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2007年  第24卷  第2期

连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨
张立同, 成来飞
2007, 24(2): 1-6.
摘要:
连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CMC)是航空航天等高科技领域发展不可缺少的材料。其中, 连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)是研究最多、 应用最成功的一种。本文作者以CMC-SiC为例, 介绍了该材料的战略需求与应用领域, 详细分析了国内外的应用研究现状及发展趋势, 并对我国陶瓷基复合材料面临的机遇与挑战, 以及发展战略进行了探讨。
硅酸铝短纤维增强镁基复合材料的界面反应及其热力学分析
刘贯军, 李文芳, 彭继华, 尧建刚
2007, 24(2): 7-12.
摘要:
用晶化的硅酸铝短纤维作增强体, 用磷酸铝作黏结剂制得预制体, 用AZ91D作基体金属, 通过挤压浸渗工艺制备镁基复合材料。通过光学显微分析、 XRD衍射分析、 SEM扫描分析等, 初步观察研究了硅酸铝短纤维增强镁基复合材料的界面反应规律和反应产物。结果表明: 用硅酸铝短纤维增强AZ91D镁合金通过浸渗挤压法制备镁基复合材料是可行的; 镁与磷酸铝黏结剂反应后在界面上生成一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl2O4颗粒, 致使硅酸铝增强纤维和镁合金基体之间形成较强界面结合; 另外, 在硅酸铝短纤维的晶化处理过程中, 由于非晶态SiO2的析出, 导致Mg2Si脆性相在界面附近产生, 从而对该复合材料的力学性能产生一定影响。
WC在WC/灰铸铁复合材料基体中的溶解
李祖来, 蒋业华, 叶小梅, 周荣
2007, 24(2): 13-17.
摘要:
为了对WC/Fe复合材料的界面设计和控制提供理论指导, 论文分析了WC在WC/灰铸铁复合材料基体中的溶解热力学, 通过差热分析、 光学显微镜、 扫描电镜和X衍射等测试方法研究了WC与灰铸铁基体之间的界面, 对WC颗粒在基体中的溶解过程进行了探讨。研究结果表明: WC颗粒与HT300基体润湿良好, 当系统最高温度为1450℃时, WC颗粒的表面有明显被溶解的痕迹, WC颗粒在HT300基体溶液中发生明显溶解的开始温度约为1281℃; 当系统温度升高到某一温度时, WC发生分解反应(2WCW2C+C), 元素扩散将促进WC颗粒的溶解。
二氧化硅/片状金属磁粉壳核粒子制备及电磁特性
谢建良, 陆传林, 邓龙江
2007, 24(2): 18-22.
摘要:
以正硅酸乙酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶工艺对厚度1 μ m、 直径5 μ m左右的片状金属磁性微粉进行表面改性, 获得SiO2 /金属壳-核结构复合粒子。用SEM、 TEM、 RA-IR等方法对磁粉表面SiO2纳米粒子膜的形貌、 结构进行表征, 并对改性前后磁粉/石蜡复合材料的复磁导率和复介电常数等微波电磁参数进行测试。结果表明: SiO2纳米粒子吸附在磁粉表面, 形成高电阻率的包覆膜; 将该微粉按质量比(5 ∶ 1)与石蜡复合, 在2~18GHz频率范围内测量介电常数, 与未改性样品比较, 其介电常数实部平均下降约20, 虚部平均下降约7, 而对应的复磁导率变化较小。用金属磁粉制备1mm厚的吸波涂层, 涂层在8dB的吸收带宽由改性前的3.2GHz (7.0~10.2GHz)增加到改性后的7GHz (7.6~14.6GHz), 改善了吸收剂的吸波性能。
复合材料热压成型过程的树脂压力测试系统
顾轶卓, 张佐光, 李敏
2007, 24(2): 23-27.
