种体积含量) , 弹性常数的预测与实验吻合良好, 研究还发现颗粒的空间分布方式对材料宏观弹性常数的影响不大, 而对细观应力的影响显著。
摘要：
在高体积含量颗粒增强复合材料细观弹性分析的基础上, 引入了细观塑性和细观损伤模型: 基体用服从Von Mises 屈服准则的理想弹塑性材料模拟, 用沿圆柱形基体轴线方向的平均应力(即对称面上的应力) 来判断基体的屈服, 并将基体的塑性部分简化为圆柱状轴对称区域。建立了基体和颗粒/ 基体界面统一的损伤准则, 该准则同时考虑了最大应变和三轴应力的影响, 通过对细观塑性和细观损伤在空间取向上的平均, 建立了材料宏观模量的折减法则。用该细观力学模型, 数值模拟了一种实际金属基复合材料的强度实验, 理论模型与实验结果吻合。
在高体积含量颗粒增强复合材料细观弹性分析的基础上, 引入了细观塑性和细观损伤模型: 基体用服从Von Mises 屈服准则的理想弹塑性材料模拟, 用沿圆柱形基体轴线方向的平均应力(即对称面上的应力) 来判断基体的屈服, 并将基体的塑性部分简化为圆柱状轴对称区域。建立了基体和颗粒/ 基体界面统一的损伤准则, 该准则同时考虑了最大应变和三轴应力的影响, 通过对细观塑性和细观损伤在空间取向上的平均, 建立了材料宏观模量的折减法则。用该细观力学模型, 数值模拟了一种实际金属基复合材料的强度实验, 理论模型与实验结果吻合。
摘要：
采用有限元数值模拟方法, 研究了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板结构(AGS) 的稳定性问题。对蒙皮和肋骨分别采用基于Mindlin 一阶剪切理论的复合材料层合板单元和层合梁单元来模拟, 推导了相应的有限元列式, 并通过坐标变换, 利用蒙皮与肋骨的几何连续条件, 形成了AGS 的单元刚度阵和几何刚度阵, 建立了含损伤AGS 稳定性分析的有限元控制方程。通过典型算例, 研究了压缩载荷作用下, 分层形状、分层大小、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式等因素对AGS 的稳定性特征的影响。数值结果表明, 含分层损伤的AGS 具有十分复杂的屈曲性态。屈曲临界力和屈曲模式与分层面积、分层形状、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式和位置均密切相关。
采用有限元数值模拟方法, 研究了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板结构(AGS) 的稳定性问题。对蒙皮和肋骨分别采用基于Mindlin 一阶剪切理论的复合材料层合板单元和层合梁单元来模拟, 推导了相应的有限元列式, 并通过坐标变换, 利用蒙皮与肋骨的几何连续条件, 形成了AGS 的单元刚度阵和几何刚度阵, 建立了含损伤AGS 稳定性分析的有限元控制方程。通过典型算例, 研究了压缩载荷作用下, 分层形状、分层大小、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式等因素对AGS 的稳定性特征的影响。数值结果表明, 含分层损伤的AGS 具有十分复杂的屈曲性态。屈曲临界力和屈曲模式与分层面积、分层形状、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式和位置均密切相关。
摘要：
利用CCD 摄像机和专用A/ D 板采集的碳纤维织物增强的复合材料层合板截面图像检测碳纤维机织物增强复合材料的纤维体积含量。按照测定纤维体积含量的原理, 设计了几何法和阀值法的测试步骤。用Photo-shop 软件对所采集的图像进行数据处理分析, 获得了层合板的纤维体积含量值。对比分析表明, 检测结果与所采用复合材料的纤维体积含量标准值相符合。可以认为利用界面图像测定纤维体积含量的方法是可行的。
利用CCD 摄像机和专用A/ D 板采集的碳纤维织物增强的复合材料层合板截面图像检测碳纤维机织物增强复合材料的纤维体积含量。按照测定纤维体积含量的原理, 设计了几何法和阀值法的测试步骤。用Photo-shop 软件对所采集的图像进行数据处理分析, 获得了层合板的纤维体积含量值。对比分析表明, 检测结果与所采用复合材料的纤维体积含量标准值相符合。可以认为利用界面图像测定纤维体积含量的方法是可行的。
