2007年 第24卷 第6期
2007, 24(6): 1-6.
摘要:
利用注射成型制备了甘蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料, 分析了纤维质量分数、 注射成型条件以及添加物对复合材料力学性能的影响。结果表明, 随着纤维质量分数的增加, 材料的弯曲模量呈递增趋势。由于甘蔗渣纤维热降解的发生, 材料的力学性能随筒体温度的增加呈下降趋势。在模具温度90℃、 注射间隔时间30s、 不同的筒体温度185℃和165℃的成型条件下, 材料的弯曲性能和冲击强度分别呈现最大值。添加了马来酸酐改性聚丙烯后, 材料的弯曲强度和冲击强度得到了提高。
利用注射成型制备了甘蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料, 分析了纤维质量分数、 注射成型条件以及添加物对复合材料力学性能的影响。结果表明, 随着纤维质量分数的增加, 材料的弯曲模量呈递增趋势。由于甘蔗渣纤维热降解的发生, 材料的力学性能随筒体温度的增加呈下降趋势。在模具温度90℃、 注射间隔时间30s、 不同的筒体温度185℃和165℃的成型条件下, 材料的弯曲性能和冲击强度分别呈现最大值。添加了马来酸酐改性聚丙烯后, 材料的弯曲强度和冲击强度得到了提高。
2007, 24(6): 7-12.
摘要:
采用在炭纤维表面接枝含有不同链长的偶联剂的方法, 研究了链长对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响。纤维和树脂的浸润性通过纤维表面能的测定以及纤维表面能和浸润性的讨论进行了评价。通过复合材料界面剪切强度测试以及断口形貌分析对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面性能进行了研究。结果表明, 随着炭纤维表面链长的增长, 炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面粘结性能随之提高。界面粘结性能的提高主要归因于接枝于炭纤维表面的偶联剂的分子链和聚芳基乙炔树脂分子链发生了物理缠结作用, 并且这种缠结作用随着纤维表面分子链的长度的增加而增强。
采用在炭纤维表面接枝含有不同链长的偶联剂的方法, 研究了链长对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响。纤维和树脂的浸润性通过纤维表面能的测定以及纤维表面能和浸润性的讨论进行了评价。通过复合材料界面剪切强度测试以及断口形貌分析对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面性能进行了研究。结果表明, 随着炭纤维表面链长的增长, 炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面粘结性能随之提高。界面粘结性能的提高主要归因于接枝于炭纤维表面的偶联剂的分子链和聚芳基乙炔树脂分子链发生了物理缠结作用, 并且这种缠结作用随着纤维表面分子链的长度的增加而增强。
2007, 24(6): 13-18.
摘要:
将连续炭纤维束用自制的空气梳分散成单丝状长带后, 通过采用循环伏安法的电化学方法将单体苯酚在炭纤维表面聚合成膜, 对炭纤维进行表面修饰, 以提高复合材料中炭纤维与树脂基体的界面粘结性能。红外光谱分析表明, 苯酚电聚合膜能够增加炭纤维表面的羟基、 醚键等活性官能团, 从而提高炭纤维与环氧树脂基体的界面粘结强度。与未进行表面修饰的炭纤维增强环氧树脂复合材料相比, 以聚苯酚膜修饰的炭纤维单丝带增强的环氧树脂基复合材料横向拉伸强度最大提高了90%, 纵向拉伸强度最大提高了45%, 层间剪切强度最大提高了110%。实验也表明, 将炭纤维束分散成炭纤维单丝带后能够更有效地增强复合材料的各项力学性能。
将连续炭纤维束用自制的空气梳分散成单丝状长带后, 通过采用循环伏安法的电化学方法将单体苯酚在炭纤维表面聚合成膜, 对炭纤维进行表面修饰, 以提高复合材料中炭纤维与树脂基体的界面粘结性能。红外光谱分析表明, 苯酚电聚合膜能够增加炭纤维表面的羟基、 醚键等活性官能团, 从而提高炭纤维与环氧树脂基体的界面粘结强度。与未进行表面修饰的炭纤维增强环氧树脂复合材料相比, 以聚苯酚膜修饰的炭纤维单丝带增强的环氧树脂基复合材料横向拉伸强度最大提高了90%, 纵向拉伸强度最大提高了45%, 层间剪切强度最大提高了110%。实验也表明, 将炭纤维束分散成炭纤维单丝带后能够更有效地增强复合材料的各项力学性能。
2007, 24(6): 19-25.
