2003年 第20卷 第5期
2003, 20(5): 1-7.
摘要:
用扫描电镜(SEM)背散射成像技术对Zr变质SiCP/ZA27复合材料在部分重熔过程中的组织演变进行了研究,并与未变质复合材料及基体合金作了对比。结果表明:经0.2 wt% Zr变质的SiCP/ZA27复合材料在460℃加热过程中(0min~30min),其基体组织依次经历了晶臂的快速合并,晶粒的长大,晶界区域的熔化、组织分离,最后经球状化形成触变成形所需的粒径较为均匀、细小、圆整的半固态浆料,在随后的保温过程中(30 min~80 min)未发现明显的粗化现象;未变质复合材料则形成相互连接的不规则组织,即使经长时间的保温(80 min),也未全部球状化;基体合金组织的分离快于变质复合材料,但在保温中的晶粒粗化却较为严重。加热初期晶粒的快速粗化是由共晶组织向晶内的迅速扩散引起的。本文作者从相变角度分析了组织的演变过程。
用扫描电镜(SEM)背散射成像技术对Zr变质SiCP/ZA27复合材料在部分重熔过程中的组织演变进行了研究,并与未变质复合材料及基体合金作了对比。结果表明:经0.2 wt% Zr变质的SiCP/ZA27复合材料在460℃加热过程中(0min~30min),其基体组织依次经历了晶臂的快速合并,晶粒的长大,晶界区域的熔化、组织分离,最后经球状化形成触变成形所需的粒径较为均匀、细小、圆整的半固态浆料,在随后的保温过程中(30 min~80 min)未发现明显的粗化现象;未变质复合材料则形成相互连接的不规则组织,即使经长时间的保温(80 min),也未全部球状化;基体合金组织的分离快于变质复合材料,但在保温中的晶粒粗化却较为严重。加热初期晶粒的快速粗化是由共晶组织向晶内的迅速扩散引起的。本文作者从相变角度分析了组织的演变过程。
2003, 20(5): 8-15.
摘要:
采用爆炸固结法制备MoSi2P/Nb高温复合材料,并对其微观组织及力学性能进行研究。结果表明:爆炸固结法制备的MoSi2P/Nb复合材料有三种组织形貌,由外至里逐渐致密,心部能量汇聚产生熔化,出现铸态组织。随λ值的增加,MoSi2P/Nb复合材料的致密性增加,相对密度高达95.4%。同时,复合材料的压缩强度也随λ值的增加逐渐提高。研究表明:爆炸固结法可用于制备MoSi2P/Nb高温复合材料。
采用爆炸固结法制备MoSi2P/Nb高温复合材料,并对其微观组织及力学性能进行研究。结果表明:爆炸固结法制备的MoSi2P/Nb复合材料有三种组织形貌,由外至里逐渐致密,心部能量汇聚产生熔化,出现铸态组织。随λ值的增加,MoSi2P/Nb复合材料的致密性增加,相对密度高达95.4%。同时,复合材料的压缩强度也随λ值的增加逐渐提高。研究表明:爆炸固结法可用于制备MoSi2P/Nb高温复合材料。
2003, 20(5): 16-21.
摘要:
以WC,ZrO2,Cr2O3和Al2O3陶瓷颗粒为增强相,镍合金粉末为基体,运用等离子喷涂技术制备四种陶瓷/镍合金复合涂层。采用冲蚀磨损试验机和正交试验方法,进行陶瓷颗粒相浓度、磨粒粒度、冲蚀角和速度对陶瓷颗粒/镍合金复合涂层抗冲蚀磨损性能影响的试验研究。采用表面形状测量仪对陶瓷颗粒/镍合金复合涂层磨损表面形貌进行测量和分析。试验结果得到WC,ZrO2,Cr2O3和Al2O3四种陶瓷颗粒/镍合金复合涂层冲蚀磨损率的经验关联式。
以WC,ZrO2,Cr2O3和Al2O3陶瓷颗粒为增强相,镍合金粉末为基体,运用等离子喷涂技术制备四种陶瓷/镍合金复合涂层。采用冲蚀磨损试验机和正交试验方法,进行陶瓷颗粒相浓度、磨粒粒度、冲蚀角和速度对陶瓷颗粒/镍合金复合涂层抗冲蚀磨损性能影响的试验研究。采用表面形状测量仪对陶瓷颗粒/镍合金复合涂层磨损表面形貌进行测量和分析。试验结果得到WC,ZrO2,Cr2O3和Al2O3四种陶瓷颗粒/镍合金复合涂层冲蚀磨损率的经验关联式。
2003, 20(5): 22-27.
