1997年 第14卷 第1期
1997, 14(1): 1-5.
摘要:
本文报导了一种崭新的提高CFRP韧性及耐湿热性能的方法,即用等离子体处理及聚合接枝改性碳纤维表面,向CFRP中引入既可塑又防水的混杂界面层,使CFRP韧性提高148%,材料破坏过程由脆性破坏转变为韧性破坏,材料的模量、层间剪切强度(ILSS)、玻璃转化温度(Tg)、松弛活化能不但没有下降,而且都有所提高,耐湿热性能也有很大的改善,ILSS强度保留率由92.73%提高到99.79%。
本文报导了一种崭新的提高CFRP韧性及耐湿热性能的方法,即用等离子体处理及聚合接枝改性碳纤维表面,向CFRP中引入既可塑又防水的混杂界面层,使CFRP韧性提高148%,材料破坏过程由脆性破坏转变为韧性破坏,材料的模量、层间剪切强度(ILSS)、玻璃转化温度(Tg)、松弛活化能不但没有下降,而且都有所提高,耐湿热性能也有很大的改善,ILSS强度保留率由92.73%提高到99.79%。
1997, 14(1): 6-11.
摘要:
在流变分析和形貌分析的基础上,根据Taylor、Cox、Grace等模型,研究了热致液晶高分子分散相的原位成纤条件与微成纤过程,并以We数、粘度比、生存寿命等参数表征了热致液晶高分子分散相的成纤行为。结果发现,理论计算与实测值吻合良好。
在流变分析和形貌分析的基础上,根据Taylor、Cox、Grace等模型,研究了热致液晶高分子分散相的原位成纤条件与微成纤过程,并以We数、粘度比、生存寿命等参数表征了热致液晶高分子分散相的成纤行为。结果发现,理论计算与实测值吻合良好。
1997, 14(1): 12-14.
摘要:
制备了PZT/环氧树脂和PZT/尼龙两种0-3型压电复合材料。研究表明,以尼龙-1010为基体的复合材料的饱和极化电场Es和时间ts均比环氧树脂E-20为基体的复合材料低,而压电系数d33却比后者高。
制备了PZT/环氧树脂和PZT/尼龙两种0-3型压电复合材料。研究表明,以尼龙-1010为基体的复合材料的饱和极化电场Es和时间ts均比环氧树脂E-20为基体的复合材料低,而压电系数d33却比后者高。
1997, 14(1): 15-21.
摘要:
用低成本的Al2O3-SiO2系纤维作为增强相,通过加压铸造法制作ZL108合金复合材料,并对该复合材料和ZL108合金进行不同温度下的时效处理和压缩试验。通过DSC、EPMA和TEM分析认为:经488K、0.5h时效处理(T6处理)的Vf 20%的复合材料在573K以下的压缩屈服强度低于ZL108合金,是由于基体中的Mg与Al2O3-SiO2纤维在加压铸造过程中起化学反应而生成MgAl2O4,损耗了基体中的大量Mg,导致基体铝合金时效硬化效果很差,所以压缩屈服强度低下。623K、720h保温后的Vf 20%的复合材料的压缩屈服强度比ZL108合金要高得多,是由于在这种温度环境下对ZL108合金来说是过时效,所以纤维的增强怍用显得明显。在高温(673K)下Vf 20%的复合材料的屈服强度比ZL108台金高一倍左右。不论在什么温度场合下Vf5%的复合材料的屈服强度比Vf 20%的复合材料都低。
用低成本的Al2O3-SiO2系纤维作为增强相,通过加压铸造法制作ZL108合金复合材料,并对该复合材料和ZL108合金进行不同温度下的时效处理和压缩试验。通过DSC、EPMA和TEM分析认为:经488K、0.5h时效处理(T6处理)的Vf 20%的复合材料在573K以下的压缩屈服强度低于ZL108合金,是由于基体中的Mg与Al2O3-SiO2纤维在加压铸造过程中起化学反应而生成MgAl2O4,损耗了基体中的大量Mg,导致基体铝合金时效硬化效果很差,所以压缩屈服强度低下。623K、720h保温后的Vf 20%的复合材料的压缩屈服强度比ZL108合金要高得多,是由于在这种温度环境下对ZL108合金来说是过时效,所以纤维的增强怍用显得明显。在高温(673K)下Vf 20%的复合材料的屈服强度比ZL108台金高一倍左右。不论在什么温度场合下Vf5%的复合材料的屈服强度比Vf 20%的复合材料都低。
1997, 14(1): 22-26.