摘要：
利用平面应力型全弹性模型的思想(即将纤维束张紧力缠绕看成多层复合材料薄环连续过盈装配的过程) , 建立了三维纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力分析模型, 并给出了基于面-面接触算法求解张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值方法。算例分析表明, 三维数值分析得到的飞轮的环向初应力及径向初始压应力(数值) 均略低于平面应力模型的结果, 且这种差距随着飞轮轴向长度的增加而缓慢增大; 三维分析证实了平面应力模型关于张紧力缠绕复合材料飞轮的初应力分析有足够的精度。最后给出了三维模型轴向效应的表征方法。
利用平面应力型全弹性模型的思想(即将纤维束张紧力缠绕看成多层复合材料薄环连续过盈装配的过程) , 建立了三维纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力分析模型, 并给出了基于面-面接触算法求解张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值方法。算例分析表明, 三维数值分析得到的飞轮的环向初应力及径向初始压应力(数值) 均略低于平面应力模型的结果, 且这种差距随着飞轮轴向长度的增加而缓慢增大; 三维分析证实了平面应力模型关于张紧力缠绕复合材料飞轮的初应力分析有足够的精度。最后给出了三维模型轴向效应的表征方法。
摘要：
为了建立统一的碳纤维(CFRP) 布加固钢筋混凝土(RC) 柱的抗震性能的评价手段, 基于二维有限元分析研究探讨分析模型; 对3 个CFRP 布加固RC 柱进行了2D-FEA 参数模拟分析, 考察了现存的裂缝模型、材料本构关系、混凝土的压缩模型对分析结果的影响。通过分析比较得出, 混凝土使用Darwin-Pecknold 的等价一轴应变模型能很好地模拟CFRP 布加固的RC 柱的非线性特性及其强度; 而且修正Kent-Park 模型能够较好地模拟箍筋、CFRP 布对混凝土的横向约束作用, 同时Darwin 的破坏准则可以较好地评价二轴应力下混凝土的破坏过程。通过考察CFRP 布加固的RC 柱的荷载-变形关系、柱子反弯点和柱脚处混凝土、钢筋和CFRP 的应力-应变的发展, 进一步证实了CFRP 布对RC 柱的抗震加固十分有效。
为了建立统一的碳纤维(CFRP) 布加固钢筋混凝土(RC) 柱的抗震性能的评价手段, 基于二维有限元分析研究探讨分析模型; 对3 个CFRP 布加固RC 柱进行了2D-FEA 参数模拟分析, 考察了现存的裂缝模型、材料本构关系、混凝土的压缩模型对分析结果的影响。通过分析比较得出, 混凝土使用Darwin-Pecknold 的等价一轴应变模型能很好地模拟CFRP 布加固的RC 柱的非线性特性及其强度; 而且修正Kent-Park 模型能够较好地模拟箍筋、CFRP 布对混凝土的横向约束作用, 同时Darwin 的破坏准则可以较好地评价二轴应力下混凝土的破坏过程。通过考察CFRP 布加固的RC 柱的荷载-变形关系、柱子反弯点和柱脚处混凝土、钢筋和CFRP 的应力-应变的发展, 进一步证实了CFRP 布对RC 柱的抗震加固十分有效。
摘要：
基于剪滞理论, 建立了一种计及界面损伤的分层剪滞模型, 分析了含割口的正交叠层板在拉伸荷载作用下的应力重新分布问题, 据此可求得界面损伤区长度和割口前缘完整纤维的应力集中因子。在此基础上,采用细观统计破坏理论, 研究了割口正交叠层板的拉伸破坏机理和强度, 定量获得了残余拉伸强度与界面剪切强度的关系, 所得结果与现有实验吻合较好。结果表明, 应力集中和强度与割口长度及界面剪切强度有关; 适宜的界面黏结, 具有较高的残余拉伸强度。
基于剪滞理论, 建立了一种计及界面损伤的分层剪滞模型, 分析了含割口的正交叠层板在拉伸荷载作用下的应力重新分布问题, 据此可求得界面损伤区长度和割口前缘完整纤维的应力集中因子。在此基础上,采用细观统计破坏理论, 研究了割口正交叠层板的拉伸破坏机理和强度, 定量获得了残余拉伸强度与界面剪切强度的关系, 所得结果与现有实验吻合较好。结果表明, 应力集中和强度与割口长度及界面剪切强度有关; 适宜的界面黏结, 具有较高的残余拉伸强度。
摘要：