摘要:
采用液相包裹法对Al2O3微粉进行稀土Y2O3表面改性,用挤压铸造法制备表面经稀土Y2O3改性的Al2O3P/6061Al复合材料,并对复合材料的显微组织及拉伸性能进行分析和研究。结果表明:表面经稀土Y2O3改性的Al2O3微粉能均匀的分布于基体中,界面润湿性得以改善,复合材料组织更加均匀。TEM观察表明:改性粉体在制备复合材料前后表面存在颗粒状包裹层。对其表面进行EDAX分析,结果显示含有Y,Al和O元素。粉体XRD图谱中有Y2O3衍射峰的存在。拉伸性能测试表明:改性粉体对Al合金增强效果明显增加,抗拉强度提高29.8％,屈服强度提高38.4％,延伸率提高10.3％。对拉伸断口进行SEM分析,改性后复合材料断口韧窝更加均匀、丰满,材料表现出良好的塑性。
采用液相包裹法对Al2O3微粉进行稀土Y2O3表面改性,用挤压铸造法制备表面经稀土Y2O3改性的Al2O3P/6061Al复合材料,并对复合材料的显微组织及拉伸性能进行分析和研究。结果表明:表面经稀土Y2O3改性的Al2O3微粉能均匀的分布于基体中,界面润湿性得以改善,复合材料组织更加均匀。TEM观察表明:改性粉体在制备复合材料前后表面存在颗粒状包裹层。对其表面进行EDAX分析,结果显示含有Y,Al和O元素。粉体XRD图谱中有Y2O3衍射峰的存在。拉伸性能测试表明:改性粉体对Al合金增强效果明显增加,抗拉强度提高29.8％,屈服强度提高38.4％,延伸率提高10.3％。对拉伸断口进行SEM分析,改性后复合材料断口韧窝更加均匀、丰满,材料表现出良好的塑性。
2003, 20(5): 28-32.
摘要:
利用自制的离心高速电沉积实验装置,研究了镀液温度、镀液pH值、电流密度、镀液中SiC浓度和阴极旋转速度对Ni-SiC复合镀层中SiC含量的影响;同时还对镀层中SiC微粒的分布情况及镀层的性能进行了研究。结果表明:温度、电流密度、镀液中的SiC含量及阴极旋转速度对镀层中复合粒子的含量有显著的影响,而pH值对镀层中SiC含量影响不大。利用离心高速电沉积方法能够制备出高体积分数的、微粒分布均匀的Ni-SiC复合镀层。所制备的高体积分数的Ni-SiC复合镀层硬度和耐磨性能优于普通槽镀镀层。
利用自制的离心高速电沉积实验装置,研究了镀液温度、镀液pH值、电流密度、镀液中SiC浓度和阴极旋转速度对Ni-SiC复合镀层中SiC含量的影响;同时还对镀层中SiC微粒的分布情况及镀层的性能进行了研究。结果表明:温度、电流密度、镀液中的SiC含量及阴极旋转速度对镀层中复合粒子的含量有显著的影响,而pH值对镀层中SiC含量影响不大。利用离心高速电沉积方法能够制备出高体积分数的、微粒分布均匀的Ni-SiC复合镀层。所制备的高体积分数的Ni-SiC复合镀层硬度和耐磨性能优于普通槽镀镀层。
2003, 20(5): 33-38.
摘要:
采用燃烧反应工艺焊接了TiB2陶瓷与金属Mo,对中间反应层生成物进行了XRD物相分析,对焊接界面结合情况进行了电子探针分析。温度和中间层组分对焊接件的抗弯强度和抗剪切强度有一定的影响。分析表明:抗弯强度在焊接温度为1500℃,中间层Mo含量为80wt%时达最大值;在焊接温度为1500℃,中间层组分中含Mo为40wt%时所得焊接件抗剪切强度值达最大。
采用燃烧反应工艺焊接了TiB2陶瓷与金属Mo,对中间反应层生成物进行了XRD物相分析,对焊接界面结合情况进行了电子探针分析。温度和中间层组分对焊接件的抗弯强度和抗剪切强度有一定的影响。分析表明:抗弯强度在焊接温度为1500℃,中间层Mo含量为80wt%时达最大值;在焊接温度为1500℃,中间层组分中含Mo为40wt%时所得焊接件抗剪切强度值达最大。
2003, 20(5): 39-43.