摘要:
本工作利用无压渗透法制备刚玉颗粒(α-Al2O3p)增强AlMg10合金复合材料,采用扫描电镜和EDS分析显微组织,并对无压渗透过程热力学研究,提出其反应加工机制:刚玉颗粒间隙内有限容积气氛(21%O2,79%N2),同熔融合金中铝(Al)镁(Mg)元素反应,形成固相,造成某种真空度,为无压渗透的驱动力。高温长时间条件下熔融基体AlMg10合金同刚玉颗粒和附加物的残留物发生化学反应。
本工作利用无压渗透法制备刚玉颗粒(α-Al2O3p)增强AlMg10合金复合材料,采用扫描电镜和EDS分析显微组织,并对无压渗透过程热力学研究,提出其反应加工机制:刚玉颗粒间隙内有限容积气氛(21%O2,79%N2),同熔融合金中铝(Al)镁(Mg)元素反应,形成固相,造成某种真空度,为无压渗透的驱动力。高温长时间条件下熔融基体AlMg10合金同刚玉颗粒和附加物的残留物发生化学反应。
1997, 14(1): 27-32.
摘要:
选用国产Al2O4纤维与英国Saffil纤维怍为增强体,工业纯Al作为基体制成复合材料。在扫描电镜下,进行了微观断裂过程动态观察,并结合强度测定及断口分析探讨了不同情况下的断裂机理。
选用国产Al2O4纤维与英国Saffil纤维怍为增强体,工业纯Al作为基体制成复合材料。在扫描电镜下,进行了微观断裂过程动态观察,并结合强度测定及断口分析探讨了不同情况下的断裂机理。
1997, 14(1): 33-37.
摘要:
用挤压铸造方法制备了"Saffil"短纤维增强的Al-5.5Mg、Al-5.5Zn基复合材料,纤维体积分数分别为10%、15%、20%。金相分析表明:纤维近似呈二维随机分布。在室温及300℃下测试了基体及MMCs的拉伸强度,并对断口进行了SEM分析。分析和讨论不同情况下的断裂机理及强度预测公式。
用挤压铸造方法制备了"Saffil"短纤维增强的Al-5.5Mg、Al-5.5Zn基复合材料,纤维体积分数分别为10%、15%、20%。金相分析表明:纤维近似呈二维随机分布。在室温及300℃下测试了基体及MMCs的拉伸强度,并对断口进行了SEM分析。分析和讨论不同情况下的断裂机理及强度预测公式。
1997, 14(1): 38-42.