摘要:
在树脂基复合材料的成型工艺中大多涉及到树脂的流动过程, 而树脂压力是反映这一过程的重要参数, 监测成型过程中树脂压力的变化可以为工艺参数的选择和构件质量的控制提供指导。本文中针对热压工艺, 根据液体传压原理和特点, 自行研制了复合材料成型过程树脂压力测试系统, 对系统的精度和动态响应性能进行了研究, 并以该系统为测试手段, 初步研究了玻璃纤维单向层板中树脂压力的变化规律。结果表明, 该系统具有准确度高和动态响应敏感的特点, 满足热压成型过程树脂压力的测试要求, 为研究工艺过程树脂流动行为提供了有力的测试与验证手段。
高温导热绝缘涂料
周文英, 齐暑华, 王彩风, 郭建
2007, 24(2): 28-32.
摘要:
以环氧改性有机硅树脂为基体, 氮化硅、 氧化铝混合填料为导热粒子制备了导热绝缘涂料。研究了涂料力学性能、 热导率、 电绝缘性、 热稳定性等性能。结果表明: 在填料质量分数40%及较佳的氧化铝与氮化硅质量比时, 涂层拉伸强度为8.02MPa, 断裂延伸率为1.27%, 附着力达到572.2N · cm-2, 热导率高达1.25W · (m · K)-1, 介电常数5.7, 体、 表电阻率分别为3×1013Ω · cm与4.3×1013Ω, 可长期在200℃下使用。与不使用导热填料的环氧改性有机硅树脂涂层相比具有较高的传热能力。
亚微米核壳橡胶粒子改性聚苯乙烯 ——接枝度对形态结构及力学性能的影响
高光辉, 赵文卓, 赵云娜, 张会轩
2007, 24(2): 33-37.
摘要:
通过乳液接枝聚合技术合成不同聚丁二烯(PB)含量的聚丁二烯接枝聚苯乙烯(PB-g-PS)共聚物, 共混改性聚苯乙烯(PS), 使PB含量控制在20wt%。通过对接枝共聚物PB-g-PS接枝度的测定, 分析了不同接枝度对橡胶粒子分散状态以及橡胶粒子内部结构的影响, 考察了不同接枝度对改性聚苯乙烯力学性能的影响。通常认为橡胶粒子只有在1~3μm时才能对聚苯乙烯进行有效增韧, 然而实验结果表明, 使用粒径约为300nm的核壳橡胶粒子改性聚苯乙烯冲击韧性提高很大。此时, 接枝共聚物具有最佳核壳比PB/PS为70/30, 橡胶粒子呈均匀分散状态, 且最大冲击强度为124.9J/m, 相当于纯聚苯乙烯冲击强度的10倍。
纳米SiO2改性炭纤维乳液上浆剂的性能评价
杨禹, 吕春祥, 王心葵, 苏小雷, 贺福, 李永红
2007, 24(2): 38-43.
摘要:
采用纳米SiO2改性环氧树脂乳液上浆剂和未改性乳液上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面上浆。通过静置沉淀法和光学显微镜评价了两种乳液的稳定性。利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线能谱仪(EDS)、 原子力显微镜(AFM)和动态接触角测试仪(DCAA)研究了未上浆、 未改性和改性上浆炭纤维的表面性能, 并用单纤维碎裂法探讨了上浆剂对炭纤维与环氧树脂界面黏结的影响。结果表明: 未改性和经纳米SiO2改性的两种乳液粒径较小, 稳定性较好, 而前者优于后者。上浆后, 炭纤维表面的粗糙度和表面能都增大, 而且最大值出现在改性乳液上浆炭纤维的表面。改性乳液上浆单纤维复合材料拥有最大的界面剪切强度(IFSS), 比未改性上浆的高出27.2%; 改性上浆炭纤维与基体的调和平均黏结功(W(h)a )和几何平均黏结功(W(g)a )也分别高出未改性上浆的12.7%和11.7%。
受阻酚/丁腈橡胶复合材料的结构与性能
赵秀英, 向平, 张立群
2007, 24(2): 44-49.