摘要:
陶瓷结合立方氮化硼(CBN)磨削工具是一类用于磨削加工的新型陶瓷/玻璃复合材料。本文作者从复合材料制备理论角度探讨了这类材料的制备原则,并进行了试验研究。研究结果表明:CBN磨具的烧成温度以低于800℃为宜;陶瓷结合剂与CBN磨料的热膨胀系数匹配性对磨具强度有较大影响,具有较小热膨胀系数和较高强度的C1结合剂较适合CBN磨具制备。在一定温度范围内,适当提高烧结温度,有利于提高陶瓷结合剂桥相本身强度及结合剂与CBN磨料颗粒的结合强度。
陶瓷结合立方氮化硼(CBN)磨削工具是一类用于磨削加工的新型陶瓷/玻璃复合材料。本文作者从复合材料制备理论角度探讨了这类材料的制备原则,并进行了试验研究。研究结果表明:CBN磨具的烧成温度以低于800℃为宜;陶瓷结合剂与CBN磨料的热膨胀系数匹配性对磨具强度有较大影响,具有较小热膨胀系数和较高强度的C1结合剂较适合CBN磨具制备。在一定温度范围内,适当提高烧结温度,有利于提高陶瓷结合剂桥相本身强度及结合剂与CBN磨料颗粒的结合强度。
2003, 20(5): 44-48.
摘要:
以聚碳硅烷为先驱体,采用热模压辅助先驱体浸渍裂解工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了热模压辅助对3D-B Cf/SiC复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明:先驱体浸渍裂解制备陶瓷基复合材料第一次浸渍后引入高温热模压工艺可以改善材料微观结构,显著提高材料的致密度和力学性能。其中1600℃,10MPa,1h下热模压辅助先驱体浸渍裂解6次制备的3D-B Cf/SiC复合材料的密度为1.79g/cm3,弯曲强度高达672MPa,断裂韧性达18.9MPa·m1/2,剪切强度接近50MPa,且具有较好的抗热震性和高温抗氧化性。
以聚碳硅烷为先驱体,采用热模压辅助先驱体浸渍裂解工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了热模压辅助对3D-B Cf/SiC复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明:先驱体浸渍裂解制备陶瓷基复合材料第一次浸渍后引入高温热模压工艺可以改善材料微观结构,显著提高材料的致密度和力学性能。其中1600℃,10MPa,1h下热模压辅助先驱体浸渍裂解6次制备的3D-B Cf/SiC复合材料的密度为1.79g/cm3,弯曲强度高达672MPa,断裂韧性达18.9MPa·m1/2,剪切强度接近50MPa,且具有较好的抗热震性和高温抗氧化性。
2003, 20(5): 49-52.
摘要:
RTM工艺成型过程中树脂对纤维增强体的浸润是重要的一环,浸润不好将导致RTM成型复合材料中产生缺陷,这将降低复合材料的界面性能。本文作者采用冷等离子体技术对PET缝编碳纤维织物进行表面处理,并采用AFM对处理前后的碳纤维表面形貌进行了分析。实验结果表明:冷等离子体处理可以使碳纤维表面活性提高,从而改善RTM工艺成型过程树脂对PET缝编碳纤维织物的浸润性,进而改善RTM成型复合材料的界面性能。
RTM工艺成型过程中树脂对纤维增强体的浸润是重要的一环,浸润不好将导致RTM成型复合材料中产生缺陷,这将降低复合材料的界面性能。本文作者采用冷等离子体技术对PET缝编碳纤维织物进行表面处理,并采用AFM对处理前后的碳纤维表面形貌进行了分析。实验结果表明:冷等离子体处理可以使碳纤维表面活性提高,从而改善RTM工艺成型过程树脂对PET缝编碳纤维织物的浸润性,进而改善RTM成型复合材料的界面性能。
2003, 20(5): 53-56.