摘要:
未经任何热处理的热挤压态SiCP-LY12复合材料在基体固相点附近获得超塑性变形,在温度495～510C、应变速率2×10-4s-1时,终断延伸率大于150%。对试验数据的分析表明,在前述变形参数范围内,复合材料的变形机制发生了变化,使终断延伸率显著升高,但复合材料超塑性变形过程的应变速率敏感性指数(m)在同一温度下的m值随应变速率降低而逐渐增大,其最高值并未对应于最大延伸率;同时,应力-应变曲线在通常的动态再结晶阶段后出现一个独特的应变硬化阶段,直至最终断裂。微结构观察发现,变形初期复合材料即发生动态再结晶,据此推测,前述异常硬化阶段可能与再结晶组织的长大有关。另一方面,SiCP-Al界面在变形过程中严重弱化,成为裂纹优先扩展的路径,不利于获得高的延伸率。
未经任何热处理的热挤压态SiCP-LY12复合材料在基体固相点附近获得超塑性变形,在温度495～510C、应变速率2×10-4s-1时,终断延伸率大于150%。对试验数据的分析表明,在前述变形参数范围内,复合材料的变形机制发生了变化,使终断延伸率显著升高,但复合材料超塑性变形过程的应变速率敏感性指数(m)在同一温度下的m值随应变速率降低而逐渐增大,其最高值并未对应于最大延伸率;同时,应力-应变曲线在通常的动态再结晶阶段后出现一个独特的应变硬化阶段,直至最终断裂。微结构观察发现,变形初期复合材料即发生动态再结晶,据此推测,前述异常硬化阶段可能与再结晶组织的长大有关。另一方面,SiCP-Al界面在变形过程中严重弱化,成为裂纹优先扩展的路径,不利于获得高的延伸率。
1997, 14(1): 43-47.
摘要:
测试了碳纤维正交对称排布(0/90)增强铝基复合材料(x—y)面内热膨胀曲线和热膨胀系数,发现热处理状态对复合材料(x—y)面内热膨胀有影响。本文通过碳纤维正交对称排布增强复合材料内应力的分析,证实了导致热膨胀差异的主要原因是复合材料内部存在残余应力。
测试了碳纤维正交对称排布(0/90)增强铝基复合材料(x—y)面内热膨胀曲线和热膨胀系数,发现热处理状态对复合材料(x—y)面内热膨胀有影响。本文通过碳纤维正交对称排布增强复合材料内应力的分析,证实了导致热膨胀差异的主要原因是复合材料内部存在残余应力。
1997, 14(1): 48-53.
摘要:
本文研究了以连续碳纤维(Cf)三维整体编织物(3D-B)为增强体,以聚碳硅烷(PCS)裂解转化成碳化硅(SiC)为基体的陶瓷基复合材料(CMC)的制备工艺,探讨了不同工艺方法对复合材料微观和宏观性能的影响,并提出进一步改善制各工艺,提高复合材料性能的途径。研究结果表明,采用聚碳硅烷/二乙烯基苯(PCS/DVB)体系浸渍经交联固化后可以大大缩短裂解时间,致密化效率较聚碳硅烷/二甲苯溶液(PCS/Xylene)体系有着显著提高。对于3D-B Cf/SiC CMC用PCS/DVB体系浸渍经7个浸渍裂解周期后试样密度为1.65g/cm3,弯曲强度达326MPa,断裂韧性KIC为13.72MPa·m1/2;用PCS/Xylene体系浸渍的试样密度为1.54g/cm3,弯曲强度为243MPa,断裂韧性KIC为8.19MPa·m1/2。研究中利用扫描电镜观察了弯曲试样的断口以分析材料破坏时纤维的断裂、拨出形貌。
本文研究了以连续碳纤维(Cf)三维整体编织物(3D-B)为增强体,以聚碳硅烷(PCS)裂解转化成碳化硅(SiC)为基体的陶瓷基复合材料(CMC)的制备工艺,探讨了不同工艺方法对复合材料微观和宏观性能的影响,并提出进一步改善制各工艺,提高复合材料性能的途径。研究结果表明,采用聚碳硅烷/二乙烯基苯(PCS/DVB)体系浸渍经交联固化后可以大大缩短裂解时间,致密化效率较聚碳硅烷/二甲苯溶液(PCS/Xylene)体系有着显著提高。对于3D-B Cf/SiC CMC用PCS/DVB体系浸渍经7个浸渍裂解周期后试样密度为1.65g/cm3,弯曲强度达326MPa,断裂韧性KIC为13.72MPa·m1/2;用PCS/Xylene体系浸渍的试样密度为1.54g/cm3,弯曲强度为243MPa,断裂韧性KIC为8.19MPa·m1/2。研究中利用扫描电镜观察了弯曲试样的断口以分析材料破坏时纤维的断裂、拨出形貌。
1997, 14(1): 54-57.