摘要:
为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯 (PP) 的力学性能的影响, 采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO2/PP 复合材料, 并通过其缺口冲击、 拉伸、 弯曲试验和冲击断面的形貌观察, 分析研究了微纳米SiO2颗粒大小、 填充量、 表面改性以及不同颗粒大小SiO2混合物对PP复合材料增韧、 增强效果的影响。实验结果表明: 纳米SiO2的加入可以同时改善其韧性、 刚性和强度; 填充量相同, 颗粒越细, SiO2/PP复合材料的力学性能越好。SiO2经改性后填充到PP基体中, 明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能, 使复合材料的综合力学性能得到提高。不同颗粒大小的SiO2混合后填充到PP基体中, 混合SiO2的协同效应使复合材料拉伸、 弯曲性能进一步提高, 对PP基体具有更好的增强效果, 但其冲击性能下降。
为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯 (PP) 的力学性能的影响, 采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO2/PP 复合材料, 并通过其缺口冲击、 拉伸、 弯曲试验和冲击断面的形貌观察, 分析研究了微纳米SiO2颗粒大小、 填充量、 表面改性以及不同颗粒大小SiO2混合物对PP复合材料增韧、 增强效果的影响。实验结果表明: 纳米SiO2的加入可以同时改善其韧性、 刚性和强度; 填充量相同, 颗粒越细, SiO2/PP复合材料的力学性能越好。SiO2经改性后填充到PP基体中, 明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能, 使复合材料的综合力学性能得到提高。不同颗粒大小的SiO2混合后填充到PP基体中, 混合SiO2的协同效应使复合材料拉伸、 弯曲性能进一步提高, 对PP基体具有更好的增强效果, 但其冲击性能下降。
2007, 24(6): 26-30.
摘要:
以醋酸锌(ZnAC2 ·2H2O)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料, N-N-二甲基甲酰胺为溶剂, 采用溶胶-凝胶原位复合的方法制备纳米硫化锌/聚偏氟乙烯复合膜。X射线衍射和透射电镜分析表明, 复合膜中的ZnS晶粒分布均匀, 平均尺寸在3~7nm之间, 具有明显的立方相结构。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析表明, 随着ZnS晶粒度的减小, 复合膜的吸收边出现从310→270nm的蓝移, 该复合膜中同时存在368nm的激子复合发光和429nm自激活发光。分散剂的加入不会对复合膜的荧光性能产生本质的影响, 但可以使ZnS生长速度减慢, 分散更均匀。
以醋酸锌(ZnAC2 ·2H2O)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料, N-N-二甲基甲酰胺为溶剂, 采用溶胶-凝胶原位复合的方法制备纳米硫化锌/聚偏氟乙烯复合膜。X射线衍射和透射电镜分析表明, 复合膜中的ZnS晶粒分布均匀, 平均尺寸在3~7nm之间, 具有明显的立方相结构。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析表明, 随着ZnS晶粒度的减小, 复合膜的吸收边出现从310→270nm的蓝移, 该复合膜中同时存在368nm的激子复合发光和429nm自激活发光。分散剂的加入不会对复合膜的荧光性能产生本质的影响, 但可以使ZnS生长速度减慢, 分散更均匀。
2007, 24(6): 31-35.
摘要:
以三元乙丙橡胶(EPDM)作为基体, Fe2O3和焙烧过的Fe2O3粉末分别作为填料, 利用熔融共混的方法, 制备出一种新型吸油复合材料, 这类材料可以直接漂浮于含油废水表面使用。研究了填料和交联剂的用量对材料吸油率的影响。结果表明: 交联剂过氧化二异丙苯(DCP)为3wt％, Fe2O3为25wt％时, Fe2O3/EPDM吸油率达到最大; DCP为2wt%, Fe2O3(焙烧)为30wt%时, Fe2O3(焙烧)/EPDM吸油率达到最大。选择2组样品中吸油率最高的样品, 对比它们对机油的吸油速率。实验表明, Fe2O3(焙烧)/EPDM的吸油速率大于Fe2O3/EPDM的吸油速率。Fe2O3/EPDM的吸油率比交联EPDM的吸油率提高了227%; Fe2O3(焙烧)/EPDM的吸油率比Fe2O3/EPDM的吸油率最大可提高64%。分析认为, Fe2O3粒子破坏掉一部分高分子链段间的作用力, 并对网络起支撑作用, 为油分子提供了更多的进入通道和空间, 故吸油性得到提高。Fe2O3(焙烧)/EPDM的吸油特性要优于Fe2O3/EPDM。
以三元乙丙橡胶(EPDM)作为基体, Fe2O3和焙烧过的Fe2O3粉末分别作为填料, 利用熔融共混的方法, 制备出一种新型吸油复合材料, 这类材料可以直接漂浮于含油废水表面使用。研究了填料和交联剂的用量对材料吸油率的影响。结果表明: 交联剂过氧化二异丙苯(DCP)为3wt％, Fe2O3为25wt％时, Fe2O3/EPDM吸油率达到最大; DCP为2wt%, Fe2O3(焙烧)为30wt%时, Fe2O3(焙烧)/EPDM吸油率达到最大。选择2组样品中吸油率最高的样品, 对比它们对机油的吸油速率。实验表明, Fe2O3(焙烧)/EPDM的吸油速率大于Fe2O3/EPDM的吸油速率。Fe2O3/EPDM的吸油率比交联EPDM的吸油率提高了227%; Fe2O3(焙烧)/EPDM的吸油率比Fe2O3/EPDM的吸油率最大可提高64%。分析认为, Fe2O3粒子破坏掉一部分高分子链段间的作用力, 并对网络起支撑作用, 为油分子提供了更多的进入通道和空间, 故吸油性得到提高。Fe2O3(焙烧)/EPDM的吸油特性要优于Fe2O3/EPDM。
2007, 24(6): 36-43.