摘要:
研究了苯基乙烯基化合物(苯乙烯、二乙烯基苯)改性双酚A型氰酸酯(BADCy)树脂体系。通过实验并用三角形图示方法确定了树脂体系的组成和配方,解决了树脂在较低温度下(<40℃)的分相问题,用含杂原子的小分子化合物作为增容剂有效地降低了改性树脂的粘度并增大了贮存稳定性。该树脂适用于室温RTM工艺成型复合材料。
研究了苯基乙烯基化合物(苯乙烯、二乙烯基苯)改性双酚A型氰酸酯(BADCy)树脂体系。通过实验并用三角形图示方法确定了树脂体系的组成和配方,解决了树脂在较低温度下(<40℃)的分相问题,用含杂原子的小分子化合物作为增容剂有效地降低了改性树脂的粘度并增大了贮存稳定性。该树脂适用于室温RTM工艺成型复合材料。
2003, 20(5): 57-62.
摘要:
将累托石(REC)有机化处理后通过熔融插层复合法制备了REC/热塑性聚氨酯弹性体(TPUR)纳米复合材料,并用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),X-射线和扫描电镜(SEM)等进行了表征。研究结果表明:十二烷基芳基季铵盐(C12)对REC的处理效果及在TPUR中的分散性优于十六烷基季铵盐(C16)和联苯胺(BZD);少量有机化处理REC(分别记作C12-REC,C16-REC和BZD-REC)加入TPUR就可使复合材料的力学性能大幅度提高,其中C12-REC/TPUR的拉伸和撕裂强度在2 wt% C12-REC含量时分别由38.87 MPa和92.8 kN/m提高到57.93 MPa和123.37 kN/m ,增幅分别达49 ％和33 ％;初步考察了有机化处理条件对力学性能的影响,结果发现:用处理2h的REC制备的纳米复合材料性能最佳。
将累托石(REC)有机化处理后通过熔融插层复合法制备了REC/热塑性聚氨酯弹性体(TPUR)纳米复合材料,并用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),X-射线和扫描电镜(SEM)等进行了表征。研究结果表明:十二烷基芳基季铵盐(C12)对REC的处理效果及在TPUR中的分散性优于十六烷基季铵盐(C16)和联苯胺(BZD);少量有机化处理REC(分别记作C12-REC,C16-REC和BZD-REC)加入TPUR就可使复合材料的力学性能大幅度提高,其中C12-REC/TPUR的拉伸和撕裂强度在2 wt% C12-REC含量时分别由38.87 MPa和92.8 kN/m提高到57.93 MPa和123.37 kN/m ,增幅分别达49 ％和33 ％;初步考察了有机化处理条件对力学性能的影响,结果发现:用处理2h的REC制备的纳米复合材料性能最佳。
2003, 20(5): 63-67.
摘要:
分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3 GHz,10 dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27 wt%时,在8 GHz~18 GHz 频段获得90 %以上的吸收率。
分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3 GHz,10 dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27 wt%时,在8 GHz~18 GHz 频段获得90 %以上的吸收率。
2003, 20(5): 68-72.
摘要:
对PAN基碳纤维在线热氧化表面处理,分析了处理前后碳纤维的表面形貌,通过拉挤成型工艺制备出碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料。对拉挤复合材料的微观结构观察以及力学性能测试表明:碳纤维经表面处理后表面粗糙度增加,与乙烯基酯树脂的界面粘结性明显改善,复合材料的力学性能尤其是层间剪切强度得到显著提高。对不同界面性能的碳纤维复合材料进行动态热机械分析(DMTA),认为界面性能的改善可降低损耗模量,提高复合材料的耐疲劳性能。
对PAN基碳纤维在线热氧化表面处理,分析了处理前后碳纤维的表面形貌,通过拉挤成型工艺制备出碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料。对拉挤复合材料的微观结构观察以及力学性能测试表明:碳纤维经表面处理后表面粗糙度增加,与乙烯基酯树脂的界面粘结性明显改善,复合材料的力学性能尤其是层间剪切强度得到显著提高。对不同界面性能的碳纤维复合材料进行动态热机械分析(DMTA),认为界面性能的改善可降低损耗模量,提高复合材料的耐疲劳性能。
2003, 20(5): 73-76.