摘要:
本文采用粘贴片式双悬臂梁(DCB)试件和端部切口弯曲(ENF)试件研究了平纹织物的经纬纱密度对玻璃平纹织物/环氧树脂复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性的影响。实验结果表明织物的密度对层间断裂韧性有显著的影响。提出了在织物增强复合材料层合板中,基体在织物孔洞中形成层间铆接,并且就其与层间GIC和GIC的关系进行了研究。
本文采用粘贴片式双悬臂梁(DCB)试件和端部切口弯曲(ENF)试件研究了平纹织物的经纬纱密度对玻璃平纹织物/环氧树脂复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性的影响。实验结果表明织物的密度对层间断裂韧性有显著的影响。提出了在织物增强复合材料层合板中,基体在织物孔洞中形成层间铆接,并且就其与层间GIC和GIC的关系进行了研究。
1997, 14(1): 58-64.
摘要:
本文利用声发射测试技术,对APMOC/环氧复合材料各种铺层的单层板、层合板的损伤机理和破坏过程进行了详细的研究。结果表明,在不同的声发射信号参量特征与不同的损伤机理之间存在对应关系。声发射信号参量的变化过程能够描述层板的动态损伤过程,不同的声发射参量表征层板的不同损伤过程与机理。
本文利用声发射测试技术,对APMOC/环氧复合材料各种铺层的单层板、层合板的损伤机理和破坏过程进行了详细的研究。结果表明,在不同的声发射信号参量特征与不同的损伤机理之间存在对应关系。声发射信号参量的变化过程能够描述层板的动态损伤过程,不同的声发射参量表征层板的不同损伤过程与机理。
1997, 14(1): 65-69.
摘要:
本文采用等温氧化实验方法,在800～1000℃、氧分压21.3kPa的条件下研究了A3-3碳/碳复合材料的氧化动力学行为;借助质谱全元素分析技术研究了杂质催化对其氧化速率的影响,并利用扫描电镜观察分析了氧化反应前后A3-3碳/碳复合材料的表面形貌。研究结果表明:A3-3碳/碳复合材料在氧化时,其氧化速率开始时随氧化失重和氧化时间的增加而迅速增大,然后趋向一个稳定值;其稳定氧化速率为:r=119exp(-15613/RT)mg/cm2·h;此时,其氧化速率不受杂质催化的影响,其抗氧化能力与氧化时间和氧化失重无关;影响A3-3碳/碳复合材料抗氧化能力的主要因素是酚醛树脂炭的抗氧化能力。
本文采用等温氧化实验方法,在800～1000℃、氧分压21.3kPa的条件下研究了A3-3碳/碳复合材料的氧化动力学行为;借助质谱全元素分析技术研究了杂质催化对其氧化速率的影响,并利用扫描电镜观察分析了氧化反应前后A3-3碳/碳复合材料的表面形貌。研究结果表明:A3-3碳/碳复合材料在氧化时,其氧化速率开始时随氧化失重和氧化时间的增加而迅速增大,然后趋向一个稳定值;其稳定氧化速率为:r=119exp(-15613/RT)mg/cm2·h;此时,其氧化速率不受杂质催化的影响,其抗氧化能力与氧化时间和氧化失重无关;影响A3-3碳/碳复合材料抗氧化能力的主要因素是酚醛树脂炭的抗氧化能力。
1997, 14(1): 70-75.
摘要:
分析了材料的合成与加工技术在现代社会和科技发展中的地位和重要性;介绍和评述了几类新的反应合成与加工新技术及其研究现状;对我国学者在有关领或里所做的最新工作进行了介绍和分析;对尚待解决的问题和进一步应该做的工作提出了自己的看法。
分析了材料的合成与加工技术在现代社会和科技发展中的地位和重要性;介绍和评述了几类新的反应合成与加工新技术及其研究现状;对我国学者在有关领或里所做的最新工作进行了介绍和分析;对尚待解决的问题和进一步应该做的工作提出了自己的看法。
1997, 14(1): 76-82.