摘要:
用自行设计的微纳多层共挤出体系制备了三元乙丙橡胶/聚苯乙烯(EPDM/PS)交替多层复合材料。偏光显微镜和扫描电镜分析表明, 所制备的复合材料具有规则层状交替结构。与同组分的一般共混样品相比, 64层EPDM/PS交替复合材料表现出不同的拉伸断裂行为: 初期的PS断裂行为和后期的EPDM拉伸行为。EPDM和PS层保持了较好的连续性, 且EPDM层阻止了PS层裂纹向相邻PS层的发展, 使64层样品与同组分的一般共混样品相比具有较高的拉伸强度和杨氏模量。讨论了在PS相中加入相容剂苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)对64层EPDM/PS交替复合材料力学性能的影响, 发现SEBS的加入提高了PS相的韧性, 并且改善了EPDM层与PS层界面的相互作用。
用自行设计的微纳多层共挤出体系制备了三元乙丙橡胶/聚苯乙烯(EPDM/PS)交替多层复合材料。偏光显微镜和扫描电镜分析表明, 所制备的复合材料具有规则层状交替结构。与同组分的一般共混样品相比, 64层EPDM/PS交替复合材料表现出不同的拉伸断裂行为: 初期的PS断裂行为和后期的EPDM拉伸行为。EPDM和PS层保持了较好的连续性, 且EPDM层阻止了PS层裂纹向相邻PS层的发展, 使64层样品与同组分的一般共混样品相比具有较高的拉伸强度和杨氏模量。讨论了在PS相中加入相容剂苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)对64层EPDM/PS交替复合材料力学性能的影响, 发现SEBS的加入提高了PS相的韧性, 并且改善了EPDM层与PS层界面的相互作用。
2007, 24(6): 44-49.
摘要:
在丁腈橡胶(NBR)/聚氯乙烯(PVC)共混基体中添加了受阻酚AO-80, 制备了AO-80/NBR/PVC交联复合材料, 并研究了其微观结构和动态力学性能。扫描电镜、 透射电镜的结果证明, 大部分AO-80溶解在NBR/PVC基体中, 少量的AO-80以亚微米尺寸的微粒分散于基体中; X射线衍射、 差示扫描量热分析(DSC)结果证明, AO-80在基体中处于非晶态。DSC、 动态热机械分析的结果表明, AO-80与基体之间形成了很强的分子间作用力, 使材料的玻璃化温度大幅度上升。同时, AO-80/NBR/PVC交联复合材料的损耗因子tanδ-温度T曲线只有一个单峰, 与纯的NBR/PVC交联橡胶相比, 随着AO-80用量增加, tanδ峰明显向高温移动, 并且峰值由0.96增加到1.56。AO-80/NBR/PVC交联复合材料呈现明显的拉伸取向, 具备优异的力学强度, 具有很好的实用价值。
在丁腈橡胶(NBR)/聚氯乙烯(PVC)共混基体中添加了受阻酚AO-80, 制备了AO-80/NBR/PVC交联复合材料, 并研究了其微观结构和动态力学性能。扫描电镜、 透射电镜的结果证明, 大部分AO-80溶解在NBR/PVC基体中, 少量的AO-80以亚微米尺寸的微粒分散于基体中; X射线衍射、 差示扫描量热分析(DSC)结果证明, AO-80在基体中处于非晶态。DSC、 动态热机械分析的结果表明, AO-80与基体之间形成了很强的分子间作用力, 使材料的玻璃化温度大幅度上升。同时, AO-80/NBR/PVC交联复合材料的损耗因子tanδ-温度T曲线只有一个单峰, 与纯的NBR/PVC交联橡胶相比, 随着AO-80用量增加, tanδ峰明显向高温移动, 并且峰值由0.96增加到1.56。AO-80/NBR/PVC交联复合材料呈现明显的拉伸取向, 具备优异的力学强度, 具有很好的实用价值。
2007, 24(6): 50-56.