摘要:
聚合物基复合材料模压成型过程固化度与温度的动态变化为强耦合关系。本文作者根据固化动力学和传热学理论,建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。通过DSC实验分析确定模型中固化动力学参数。利用有限单元与有限差分相结合的方法,建立了温度场和固化度数值模型。应用Euler逐步迭代法实现解耦。对聚合物基复合材料模压成型过程固化度与非稳态温度场动态变化进行计算机数值模拟,与试验测定结果吻合。为优化模压成型工艺提供理论依据。
聚合物基复合材料模压成型过程固化度与温度的动态变化为强耦合关系。本文作者根据固化动力学和传热学理论,建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。通过DSC实验分析确定模型中固化动力学参数。利用有限单元与有限差分相结合的方法,建立了温度场和固化度数值模型。应用Euler逐步迭代法实现解耦。对聚合物基复合材料模压成型过程固化度与非稳态温度场动态变化进行计算机数值模拟,与试验测定结果吻合。为优化模压成型工艺提供理论依据。
2003, 20(5): 77-81.
摘要:
采用共混法在聚乙烯醇缩丁醛材料中引入纳米SiO2粒子制备了均匀的PVB/SiO2复合材料。以UV-VIS,FT-IR,XRD,SEM等现代测试手段表征了材料的微观形貌、结构和光学性能。结果表明:由于纳米SiO2粒子的引入,使PVB/SiO2复合材料具有良好的紫外线屏蔽性能。同时,材料的韧性得到明显提高,其断裂伸长率为纯PVB材料的8倍。该材料的制备方法简便易行,具有一定的工业应用前景。
采用共混法在聚乙烯醇缩丁醛材料中引入纳米SiO2粒子制备了均匀的PVB/SiO2复合材料。以UV-VIS,FT-IR,XRD,SEM等现代测试手段表征了材料的微观形貌、结构和光学性能。结果表明:由于纳米SiO2粒子的引入,使PVB/SiO2复合材料具有良好的紫外线屏蔽性能。同时,材料的韧性得到明显提高,其断裂伸长率为纯PVB材料的8倍。该材料的制备方法简便易行,具有一定的工业应用前景。
2003, 20(5): 82-87.
摘要:
研究了改性MgAl-CO2-3型层状双金属复合氢氧化物(LDH)对聚氯乙烯(PVC)的复合和热稳定效果。结果表明:复配型硅烷偶联剂、硅烷偶联剂和铝钛复合偶联剂改性的LDH比未改性LDH在PVC中分散得均匀,团聚度减小,而且所得复合材料的力学性能均有所提高。LDH/PVC复合材料比未加LDH的空白PVC静态热稳定性好,而改性LDH/PVC比未改性LDH/PVC热稳定性好。但随着LDH加入量增加,LDH/PVC复合材料的热稳定性会降低。
研究了改性MgAl-CO2-3型层状双金属复合氢氧化物(LDH)对聚氯乙烯(PVC)的复合和热稳定效果。结果表明:复配型硅烷偶联剂、硅烷偶联剂和铝钛复合偶联剂改性的LDH比未改性LDH在PVC中分散得均匀,团聚度减小,而且所得复合材料的力学性能均有所提高。LDH/PVC复合材料比未加LDH的空白PVC静态热稳定性好,而改性LDH/PVC比未改性LDH/PVC热稳定性好。但随着LDH加入量增加,LDH/PVC复合材料的热稳定性会降低。
2003, 20(5): 88-94.