摘要:
本文利用均匀化方法研究了单向纤维复合材料的热膨胀行为。建立了热膨胀系数与组分材料性能、体分比之间的关系,得到了纤维/基体性能比值对横向热膨胀系数的影响比对纵向系数的影响更重要的结论。通过均匀化方法和四种已有的理论方法之间的相互比较,以及同实验值对比,分析了各理论方法的精度,验证了均匀化方法的可靠性。
本文利用均匀化方法研究了单向纤维复合材料的热膨胀行为。建立了热膨胀系数与组分材料性能、体分比之间的关系,得到了纤维/基体性能比值对横向热膨胀系数的影响比对纵向系数的影响更重要的结论。通过均匀化方法和四种已有的理论方法之间的相互比较,以及同实验值对比,分析了各理论方法的精度,验证了均匀化方法的可靠性。
1997, 14(1): 83-89.
摘要:
本文用边界元法分析了纤维增强复合材料正交各向异性层合板的屈曲性态。为了克服在用边界元法求解正交各向异性层合板屈曲时寻求相应的基本解的困维,本文采用了双重傅立叶级数和引用等效荷载的概念,建立了层合板屈曲临界荷载的特征方程。算例说明了本文方法的可行性和有效性。
本文用边界元法分析了纤维增强复合材料正交各向异性层合板的屈曲性态。为了克服在用边界元法求解正交各向异性层合板屈曲时寻求相应的基本解的困维,本文采用了双重傅立叶级数和引用等效荷载的概念,建立了层合板屈曲临界荷载的特征方程。算例说明了本文方法的可行性和有效性。
1997, 14(1): 90-95.
摘要:
本文以细观力学的平均场理论为基础,利用增量方法分析了金属基复合材料的疲劳性能,在每个增量过程把基体看作各向异性弹性材料来处理。首先利用数值方法求得了任意椭球夹杂在各向异性基体中的Eshelby张量,然后利用Mori-Tanaka平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系。应用上述方法和基体的塑性混合强化模型及基体的疲劳寿命关系,本文分析了SiC/Al金属基复合材料的疲劳性能与微观结构的联系,并对复合材料的低周疲劳寿命进行预测。分析和预测结果和文献的实验相符合。
本文以细观力学的平均场理论为基础,利用增量方法分析了金属基复合材料的疲劳性能,在每个增量过程把基体看作各向异性弹性材料来处理。首先利用数值方法求得了任意椭球夹杂在各向异性基体中的Eshelby张量,然后利用Mori-Tanaka平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系。应用上述方法和基体的塑性混合强化模型及基体的疲劳寿命关系,本文分析了SiC/Al金属基复合材料的疲劳性能与微观结构的联系,并对复合材料的低周疲劳寿命进行预测。分析和预测结果和文献的实验相符合。
1997, 14(1): 96-100.
摘要:
智能材料与结构是当前研究的热门课题,本文介绍了我们所研制的一种能够对损伤进行自诊断的智能结构系统,系统能进行损伤或大应变位置的自诊断及损伤级别的判断,主要介绍了智能复合材料结构试件的制作、四点法传感元件的布置及应用模式识别算法的研究,该系统具有较高的自诊断成功率。
智能材料与结构是当前研究的热门课题,本文介绍了我们所研制的一种能够对损伤进行自诊断的智能结构系统,系统能进行损伤或大应变位置的自诊断及损伤级别的判断,主要介绍了智能复合材料结构试件的制作、四点法传感元件的布置及应用模式识别算法的研究,该系统具有较高的自诊断成功率。
1997, 14(1): 101-107.