摘要:
结合均匀化理论和计算流体动力学技术, 实现了对复合材料液体模塑工艺中预成型体渗透率张量的预测。首先, 采用均匀化理论分析了流体在多孔介质内的流动问题, 推导出广义达西定律, 证明以施加周期性边界条件的单胞为研究对象, 可以预测预成型体的渗透率张量, 并以单向纤维织物为例, 对该方法进行了验证。对于复杂结构的预成型体, 渗透率的预测分为两步, 首先分别确定预成型体中流道和纤维束的渗透率, 然后计算其整体宏观渗透率。对于二维平面织物, 该方法与其他预测方法及实验的结果吻合较好。本文还考察了单胞的微观结构对渗透率的影响, 微观结构相似的预成型体如果孔隙率相同, 但束间流道的结构不同, 其整体宏观渗透率也存在很大差别。
结合均匀化理论和计算流体动力学技术, 实现了对复合材料液体模塑工艺中预成型体渗透率张量的预测。首先, 采用均匀化理论分析了流体在多孔介质内的流动问题, 推导出广义达西定律, 证明以施加周期性边界条件的单胞为研究对象, 可以预测预成型体的渗透率张量, 并以单向纤维织物为例, 对该方法进行了验证。对于复杂结构的预成型体, 渗透率的预测分为两步, 首先分别确定预成型体中流道和纤维束的渗透率, 然后计算其整体宏观渗透率。对于二维平面织物, 该方法与其他预测方法及实验的结果吻合较好。本文还考察了单胞的微观结构对渗透率的影响, 微观结构相似的预成型体如果孔隙率相同, 但束间流道的结构不同, 其整体宏观渗透率也存在很大差别。
2007, 24(6): 57-62.
摘要:
为了考察树脂膜熔渗(RFI)工艺过程中树脂在高温条件下沿织物铺层厚度方向的不饱和渗透特性, 应用自行设计的测试系统, 考察了液体沿织物铺层厚度方向流动前锋的影响因素, 测试并分析了液体沿玻璃纤维铺层厚度方向渗透速率的主要影响因素及其变化规律。结果表明, 液体沿纤维织物厚度方向流动为宏观上的一维流动。 真空压力增大、 树脂温度升高、 纤维体积分数减小, 均可使液体的渗透速率加快。另外, 对比发现, 70℃ E-51 环氧树脂沿玻璃纤维铺层厚度方向的渗透特性与室温下硅油的渗透特性基本相当。
为了考察树脂膜熔渗(RFI)工艺过程中树脂在高温条件下沿织物铺层厚度方向的不饱和渗透特性, 应用自行设计的测试系统, 考察了液体沿织物铺层厚度方向流动前锋的影响因素, 测试并分析了液体沿玻璃纤维铺层厚度方向渗透速率的主要影响因素及其变化规律。结果表明, 液体沿纤维织物厚度方向流动为宏观上的一维流动。 真空压力增大、 树脂温度升高、 纤维体积分数减小, 均可使液体的渗透速率加快。另外, 对比发现, 70℃ E-51 环氧树脂沿玻璃纤维铺层厚度方向的渗透特性与室温下硅油的渗透特性基本相当。
2007, 24(6): 63-67.
摘要:
应用动态差示扫描量热(DSC)方法对炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)压力容器树脂体系固化反应进行分析。树脂体系的活化能通过等转化率法获得, 假设反应机制服从自催化方程, 应用本文中提出的区间法建立了树脂体系固化动力学模型。通过固化过程中温度场实验可知, 针对具有超薄金属内衬复合材料压力容器树脂体系, 应用区间法建立的固化动力学模型的计算结果与实验结果吻合较好, 可以为具有超薄金属内衬的CFRP压力容器温度场、 残余应力场的数值模拟提供必要子模型。
应用动态差示扫描量热(DSC)方法对炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)压力容器树脂体系固化反应进行分析。树脂体系的活化能通过等转化率法获得, 假设反应机制服从自催化方程, 应用本文中提出的区间法建立了树脂体系固化动力学模型。通过固化过程中温度场实验可知, 针对具有超薄金属内衬复合材料压力容器树脂体系, 应用区间法建立的固化动力学模型的计算结果与实验结果吻合较好, 可以为具有超薄金属内衬的CFRP压力容器温度场、 残余应力场的数值模拟提供必要子模型。
2007, 24(6): 68-76.