摘要:
在丁腈橡胶中添加受阻酚AO-60制备受阻酚/丁腈橡胶复合材料。利用差示扫描量热(DSC)、 扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 动态力学分析(DMTA)等测试手段对该复合材料的结构进行了表征, 并对其动态力学性能进行了研究。结果表明: 该复合材料中受阻酚AO-60的结晶性能发生变化, 由结晶态转变为无定形态。AO-60在丁腈橡胶基体中形成了富集区, 在AO-60分子间和AO-60与NBR分子之间形成了大量的氢键。该复合材料不仅存在丁腈橡胶的玻璃化转变, 还有两次异常的松弛过程, 这归因于体系中分子间氢键的解离。该复合材料具有很高的损耗性能, 有很好的阻尼材料应用前景。
2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚有机改性蒙脱土
杨娇萍, 付绍云, 刘生, 杨果
2007, 24(2): 50-54.
摘要:
以2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)作为插层剂, 采用阳离子交换法对钠基蒙脱土进行了有机改性; 研究了DMP -30与盐酸的摩尔比对蒙脱土有机改性效果的影响; 采用SEM、 TEM、 IR和XRD等对样品的微观形貌和结构进行了表征。结果表明: DMP-30与盐酸的摩尔比对蒙脱土有机改性具有明显的影响, 在合适的摩尔比(1 ∶ 2)时, DMP-30分子插入到蒙脱土片层间, 片层间距由1.34nm 增加至1.81nm。对改性后蒙脱土与环氧基体的复合效果进行了研究, 结果显示, 复合材料中蒙脱土的d001衍射峰消失, 表明有机改性蒙脱土在环氧树脂基体中得到了充分剥离。
环氧树脂改性双环戊二烯型氰酸酯树脂固化反应性
王金合, 梁国正, 王结良, 张增平
2007, 24(2): 55-60.
摘要:
采用凝胶试验、 FTIR和DSC等手段研究了环氧E-51与双环戊二烯型氰酸酯(DCPDCE)共聚体系的固化反应性以及阶梯固化过程中—OCN基、 三嗪环、 唑啉、 噁唑啉酮的变化情况。结果表明, 环氧树脂既能够催化氰酸酯本身三聚成环反应, 又对氰酸酯三聚成环反应有稀释作用。当环氧树脂含量(环氧占混合物总量的质量百分比)大于5wt%时, 催化效果增加不明显, 稀释作用加强; 当环氧树脂含量约为25wt%时, 以上两种作用效果基本平衡, 改性体系的固化反应活性和纯DCPDCE相当。阶梯固化时, 低温阶段(160~180℃)主要发生生成三嗪环和唑啉的反应, 高温阶段(200~220℃)主要发生三嗪环和唑啉向噁唑啉酮的转化反应。另外, —OCN基的低温转化率随着环氧树脂含量的增大而提高, 固化树脂的最终结构组成和环氧树脂的含量有关。
聚苯硫醚及其纤维增强复合材料的等温结晶形态
章日超, 芦艾, 易勇, 陈晓媛, 余雪江, 刘丹丹, 李忠明
2007, 24(2): 61-67.
摘要:
采用热台偏光显微镜技术观察了聚苯硫醚(PPS)及其玻璃纤维、 炭纤维及芳纶纤维增强复合材料等温结晶过程中球晶结构形态的变化。研究了等温结晶温度对PPS的晶体形态及球晶生长速率的影响。结果表明, 结晶温度对PPS的结晶影响非常明显。在235~265℃, 随着等温结晶温度的升高, 聚苯硫醚球晶形态发生了从细小而具有部分束状结构到大而完善再到细小而不完善的变化过程, 球晶的生长速率随着结晶温度的增大呈非线性下降。而纤维的存在使PPS的结晶形态发生了从球晶结构到横穿晶的变化, 且不同纤维诱导形成横穿晶的程度有所不同。其中玻璃纤维和芳纶纤维可以诱导形成较为明显的横穿晶形态, 而炭纤维则不能诱导形成明显的横穿晶。
纳米ZnO对MC尼龙结构和性能的影响
周莉, 田彦文, 臧树良, 张建中
2007, 24(2): 68-72.