摘要:
本文将细观力学的Eshelby和Mori-Tanaka理论与刚度体平均化方法相结合,对含圆币型基体微裂纹的三维编织复合材料弹性常数进行了理论预报,分析了纤维体积含量、微裂纹密度、编织特征参数变化的影响,与文献[3]的实验结果进行了比较。
本文将细观力学的Eshelby和Mori-Tanaka理论与刚度体平均化方法相结合,对含圆币型基体微裂纹的三维编织复合材料弹性常数进行了理论预报,分析了纤维体积含量、微裂纹密度、编织特征参数变化的影响,与文献[3]的实验结果进行了比较。
1997, 14(1): 108-115.
摘要:
本文从压电弹性材料的三维理论出发,利用状态空间方法分析了四边简支的压电复合材料矩形板受任意荷载作用的弯曲问题。由于不作任何简化假设,故可适用于任意厚度矩形板的精确分析。文中得到了相应传递矩阵的直接表达式,从而在计算中避免了矩阵求逆,最后给出了算例。
本文从压电弹性材料的三维理论出发,利用状态空间方法分析了四边简支的压电复合材料矩形板受任意荷载作用的弯曲问题。由于不作任何简化假设,故可适用于任意厚度矩形板的精确分析。文中得到了相应传递矩阵的直接表达式,从而在计算中避免了矩阵求逆,最后给出了算例。
1997, 14(1): 116-121.
摘要:
纤维增强复合材料在许多领域得到广泛应用,固体火箭发动机壳体就是一例。因此,分析其不同内压下的应力及预报爆破压力是十分重要的。复合材料结构承载过程的应力分析,需进行单元失效判断,许引入失效单元的刚度衰退,这种方法是最合理的。本文采用该方法并结合大变形有限元分析理论,计算了某一纤维缠绕固体火箭发动机壳体的应力和爆破压力,数值计算结果与实测数据吻合,证明该方法可用于纤维缠绕复合材料结构的应力及强度分析,值得重视。
纤维增强复合材料在许多领域得到广泛应用,固体火箭发动机壳体就是一例。因此,分析其不同内压下的应力及预报爆破压力是十分重要的。复合材料结构承载过程的应力分析,需进行单元失效判断,许引入失效单元的刚度衰退,这种方法是最合理的。本文采用该方法并结合大变形有限元分析理论,计算了某一纤维缠绕固体火箭发动机壳体的应力和爆破压力,数值计算结果与实测数据吻合,证明该方法可用于纤维缠绕复合材料结构的应力及强度分析,值得重视。
1997, 14(1): 122-126.
摘要:
本研究首次将云纹干涉法应用于复合材料单销钉连接件位移场的测量。从位移的云纹图用位移导数法求得销钉孔中心水平截面上的应变。根据复合材料层合板的直法线假设和层合板的折算刚度矩阵算出截面的平均应力分布。通过静力平衡,所得误差在6%以内。本研究结果证实,云纹干涉法测量复合材料连接件的应变场和应力场是有效的实验方法。
本研究首次将云纹干涉法应用于复合材料单销钉连接件位移场的测量。从位移的云纹图用位移导数法求得销钉孔中心水平截面上的应变。根据复合材料层合板的直法线假设和层合板的折算刚度矩阵算出截面的平均应力分布。通过静力平衡,所得误差在6%以内。本研究结果证实,云纹干涉法测量复合材料连接件的应变场和应力场是有效的实验方法。
1997, 14(1): 127-134.
摘要:
在Talreja提出的研究复合材料横向开裂的损伤力学方法的基础上,文中引进了一种更合理的计算约束系数的方法,并将其用于研究复合材料叠层板的横向开裂,预估了其弹性模量的变化。经试验结果的验证,其理论的预估结果是正确的。
在Talreja提出的研究复合材料横向开裂的损伤力学方法的基础上,文中引进了一种更合理的计算约束系数的方法,并将其用于研究复合材料叠层板的横向开裂,预估了其弹性模量的变化。经试验结果的验证,其理论的预估结果是正确的。