摘要:
基于一种新型的纳米二氧化钛(TiO2)粉体,利用熔体共混方式制备了纳米TiO2/聚丙烯(PP)复合材料,研究了复合材料的相分散结构、结晶特性、力学性能、杀菌性能和流动性能。结果发现:新型纳米TiO2在聚丙烯中有较好的分散度,绝大多数纳米TiO2在聚丙烯中的聚集体尺寸接近于100纳米;新型纳米TiO2对聚丙烯有一定的结晶成核作用,但并不能提高结晶度;复合材料的力学性能随纳米TiO2含量的增加呈现出拉伸强度下降,伸长率降低,模量和冲击强度上升的趋势。2％纳米TiO2含量的聚丙烯复合材料的综合物理机械性能较好。新型纳米TiO2填充到PP中可以起到良好的抗菌杀菌作用,但也在一定程度上使聚丙烯发生氧化降解,进而导致纳米TiO2/聚丙烯复合材料的流动性略优于纯聚丙烯。
基于一种新型的纳米二氧化钛(TiO2)粉体,利用熔体共混方式制备了纳米TiO2/聚丙烯(PP)复合材料,研究了复合材料的相分散结构、结晶特性、力学性能、杀菌性能和流动性能。结果发现:新型纳米TiO2在聚丙烯中有较好的分散度,绝大多数纳米TiO2在聚丙烯中的聚集体尺寸接近于100纳米;新型纳米TiO2对聚丙烯有一定的结晶成核作用,但并不能提高结晶度;复合材料的力学性能随纳米TiO2含量的增加呈现出拉伸强度下降,伸长率降低,模量和冲击强度上升的趋势。2％纳米TiO2含量的聚丙烯复合材料的综合物理机械性能较好。新型纳米TiO2填充到PP中可以起到良好的抗菌杀菌作用,但也在一定程度上使聚丙烯发生氧化降解,进而导致纳米TiO2/聚丙烯复合材料的流动性略优于纯聚丙烯。
2003, 20(5): 95-99.
摘要:
采用多环过盈装配是解决复合材料飞轮径向强度过低的有效途径之一。本文作者采用平面应力简化模型,提出了计及过盈配合后变形导致实际过盈量增大计算飞轮套装后的初终应力分布的方法;提出了基于叠加原理计算多环过盈装配旋转飞轮应力的方法;提出了保证飞轮旋转时配合界面不脱离的相关临界转速的概念和计算方法。算例分析表明:过盈配合后的变形对初终应力的影响不能忽略;过盈量和套装环数与飞轮的初终应力和相关临界转速有密切的关系。
采用多环过盈装配是解决复合材料飞轮径向强度过低的有效途径之一。本文作者采用平面应力简化模型,提出了计及过盈配合后变形导致实际过盈量增大计算飞轮套装后的初终应力分布的方法;提出了基于叠加原理计算多环过盈装配旋转飞轮应力的方法;提出了保证飞轮旋转时配合界面不脱离的相关临界转速的概念和计算方法。算例分析表明:过盈配合后的变形对初终应力的影响不能忽略;过盈量和套装环数与飞轮的初终应力和相关临界转速有密切的关系。
2003, 20(5): 100-107.
摘要:
压电功能梯度执行器能产生较大的位移、降低应力峰值并避免了粘结层带来的问题,压电梯度超声换能器能拓展频带宽度。本文作者提出了一个简单而有效的求解压电梯度薄壳力、电行为特性的高阶理论。设定位移分量为壳厚的线性函数,而电势沿厚度方向为二次分布。考虑了压电作动元的驱动信号不同时所具有的不同形式的电荷平衡方程。应用Fourier级数法得到压电系数沿厚度坐标变化的梯度壳的力电耦合的解析解。所得结果可退化至梁、板等多种特殊情况。利用所得方程分析了一非均匀简支压电层合板,并与三维精确结果作了对比,两者吻合得很好,表明该理论的正确性。最后具体求解了压电梯度圆柱壳的力、电特性,给出了位移、应力、电势沿厚度方向的变化规律。
压电功能梯度执行器能产生较大的位移、降低应力峰值并避免了粘结层带来的问题,压电梯度超声换能器能拓展频带宽度。本文作者提出了一个简单而有效的求解压电梯度薄壳力、电行为特性的高阶理论。设定位移分量为壳厚的线性函数,而电势沿厚度方向为二次分布。考虑了压电作动元的驱动信号不同时所具有的不同形式的电荷平衡方程。应用Fourier级数法得到压电系数沿厚度坐标变化的梯度壳的力电耦合的解析解。所得结果可退化至梁、板等多种特殊情况。利用所得方程分析了一非均匀简支压电层合板,并与三维精确结果作了对比,两者吻合得很好,表明该理论的正确性。最后具体求解了压电梯度圆柱壳的力、电特性,给出了位移、应力、电势沿厚度方向的变化规律。
2003, 20(5): 108-113.