摘要:
采用原位聚合反应制备了纳米ZnO/MC尼龙6复合材料。对所制备的复合材料进行力学性能、 形貌、 结构检测及DSC、 XRD分析, 结果表明: 复合材料中的ZnO粒径小于100nm, 分布均匀; 纳米ZnO/MC尼龙6复合材料拉伸强度比纯MC尼龙6提高20%; 断裂伸长率提高33%; 弯曲模量提高36%; 冲击强度提高87%。纳米ZnO的加入对α晶型的衍射特征峰影响不大, 不改变尼龙6的结晶形态, 但使晶粒度加大, 结晶度减小; 动态高温XRD分析表明, 加入纳米ZnO, 能提高MC尼龙融熔温度, 纳米ZnO/MC尼龙6复合材料的结晶形态和相对结晶度在高低温度间基本是可逆的。
CF/GF混杂增强环氧树脂复合材料的高载动态黏弹特性
贺成红, 张佐光, 李玉彬, 孙志杰
2007, 24(2): 73-78.
摘要:
采用高载动态热机械分析仪EPLEXOR500对T300/S-2混杂纤维增强环氧树脂复合材料的动态黏弹特性进行了分析, 考察了静态载荷、 动态载荷对其储能模量、 损耗模量和损耗角正切的影响, 并研究和对比了不同载荷水平下混杂比以及混杂方式对动态黏弹性参数的影响规律。结果表明: 不同混杂比复合材料的储能模量均随动态载荷的增大而降低, 随静态载荷的增大而增大, 损耗模量和损耗角正切则随两种载荷的增大而降低。高载荷下混杂复合材料的储能模量仍较好地符合"复合梁理论"。动载扫描模式下, 损耗角正切随混杂比的变化基本符合"混合定律", 夹芯混杂复合材料的储能模量远高于层间混杂复合材料, 且损耗角正切也比层间混杂时大; 但在静载扫描模式下则是层间混杂复合材料的损耗角正切更大。
硅酸盐纳米纤维增强橡胶复合材料的结构与性能
肖春金, 田明, 张立群
2007, 24(2): 79-85.
摘要:
利用天然针状硅酸盐——凹凸棒石(AT)的结构特点, 采用机械共混法并结合原位改性技术制备了一系列硅酸盐纳米纤维/橡胶复合材料, 研究了复合材料的结构与性能, 分析了针状硅酸盐良好增强效果的内在机制。借助硅烷偶联剂的原位改性和混合过程中的机械剪切力, AT微米聚集体被解离成长径比为10~30的纳米纤维分散在橡胶基体中, 纳米复合材料表现出短纤维/橡胶复合材料(SFRC)的应力-应变特性和明显的力学性能各向异性。而且, AT/橡胶纳米复合材料具有优良的高温模量和加工性能。AT的优良的增强效果来源于AT的纳米分散和良好的纤维-橡胶界面结合。
红外高发射陶瓷涂层发射率与厚度关系
周基炜, 王小群, 韩杰才
2007, 24(2): 86-91.
摘要:
红外陶瓷涂层在满足高发射率设计要求的前提下, 应尽量降低涂层厚度, 以满足力学性能要求, 节约原料, 减轻器件重量。因此探索厚度与发射率之间的定量关系, 是高发射率涂层研制中的一项重要内容。本文作者通过在水解法制备的氧化铝溶胶中加入高发射率填料, 制备了高发射率涂料, 并采用喷涂和旋涂工艺得到几种不同厚度的高发射复合陶瓷涂层。通过实验测试考察了复合陶瓷涂层的发射率随涂层厚度的变化规律, 确定了复合涂层的临界厚度。在均匀涂层发射率与厚度关系模型的基础上, 结合Maxwell-Garnett理论, 建立了复合涂层发射率与厚度的理论关系模型。该模型对发射率的计算结果与实验值吻合较好, 表明该模型可以用于实际复合涂层的发射率或临界厚度的预报。
四种甲虫鞘翅的力学参数测定及微结构观测
杨志贤, 王卫英, 虞庆庆, 戴振东
2007, 24(2): 92-98.