摘要:
将聚碳硅烷(PCS)纤维在1-己炔气氛中进行化学气相交联不熔化处理, 与空气不熔化相比, 能大大降低纤维的氧含量。PCS纤维在1-己炔气氛中反应, 其组成和结构都发生了变化。结果表明, 在1-己炔气氛中, PCS分子的Si—H键的反应程度和纤维的凝胶含量随温度的升高而逐渐增加。反应机制为1-己炔受热引发PCS分子中的Si—H和Si—CH3键断裂生成Si自由基和Si—CH2自由基, 促进PCS分子间形成Si—CH2—Si交联结构, 最终实现不熔化。反应中有少量己基引入到PCS分子结构中。制得的SiC纤维拉伸强度达到2.79 GPa, 氧含量降低到5wt%~6wt%, 并且纤维的耐高温性能明显优于Nicalon纤维。在Ar气中处理至1300℃, 纤维强度保留率约为80%, 处理至1400℃, 纤维的强度保留率为60%, 并且在1300~1600℃的处理过程中, 纤维中β-SiC微晶的晶粒尺寸变化只有2.18nm。
将聚碳硅烷(PCS)纤维在1-己炔气氛中进行化学气相交联不熔化处理, 与空气不熔化相比, 能大大降低纤维的氧含量。PCS纤维在1-己炔气氛中反应, 其组成和结构都发生了变化。结果表明, 在1-己炔气氛中, PCS分子的Si—H键的反应程度和纤维的凝胶含量随温度的升高而逐渐增加。反应机制为1-己炔受热引发PCS分子中的Si—H和Si—CH3键断裂生成Si自由基和Si—CH2自由基, 促进PCS分子间形成Si—CH2—Si交联结构, 最终实现不熔化。反应中有少量己基引入到PCS分子结构中。制得的SiC纤维拉伸强度达到2.79 GPa, 氧含量降低到5wt%~6wt%, 并且纤维的耐高温性能明显优于Nicalon纤维。在Ar气中处理至1300℃, 纤维强度保留率约为80%, 处理至1400℃, 纤维的强度保留率为60%, 并且在1300~1600℃的处理过程中, 纤维中β-SiC微晶的晶粒尺寸变化只有2.18nm。
2007, 24(6): 77-82.
摘要:
考察了国产BF-CSH-01玄武岩纤维的耐酸碱性能, 对其在80℃ 2mol/L盐酸和氢氧化钠溶液中腐蚀不同周期后的质量变化、 单丝强度、 丝束拉伸性能及复合材料弯曲性能进行了实验研究, 并与前期研究的国产BF-CMD-01玄武岩纤维的耐酸碱性进行了对比。结果表明, BF-CSH-01玄武岩纤维耐酸性能优于其耐碱性能, 与BF-CMD-01纤维耐酸碱性相反。BF-CSH-01纤维酸碱腐蚀过程中的质量和强度下降规律存在较大差异: 在酸性介质中, 纤维强度及质量均缓慢降低, 而在碱性介质中, 纤维质量损失很少时强度即有大幅下降。 BF-CSH-01丝束拉伸强度和复合材料弯曲强度受酸碱腐蚀影响较大, 与单丝强度的变化规律一致, 而模量下降较小。
考察了国产BF-CSH-01玄武岩纤维的耐酸碱性能, 对其在80℃ 2mol/L盐酸和氢氧化钠溶液中腐蚀不同周期后的质量变化、 单丝强度、 丝束拉伸性能及复合材料弯曲性能进行了实验研究, 并与前期研究的国产BF-CMD-01玄武岩纤维的耐酸碱性进行了对比。结果表明, BF-CSH-01玄武岩纤维耐酸性能优于其耐碱性能, 与BF-CMD-01纤维耐酸碱性相反。BF-CSH-01纤维酸碱腐蚀过程中的质量和强度下降规律存在较大差异: 在酸性介质中, 纤维强度及质量均缓慢降低, 而在碱性介质中, 纤维质量损失很少时强度即有大幅下降。 BF-CSH-01丝束拉伸强度和复合材料弯曲强度受酸碱腐蚀影响较大, 与单丝强度的变化规律一致, 而模量下降较小。
2007, 24(6): 83-88.
摘要:
采用人工神经网络(ANN)对炭/炭复合材料烧蚀性能进行了预测。确定了炭/炭复合材料的密度、 石墨化程度和基体炭类型为其烧蚀性能的关键控制因素, 通过人工神经网络表征了炭/炭复合材料的密度、 石墨化程度与其烧蚀性能之间的关系。在大量实验基础上对神经网络结构与参数发生变化时的网络性能进行了评估。结果表明, 当网络训练集规模、 隐层节点数、 初始学习率与动量项等参数的取值分别为35、 7、 0.5和0.2时网络预测性能达到最佳状态, 在此基础之上对炭/炭复合材料的质量烧蚀率进行了预测与评价。实践证明, 采用人工神经网络对炭/炭复合材料的烧蚀性能进行预测时误差小于11％, 满足工程实践的精度要求。
采用人工神经网络(ANN)对炭/炭复合材料烧蚀性能进行了预测。确定了炭/炭复合材料的密度、 石墨化程度和基体炭类型为其烧蚀性能的关键控制因素, 通过人工神经网络表征了炭/炭复合材料的密度、 石墨化程度与其烧蚀性能之间的关系。在大量实验基础上对神经网络结构与参数发生变化时的网络性能进行了评估。结果表明, 当网络训练集规模、 隐层节点数、 初始学习率与动量项等参数的取值分别为35、 7、 0.5和0.2时网络预测性能达到最佳状态, 在此基础之上对炭/炭复合材料的质量烧蚀率进行了预测与评价。实践证明, 采用人工神经网络对炭/炭复合材料的烧蚀性能进行预测时误差小于11％, 满足工程实践的精度要求。
2007, 24(6): 89-94.