摘要:
根据三维机织结构中纱线系统的组成和相应纱线的几何形态,建立了具有普适意义的几何模型,获得了组成三维机织结构各纱线系统在一个结构单元内的纱线长度和取向角,进而计算出纤维体积分数。随后,选择了基于11种不同接结组织的三维机织复合材料试样,测试了试样的纤维体积分数,所得的测试结果与模型输出的预测值有很好的一致性。利用所建立的模型还定量讨论了接结组织对纤维体积分数和取向角的影响。结果表明:分层接结可以提供比正交接结高的纤维体积分数;而正交接结中接结经具有较大的取向,有利于增强三维机织复合材料在厚度方向上的力学性能。
根据三维机织结构中纱线系统的组成和相应纱线的几何形态,建立了具有普适意义的几何模型,获得了组成三维机织结构各纱线系统在一个结构单元内的纱线长度和取向角,进而计算出纤维体积分数。随后,选择了基于11种不同接结组织的三维机织复合材料试样,测试了试样的纤维体积分数,所得的测试结果与模型输出的预测值有很好的一致性。利用所建立的模型还定量讨论了接结组织对纤维体积分数和取向角的影响。结果表明:分层接结可以提供比正交接结高的纤维体积分数;而正交接结中接结经具有较大的取向,有利于增强三维机织复合材料在厚度方向上的力学性能。
2003, 20(5): 114-122.
摘要:
本文采用多相流模型对不同冷却条件下Al-Si/SiC系统二维凝固过程进行了数值模拟,对顶面冷却、底面冷却、侧面冷却和四面冷却条件下,无颗粒、小颗粒和大颗粒的情况进行了研究。溶质分布表明:对于分凝系数小于1的合金,先凝固的地方出现负偏析,后凝固的地方出现正偏析。顶面冷却和底面冷却时会出现A型偏析,侧面冷却和四面冷却时出现V型偏析。共晶分布验证了Scheil方程,共晶的产生会受到宏观偏析的影响,而且大颗粒的堆积会抑止共晶的产生。
本文采用多相流模型对不同冷却条件下Al-Si/SiC系统二维凝固过程进行了数值模拟,对顶面冷却、底面冷却、侧面冷却和四面冷却条件下,无颗粒、小颗粒和大颗粒的情况进行了研究。溶质分布表明:对于分凝系数小于1的合金,先凝固的地方出现负偏析,后凝固的地方出现正偏析。顶面冷却和底面冷却时会出现A型偏析,侧面冷却和四面冷却时出现V型偏析。共晶分布验证了Scheil方程,共晶的产生会受到宏观偏析的影响,而且大颗粒的堆积会抑止共晶的产生。
2003, 20(5): 123-129.
摘要:
研究复合材料斜交层板的柱状弯曲问题,建立新的数值计算方法。在厚度方向,利用翘曲修正理论,推导出了层板面内位移的两个序列分布规律;在长度方向,采用升阶谱位移函数,应用最小势能原理,给出了层板柱状弯曲的特殊有限元模型。通过典型例题的计算表明:应力、位移在厚度方向的分布计算结果与精确弹性解符合很好。本文方法的自由度少,方法简单,优于一阶剪切理论、高阶理论,适用于解决层板弯曲问题。
研究复合材料斜交层板的柱状弯曲问题,建立新的数值计算方法。在厚度方向,利用翘曲修正理论,推导出了层板面内位移的两个序列分布规律;在长度方向,采用升阶谱位移函数,应用最小势能原理,给出了层板柱状弯曲的特殊有限元模型。通过典型例题的计算表明:应力、位移在厚度方向的分布计算结果与精确弹性解符合很好。本文方法的自由度少,方法简单,优于一阶剪切理论、高阶理论,适用于解决层板弯曲问题。
2003, 20(5): 130-134.