摘要:
研究了4种甲虫(白星花金龟、 东方龙虱、 独角仙、 毛黄鳃金龟)鞘翅的材料力学参数及其微结构。鞘翅截面微观结构观察表明, 这4种甲虫鞘翅均由鞘翅背壁、 中空夹芯层和鞘翅腹壁构成, 背、 腹壁之间由桥墩状几丁质纤维空心柱体结构连接, 两鞘翅间以凹凸啮合结构联接。用纳米压痕仪测得这4种甲虫鞘翅背壁致密层的弹性模量均值分别为9.08、 8.21、 4.76、 6.00GPa, 硬度分别为0.44、 0.48、 0.18、 0.18GPa。用多功能材料性能实验机测定白星花金龟、 东方龙虱、 独角仙鞘翅之间的联接强度分别为46.43、 7.38、 11.34mN/mm。该研究为轻质结构的设计提供了仿生学基础。
炭纤维水泥石压敏传感器的温湿度补偿方法
韩宝国, 欧进萍
2007, 24(2): 99-104.
摘要:
介绍了适合混凝土结构局部压应力、 压应变状态监测的嵌入式炭纤维水泥石压敏传感器的概念及其传感原理, 并研究了环境温度和湿度两个因素对炭纤维水泥石压敏传感器零点输出的影响; 同时从传感器电路设计角度探讨了温度、 湿度的补偿方法及其在结构中的应用方式。研究表明: 炭纤维水泥石压敏传感器的零点输出对环境温度、 湿度的变化比较敏感, 温度、 湿度的最大影响分别约为6%和200%; 对炭纤维水泥石压敏传感器采用"测试-补偿"对耦设置构成的补偿电路可以消除因环境温度、 湿度以及极化作用产生的噪声信号对传感器零点输出的影响。
高温炭化处理对三维五向碳/酚醛编织复合材料拉伸性能的影响
李仲平, 卢子兴, 冯志海, 李典森
2007, 24(2): 105-112.
摘要:
对未经炭化和经不同温度炭化处理后的三维五向碳/酚醛编织复合材料进行了纵向和横向拉伸实验, 获得了拉伸应力-应变曲线, 并确定了材料的拉伸强度、 拉伸模量、 破坏应变和泊松比等主要力学性能, 分析了这类材料经不同温度炭化处理后拉伸力学性能的变化规律。对试件拉伸实验后的破坏断口进行了宏观和微观分析, 探讨了材料的变形和破坏机理。实验结果表明: 随炭化处理温度的增加, 三维五向碳/酚醛编织复合材料的纵向、 横向拉伸强度和拉伸模量均呈先降后升的趋势, 存在一个转折温度, 超过该温度, 材料的拉伸强度和拉伸模量从下降变为上升, 但拉伸模量的变化幅度较小; 但是, 随着炭化温度的升高, 材料的破坏应变是逐渐降低的。通过形貌观察和树脂热分解机理分析, 认为在不同的炭化处理温度下, 材料的细观组织结构演变存在明显的差异, 因此造成了材料力学性能的变化。
碳/环氧树脂复合材料应变率效应的实验研究
王正浩, 赵桂平, 马君峰, 张建新
2007, 24(2): 113-119.
摘要:
选择两种铺设方式( SS)的T300/Epoxy(炭纤维/环氧树脂)层合板, 利用MTS试验机以及Hopkinson拉伸杆分别对其进行了准静态拉伸试验(应变率为10-5~10-4 s-1)、 中应变率拉伸试验(应变率为100 ~101s-1)和高速冲击拉伸试验(应变率为102~104s-1)。静态、 动态实验的试件形状及尺寸均相同。获得了不同应变率加载条件下T300/Epoxy的应力-应变曲线。基于所获得的应力-应变曲线, 讨论了应变率对炭纤维增强复合材料力学性能的影响。研究结果表明: 复合材料T300/Epoxy是应变率相关的材料; 层合板的铺设方向对其应变率效应有着显著的影响; 随着应变率的增加, 材料的强度及弹性模量有较大程度的提高, 但破坏应变有所降低。通过对试验结果的数据拟合, 提出了材料应变率相关的动态本构模型。
固化度与固化收缩对非对称复合材料 层合板固化变形的影响
张纪奎, 郦正能, 关志东, 程小全
2007, 24(2): 120-124.