摘要:
通过声电沉积工艺在炭/炭复合材料表面制备钙磷生物活性涂层, 采用扫描电镜、 X射线能谱仪、 X射线衍射仪、 红外光谱等方法研究了氟化钠处理前后钙磷生物活性涂层的形貌、 结构和组成。实验结果表明: 氟化钠能促进磷酸三钙转化为含氟羟基磷灰石(FHA), 并提高涂层结晶度; 经氟化钠处理后, 羟基磷灰石(HA)的(112)、 (300)衍射峰明显增强, 涂层是HA和FHA的混合物。氟化钠处理前后涂层表面形貌均为片状晶体, 但处理后其颗粒尺寸增大; 氟化钠处理后涂层与基体的结合强度略有增强, 结合强度可达4.08MPa, 涂层氟的含量为4.59wt％。分析了炭/炭复合材料表面HA转变为FHA的反应机制。采用氟化处理HA制备FHA涂层时, 应加入磷酸盐保持整个反应过程的pH值不变。
通过声电沉积工艺在炭/炭复合材料表面制备钙磷生物活性涂层, 采用扫描电镜、 X射线能谱仪、 X射线衍射仪、 红外光谱等方法研究了氟化钠处理前后钙磷生物活性涂层的形貌、 结构和组成。实验结果表明: 氟化钠能促进磷酸三钙转化为含氟羟基磷灰石(FHA), 并提高涂层结晶度; 经氟化钠处理后, 羟基磷灰石(HA)的(112)、 (300)衍射峰明显增强, 涂层是HA和FHA的混合物。氟化钠处理前后涂层表面形貌均为片状晶体, 但处理后其颗粒尺寸增大; 氟化钠处理后涂层与基体的结合强度略有增强, 结合强度可达4.08MPa, 涂层氟的含量为4.59wt％。分析了炭/炭复合材料表面HA转变为FHA的反应机制。采用氟化处理HA制备FHA涂层时, 应加入磷酸盐保持整个反应过程的pH值不变。
2007, 24(6): 95-99.
摘要:
根据贝壳、 骨骼等生物材料在纳米尺度的微结构特征, 采用剪滞模型, 分别推导了蛋白质材料为线弹性和弹塑性时类骨材料的等效模量和总体应力应变曲线。通过与有限元以及Gao等人的拉剪链模型结果的比较, 分析了线性剪滞模型和拉剪链模型在研究类骨材料等效模量时的有效性。结果显示, 剪滞模型与二维有限元结果符合较好, 拉剪链模型在长细比较大时与有限元结果偏离较大。进一步将弹塑性剪滞模型预测的应力-应变曲线与实验测量结果进行了比较, 两者符合较好。从模拟结果中可以看出, 在刚度发生明显降低之前, 已经有部分蛋白质进入塑性变形, 从而反映了生物材料的能耗与增韧特征。
根据贝壳、 骨骼等生物材料在纳米尺度的微结构特征, 采用剪滞模型, 分别推导了蛋白质材料为线弹性和弹塑性时类骨材料的等效模量和总体应力应变曲线。通过与有限元以及Gao等人的拉剪链模型结果的比较, 分析了线性剪滞模型和拉剪链模型在研究类骨材料等效模量时的有效性。结果显示, 剪滞模型与二维有限元结果符合较好, 拉剪链模型在长细比较大时与有限元结果偏离较大。进一步将弹塑性剪滞模型预测的应力-应变曲线与实验测量结果进行了比较, 两者符合较好。从模拟结果中可以看出, 在刚度发生明显降低之前, 已经有部分蛋白质进入塑性变形, 从而反映了生物材料的能耗与增韧特征。
2007, 24(6): 100-104.