摘要:
对于界面断裂的三维编织CMC,其断裂混合度Ψ对材料的断裂韧性影响显著。尽管由于一个不确定的参量——断裂特征长度,界面断裂混合度几乎难以确定,但是与界面断裂混合度相关的裂纹尖端断裂混合度Ψtip可以唯一确定。这样,就可以用裂纹尖端断裂混合度Ψtip研究三维编织CMC的断裂韧性。本文通过数值方法分析了倾斜角度、界面层厚度与混合度的关系,进一步研究了三维编织CMC的裂纹扩展路径对于裂尖混合度的影响,为材料断裂韧性的优化设计提供了依据。
对于界面断裂的三维编织CMC,其断裂混合度Ψ对材料的断裂韧性影响显著。尽管由于一个不确定的参量——断裂特征长度,界面断裂混合度几乎难以确定,但是与界面断裂混合度相关的裂纹尖端断裂混合度Ψtip可以唯一确定。这样,就可以用裂纹尖端断裂混合度Ψtip研究三维编织CMC的断裂韧性。本文通过数值方法分析了倾斜角度、界面层厚度与混合度的关系,进一步研究了三维编织CMC的裂纹扩展路径对于裂尖混合度的影响,为材料断裂韧性的优化设计提供了依据。
2003, 20(5): 135-141.
摘要:
对一种增强泡沫塑料隔振器动态性能进行实验研究,研究表明:这种隔振器具有强非线性滞后特性,恢复力受频率和振幅影响并与变形历史有关,恢复力滞后回线的形状和大小与隔振器的刚度和阻尼特性有关。针对隔振器的强非线性滞后特性,提出从能量分析出发,将这一复杂系统中的恢复力分解成保守力与非保守力,即将隔振器恢复力分解成弹性恢复力和阻尼力,由此提出建立能合理描述隔振器动力学特性数学模型的建模方法。实践证明:这是一种巧妙的建模方法,它为这类隔振器数学模型建立及参数辨识提供了有效手段,为隔振器动力学设计及动力优化奠定了良好基础。本文作者提出的研究方法对其它非线性滞后系统的分析有借鉴作用。
对一种增强泡沫塑料隔振器动态性能进行实验研究,研究表明:这种隔振器具有强非线性滞后特性,恢复力受频率和振幅影响并与变形历史有关,恢复力滞后回线的形状和大小与隔振器的刚度和阻尼特性有关。针对隔振器的强非线性滞后特性,提出从能量分析出发,将这一复杂系统中的恢复力分解成保守力与非保守力,即将隔振器恢复力分解成弹性恢复力和阻尼力,由此提出建立能合理描述隔振器动力学特性数学模型的建模方法。实践证明:这是一种巧妙的建模方法,它为这类隔振器数学模型建立及参数辨识提供了有效手段,为隔振器动力学设计及动力优化奠定了良好基础。本文作者提出的研究方法对其它非线性滞后系统的分析有借鉴作用。
2003, 20(5): 142-146.
摘要:
根据叠加原理将含有分层的复合材料层合曲梁在横向载荷作用下的受力状态分解为在面受力状态与出面受力状态,再将出面受力状态分解为无分层曲梁受横向载荷状态与含分层曲梁承受附加剪切载荷状态。将分层问题归结为在附加剪切载荷状态中,层合梁附加位移与附加应力的分析,并据此建立了一个简单的力学模型。最后得到了由分层引起的附加位移与应力的解析解答,并用能量释放率方法确定了应力强度因子。
根据叠加原理将含有分层的复合材料层合曲梁在横向载荷作用下的受力状态分解为在面受力状态与出面受力状态,再将出面受力状态分解为无分层曲梁受横向载荷状态与含分层曲梁承受附加剪切载荷状态。将分层问题归结为在附加剪切载荷状态中,层合梁附加位移与附加应力的分析,并据此建立了一个简单的力学模型。最后得到了由分层引起的附加位移与应力的解析解答,并用能量释放率方法确定了应力强度因子。
2003, 20(5): 147-153.
摘要:
根据叠加原理将含有矩形分层的复合材料圆柱壳块在横向载荷作用下的受力状态进行分解,将分层问题归结为在分层表面受附加剪切载荷作用时附加状态的分析,并据此建立了一个仅包含分层区的力学模型。通过切取纵横切片,利用含分层层合直梁与曲梁的附加位移,构造分层区附加位移模态。最后,应用最小势能原理确定位移幅值的闭合解。
根据叠加原理将含有矩形分层的复合材料圆柱壳块在横向载荷作用下的受力状态进行分解,将分层问题归结为在分层表面受附加剪切载荷作用时附加状态的分析,并据此建立了一个仅包含分层区的力学模型。通过切取纵横切片,利用含分层层合直梁与曲梁的附加位移,构造分层区附加位移模态。最后,应用最小势能原理确定位移幅值的闭合解。