摘要:
采用三维有限元方法研究复合材料非对称层合板在热载荷和固化收缩载荷下的固化变形情况, 建立了材料力学特性、 固化体积收缩量和温度与固化度之间的函数关系, 考察了层合板变形曲率与温度和固化度之间的关系。数值计算结果表明: 非对称层合板变形曲率与固化终止时固化度有密切关系; 固化变形主要发生在降温阶段; 固化收缩对层合板变形曲率影响很小, 主要发生在第二个保温平台的前半段。
复合材料层合板固化压实过程有限元数值模拟及影响因素分析
张纪奎, 郦正能, 关志东, 程小全, 刘涛
2007, 24(2): 125-130.
摘要:
根据有效应力准则和达西定律建立了描述复合材料固化压实过程层合板压缩和树脂流动的二维有限元方程, 节点自由度为位移和树脂压力, 采用向后差分方法直接耦合积分求解以提高收敛速度。数值计算结果表明: 随着层合板厚度的增加, 厚度压缩率减小, 固化压实所需时间增加, 树脂在厚度方向的不均匀性逐渐增加。对于厚度较大的层合板, 采用提高固化压力和双面吸胶两种工艺对比情况说明, 后者可以显著提高压实程度并得到相对均匀的树脂含量分布。
卵形弹丸撞击下FRP层合板的侵彻和穿透
覃悦, 文鹤鸣, 何涛
2007, 24(2): 131-136.
摘要:
研究了卵形弹丸撞击下FRP层合板的侵彻和穿透性能, 在局部化破坏模式假定的基础上改进了Wen提出的能量简化分析模型。改进模型仍假设弹体在侵彻过程中表面所受靶体的平均压力由靶体材料弹塑性变形所引起的静态阻力和速度效应引起的动阻力两部分组成, 认为侵彻过程中靶体对弹的阻力不再是一个常数, 而是与侵彻速度相关的函数。同时针对不同厚度靶板的破坏模式, 建立了几种不同的侵彻和穿透模型。通过弹头长度与靶板厚度的比较, 将侵彻过程分为部分侵彻和完全侵彻; 穿透过程分为薄板穿透和中厚板穿透。并且根据不同的破坏方式给出了求解卵形弹丸的侵彻深度、 残余速度和极限速度的预测公式。模型预测与实验数据进行了比较, 发现侵彻深度和弹道极限速度的理论预测值与实验数据吻合得很好。
冲击载荷下CFRP及GFRP层板断裂韧性的研究
韩小平, 曹效昂, 朱西平
2007, 24(2): 137-142.
摘要:
利用Hopkinson杆加载装置, 对带有单边切口的炭纤维增强复合材料(CFRP)及玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层板试件进行冲击拉伸加载实验。根据一维应力波理论求得作用于试件上的载荷P(t)和试件加载点的位移δ(t)。 根据试样中应力随时间的变化历史σ(t), 并基于断裂韧性测试原理, 建立了动态应力强度因子K (t)响应曲线。利用柔度变化率方法确定起裂时间, 分别得到在两种加载速率下CFRP、 GFRP层板的动态断裂韧性。结果表明, 随着加载速率的提高, 这两种复合材料的断裂韧性降低。
用光纤干涉仪检测I形复合材料梁腹板/翼缘连接处的分层
许颖, 梁坚凝, 江毅
2007, 24(2): 143-150.
摘要:
介绍了一种在超声回弹波频谱分析基础上用光纤干涉仪来检测I形复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的方法, 利用超声发射器在I形梁中产生应力波, 用表面粘贴的光纤干涉仪来接收应力波产生的输出信号, 对此信号进行频谱分析可找到I形梁的分层位置。理论分析和实验都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。
含矩形边缘分层缺陷层合板的压缩性能
程小全, 王进, ALIAl-Mansour, 胡仁伟, 关志东
2007, 24(2): 151-158.