摘要:
对用于骨折内固定的β-偏磷酸钙晶须/左旋聚乳酸(β-CMPW/PLLA)复合材料在体外降解过程中强度的变化、 分子量和微观形貌进行了初步研究。结果表明: 在人体模拟体液(SBF)中浸泡, 前8周材料的强度变化较小, 25wt%β-CMPW/75wt%PLLA降解20周后的抗压强度值仍高达103MPa; 45wt%β-CMPW/55wt%PLLA降解12周后抗压强度约为初始值的88%。扫描电镜图表明, 随降解时间的延长, 因聚乳酸溶解而在样品中形成孔洞。在降解周期内, SBF溶液的pH值随β-CMPW/PLLA降解时间的延长基本保持稳定。凝胶渗透色谱检测结果表明, PLLA的数均相对分子质量和重均相对分子质量随降解时间的延长而降低, 降解20周后数均相对分子质量约为20万, 重均相对分子质量下降了32%。
对用于骨折内固定的β-偏磷酸钙晶须/左旋聚乳酸(β-CMPW/PLLA)复合材料在体外降解过程中强度的变化、 分子量和微观形貌进行了初步研究。结果表明: 在人体模拟体液(SBF)中浸泡, 前8周材料的强度变化较小, 25wt%β-CMPW/75wt%PLLA降解20周后的抗压强度值仍高达103MPa; 45wt%β-CMPW/55wt%PLLA降解12周后抗压强度约为初始值的88%。扫描电镜图表明, 随降解时间的延长, 因聚乳酸溶解而在样品中形成孔洞。在降解周期内, SBF溶液的pH值随β-CMPW/PLLA降解时间的延长基本保持稳定。凝胶渗透色谱检测结果表明, PLLA的数均相对分子质量和重均相对分子质量随降解时间的延长而降低, 降解20周后数均相对分子质量约为20万, 重均相对分子质量下降了32%。
2007, 24(6): 105-109.
摘要:
采用自行设计的悬浮液热分散复合法, 用硬脂酸(Sad)作为致孔剂, 通过复合-沉析-浸溶-漂洗-干燥的工艺制备大孔聚磷酸钙/壳聚糖(CPP/CS)复合材料棒材。将复合悬液滴入凝固液中, 经浸泡-漂洗-干燥的工艺制备CPP/CS微孔复合材料颗粒。用红外光谱及扫描电镜对复合材料进行了表征。实验表明, 合成的复合材料中CS的氨基和CPP的P O基生成了氢键, 其形态结构致密均匀, 大孔复合材料棒材的孔径为50~300μm, 孔隙率为71.13%; 微孔复合材料颗粒的孔径为10~100μm, 孔隙率为40.76%。研究了2种工艺不同配比复合材料的细胞相容性, 发现: 大孔复合材料棒材的细胞相容性比微孔复合材料颗粒好, 复合材料中随着CPP含量的增加, 细胞相容性增加, 当复合材料中CPP和CS的质量比为7/3时, 复合材料的细胞相容性较好。CPP与CS复合可以提高其压缩强度, 原料质量配比为CPP/CS＝7/3时, 复合材料的强度最高。
采用自行设计的悬浮液热分散复合法, 用硬脂酸(Sad)作为致孔剂, 通过复合-沉析-浸溶-漂洗-干燥的工艺制备大孔聚磷酸钙/壳聚糖(CPP/CS)复合材料棒材。将复合悬液滴入凝固液中, 经浸泡-漂洗-干燥的工艺制备CPP/CS微孔复合材料颗粒。用红外光谱及扫描电镜对复合材料进行了表征。实验表明, 合成的复合材料中CS的氨基和CPP的P O基生成了氢键, 其形态结构致密均匀, 大孔复合材料棒材的孔径为50~300μm, 孔隙率为71.13%; 微孔复合材料颗粒的孔径为10~100μm, 孔隙率为40.76%。研究了2种工艺不同配比复合材料的细胞相容性, 发现: 大孔复合材料棒材的细胞相容性比微孔复合材料颗粒好, 复合材料中随着CPP含量的增加, 细胞相容性增加, 当复合材料中CPP和CS的质量比为7/3时, 复合材料的细胞相容性较好。CPP与CS复合可以提高其压缩强度, 原料质量配比为CPP/CS＝7/3时, 复合材料的强度最高。
2007, 24(6): 110-115.