研究了三维编织复合材料的疲劳性能和编织结构对疲劳性能的影响。进行了应力比为011 、实验频率为10 Hz 的拉2拉疲劳性能测试。结果表明, 三维编织复合材料的疲劳强度约为其抗拉强度的60 %～80 % , 比金属材料的疲劳强度的相对值高。编织角是影响三维编织结构复合材料疲劳性能的一个主要因素。随着编织角的增大, 疲劳过程中易出现各种损伤, 而且伴随明显的升温现象。编织角大的试件在疲劳实验过程中模量变化明显, 并且呈现逐渐升高的趋势, 这与金属材料的双模量变化规律不同。在疲劳次数为100 万次后, 试件的剩余强度高于静载拉伸强度, 这主要是由于在疲劳测试过程中, 试件内编织纱线的取向更接近受力方向所致。
研究了三维编织复合材料的疲劳性能和编织结构对疲劳性能的影响。进行了应力比为011 、实验频率为10 Hz 的拉2拉疲劳性能测试。结果表明, 三维编织复合材料的疲劳强度约为其抗拉强度的60 %～80 % , 比金属材料的疲劳强度的相对值高。编织角是影响三维编织结构复合材料疲劳性能的一个主要因素。随着编织角的增大, 疲劳过程中易出现各种损伤, 而且伴随明显的升温现象。编织角大的试件在疲劳实验过程中模量变化明显, 并且呈现逐渐升高的趋势, 这与金属材料的双模量变化规律不同。在疲劳次数为100 万次后, 试件的剩余强度高于静载拉伸强度, 这主要是由于在疲劳测试过程中, 试件内编织纱线的取向更接近受力方向所致。
摘要：
基于二维有限元模型, 对复合材料层合板螺栓连接的破坏失效问题利用刚度降低的方法来模拟损伤演化过程。在ABAQUS 有限元软件中加入损伤子程序对螺栓连接强度和失效模式进行数值计算。计算结果表明, 该方法能够较好地反映和符合实验结果。对计算结果分析发现, 对于正交铺层, 剪切非线性不明显, 非线性和线性分析得到的计算结果差别比较小; 而对于角铺层, 剪切效应比较显著, 非线性和线性分析两种计算结果差别很大, 而且非线性分析比较适合于角铺层层合板的计算。配合间隙的大小对挤压强度会产生很大的影响, 随着配合间隙的增大, 连接强度大大降低。对于不同的配合间隙, 出现严重损伤的位置不同。间隙小时, 在远离螺栓孔中心线处损伤最大; 间隙大时, 损伤在靠近螺栓孔中心线位置最为严重; 间隙越大, 损伤峰值越高。
基于二维有限元模型, 对复合材料层合板螺栓连接的破坏失效问题利用刚度降低的方法来模拟损伤演化过程。在ABAQUS 有限元软件中加入损伤子程序对螺栓连接强度和失效模式进行数值计算。计算结果表明, 该方法能够较好地反映和符合实验结果。对计算结果分析发现, 对于正交铺层, 剪切非线性不明显, 非线性和线性分析得到的计算结果差别比较小; 而对于角铺层, 剪切效应比较显著, 非线性和线性分析两种计算结果差别很大, 而且非线性分析比较适合于角铺层层合板的计算。配合间隙的大小对挤压强度会产生很大的影响, 随着配合间隙的增大, 连接强度大大降低。对于不同的配合间隙, 出现严重损伤的位置不同。间隙小时, 在远离螺栓孔中心线处损伤最大; 间隙大时, 损伤在靠近螺栓孔中心线位置最为严重; 间隙越大, 损伤峰值越高。
摘要：
以经、纬纱为直线, 捆绑纱为正弦和直线组合的曲线, 建立了三维正交机织物的几何结构模型。根据捆绑纱所限定纱线的截面积, 建立了以织物结构参数为未知量的非线性方程组, 使用数值计算方法求出了非线性方程组的近似解, 确定了捆绑纱曲线模型中的待定量。制织了纬纱捆绑和经纱捆绑两种玻璃纤维三维正交机织布, 并与不饱和聚酯树脂复合, 然后观察复合材料中捆绑纱的形态, 发现捆绑纱的测试曲线与模型曲线具有很好的一致性。进一步比较捆绑纱织缩率的测试值与计算值、纤维体积含量的测试值与计算值, 表明建立的织物结构几何模型, 能够较为真实地反映三维正交机织物的实际结构。
以经、纬纱为直线, 捆绑纱为正弦和直线组合的曲线, 建立了三维正交机织物的几何结构模型。根据捆绑纱所限定纱线的截面积, 建立了以织物结构参数为未知量的非线性方程组, 使用数值计算方法求出了非线性方程组的近似解, 确定了捆绑纱曲线模型中的待定量。制织了纬纱捆绑和经纱捆绑两种玻璃纤维三维正交机织布, 并与不饱和聚酯树脂复合, 然后观察复合材料中捆绑纱的形态, 发现捆绑纱的测试曲线与模型曲线具有很好的一致性。进一步比较捆绑纱织缩率的测试值与计算值、纤维体积含量的测试值与计算值, 表明建立的织物结构几何模型, 能够较为真实地反映三维正交机织物的实际结构。