摘要:
对含矩形边缘分层缺陷层合板的压缩性能进行试验研究和理论分析, 考察了层合板厚度(含铺层形式)、 分层位置、 形状、 面积以及环境等因素对压缩强度的影响, 并采用分层扩展以及软化夹杂两种模型对含分层层合板的压缩强度进行了计算和破坏机理分析。结果表明: 厚板对边缘分层缺陷不敏感, 中等厚度和薄层合板比较敏感; 缺陷的位置和形状对层合板压缩强度有一定的影响; 湿热环境改变了含缺陷板的压缩破坏机理, 并对中等厚度板和薄板的压缩强度有明显的影响。两种模型中软化夹杂模型效果较好, 可用于工程设计计算。
复合材料层合板冲击后压-压疲劳寿命预测方法
徐颖, 温卫东, 崔海涛
2007, 24(2): 159-167.
摘要:
针对冲击后复合材料层合板, 发展了含冲击初始损伤层合板的压-压疲劳寿命预测方法。该方法基于无损单向板的力学性能和疲劳特性, 对不同铺层参数、 不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为消除人为假设冲击损伤造成的误差, 对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析, 即把冲击后层合板的实际损伤状态直接作为疲劳分析的初始状态。同时基于逐渐损伤思想, 推导了含冲击初始损伤层合板的应力分析过程, 建立了相应的三维逐渐累积损伤模型, 开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序, 为复合材料层合结构的抗冲击设计及其疲劳损伤扩展行为研究提供了较好的技术平台。
先进复合材料格栅加筋板的总体稳定性分析
吴德财, 徐元铭, 万青
2007, 24(2): 168-173.
摘要:
通过建立复合材料格栅结构单元的基本力学假设和分析模型, 推导了一种新的等效刚度计算方法, 用于分析复合材料格栅加筋板的总体稳定性。该方法充分考虑了筋条和面板的相互作用和中面偏移效应, 并具有通用性。结合Rayleigh-Ritz能量近似法, 推导出了求解加筋板总体屈曲载荷的通用特征方程; 分析了多种算例, 并与修正平铺法进行了比较, 结果吻合得很好。
基于非线性本构关系的复合材料风机叶片有限元极限分析与设计
张春丽, 黄争鸣, 董国华
2007, 24(2): 174-183.
摘要:
为了研究具有三维复杂构形的复合材料风机叶片的逐次破坏过程和极限承载能力, 将复合材料细观力学非线性本构理论桥联模型与有限元软件ABAQUS通过用户子程序UGENS结合起来对风力发电机叶片结构进行极限强度分析。只需提供纤维和基体的材料性能参数、 纤维体积含量以及蒙皮和增强筋的铺层数据包括铺设角、 层厚和铺层数, 就可预报出复合材料复杂叶片结构的整体承载能力以及叶片破坏所处的位置, 为正确评估和合理设计风机叶片结构提供了一种简便有效的分析方法。以一种20kW风机叶片为例, 用此方法实现了新型复合材料叶片结构的极限分析和合理设计, 提高了叶片的强度和刚度, 有效降低了叶片的重量。本文中的方法同样适用于其它复合材料复杂结构的极限分析与强度设计。
硬化水泥浆体弹性模量细观力学模型
林枫, MEYERChristian
2007, 24(2): 184-189.
摘要:
应用复合材料力学理论和有孔介质力学(Poromechanics)理论建立了一个描述硬化硅酸盐水泥浆体弹性模量的细观力学模型, 将硬化水泥浆体从不同尺度上划分为4个层次, 即C-S-H凝胶、 水泥水化产物、 水泥浆体骨架和水泥浆体, 分别应用不同的细观力学模型予以描述: 将C-S-H视为饱和的有孔介质; 应用Mori-Tanaka模型描述水泥水化产物的弹性性质; 应用三相模型(Three-phase model)模拟水泥浆体骨架的有效弹性模量; 最后, 再次应用Mori-Tanaka模型和有孔介质理论, 计算水泥浆体的排水和不排水弹性模量(Drained and undrained elastic moduli)。该模型所需要的参数为水泥浆体各个组成部分的自身弹性性质, 使用方便。通过预测文献中的实测结果, 证明了该模型的有效性。