摘要:
采用冷压-烧结技术制备了CaO掺杂的17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷惰性阳极。研究了CaO的添加量和烧结温度对17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的物相组成、 致密度和力学性能的影响。结果表明, CaO含量在小于5.0wt%范围内, 烧结样品由Ni、 NiO和NiFe2O4组成。CaO掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷具有明显的助烧作用。当烧结温度为1250℃时, CaO掺杂量为1.0wt%的样品致密度达到最大值97.87%, 继续增加CaO掺杂量将导致材料致密度的下降。当烧结温度从1250℃提高到1350℃时, 当CaO掺杂量小于0.5wt%时, 样品的致密度随烧结温度的提高而增加; 当CaO掺杂量大于或等于0.5wt%时, 样品的致密度随烧结温度的提高而降低。提高烧结温度和添加CaO均能促进陶瓷相晶粒长大。样品在1250℃烧结时, 其抗弯强度在CaO掺杂量为1.0wt%时达到极大值为150.66MPa。
采用冷压-烧结技术制备了CaO掺杂的17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷惰性阳极。研究了CaO的添加量和烧结温度对17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的物相组成、 致密度和力学性能的影响。结果表明, CaO含量在小于5.0wt%范围内, 烧结样品由Ni、 NiO和NiFe2O4组成。CaO掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷具有明显的助烧作用。当烧结温度为1250℃时, CaO掺杂量为1.0wt%的样品致密度达到最大值97.87%, 继续增加CaO掺杂量将导致材料致密度的下降。当烧结温度从1250℃提高到1350℃时, 当CaO掺杂量小于0.5wt%时, 样品的致密度随烧结温度的提高而增加; 当CaO掺杂量大于或等于0.5wt%时, 样品的致密度随烧结温度的提高而降低。提高烧结温度和添加CaO均能促进陶瓷相晶粒长大。样品在1250℃烧结时, 其抗弯强度在CaO掺杂量为1.0wt%时达到极大值为150.66MPa。
2007, 24(6): 116-120.
摘要:
采用电沉积方法制备Ni-W-ZrO2复合镀层, 研究了微粒的分散特性及镀液中微粒含量、 电流密度、 pH值、 温度等因素对Ni-W-ZrO2镀层沉积速率、 显微硬度、 镀层外观的综合影响, 优化得到Ni-W-ZrO2复合镀层的电沉积工艺为: Ni-W基础镀液中ZrO2添加量为10g/L, pH=7, 镀液温度为60~70℃, 电流密度为15A/dm2, 所获得的镀层硬度>HV800(×9.8MPa)。通过电化学技术研究了复合镀层在3.0wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性能, 结果表明, Ni-W-ZrO2复合镀层有明显的钝化区间。
采用电沉积方法制备Ni-W-ZrO2复合镀层, 研究了微粒的分散特性及镀液中微粒含量、 电流密度、 pH值、 温度等因素对Ni-W-ZrO2镀层沉积速率、 显微硬度、 镀层外观的综合影响, 优化得到Ni-W-ZrO2复合镀层的电沉积工艺为: Ni-W基础镀液中ZrO2添加量为10g/L, pH=7, 镀液温度为60~70℃, 电流密度为15A/dm2, 所获得的镀层硬度>HV800(×9.8MPa)。通过电化学技术研究了复合镀层在3.0wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性能, 结果表明, Ni-W-ZrO2复合镀层有明显的钝化区间。
2007, 24(6): 121-127.
摘要:
为了对含面芯层间脱胶缺陷的蜂窝夹芯板在侧向压缩载荷作用下的典型破坏模式进行数值预报, 建立了基于蔡-希尔破坏准则和粘结模型的计算模型。该计算模型是建立在对蜂窝夹芯板的双悬臂梁(DCB)和单臂梁(SLB) 试验中所发现的一种新的破坏模式的分析基础之上的。对蜂窝夹芯板的侧向压缩破坏行为的数值预报中, 发现一种新的破坏模式: 位于脱胶区域的面板首先发生局部屈曲失稳, 随后面板内部靠近芯子的45°/0°层间出现分层, 与此同时最靠近芯子的45°铺层发生断裂, 伴随着45°/0°层间分层的扩展, 面板发展成为对称性整体屈曲失稳。与侧向压缩试验测试结果对比发现, 计算模型模拟中所预报的破坏模式在实验测试中也得到了很好的验证。
为了对含面芯层间脱胶缺陷的蜂窝夹芯板在侧向压缩载荷作用下的典型破坏模式进行数值预报, 建立了基于蔡-希尔破坏准则和粘结模型的计算模型。该计算模型是建立在对蜂窝夹芯板的双悬臂梁(DCB)和单臂梁(SLB) 试验中所发现的一种新的破坏模式的分析基础之上的。对蜂窝夹芯板的侧向压缩破坏行为的数值预报中, 发现一种新的破坏模式: 位于脱胶区域的面板首先发生局部屈曲失稳, 随后面板内部靠近芯子的45°/0°层间出现分层, 与此同时最靠近芯子的45°铺层发生断裂, 伴随着45°/0°层间分层的扩展, 面板发展成为对称性整体屈曲失稳。与侧向压缩试验测试结果对比发现, 计算模型模拟中所预报的破坏模式在实验测试中也得到了很好的验证。
2007, 24(6): 128-134.
摘要:
提出了一种计算复合材料有效性能的分步格式, 用以解决高体分比和多夹杂复合材料的有效性能计算。对于多类夹杂问题, 模型分步处理每一类夹杂, 并分步计算复合材料的有效性能。给出了多夹杂复合材料性能的数值计算结果。数值结果与实验数据符合很好。研究表明, 对于二元复合材料, 现有的分步格式能够很好地处理接近于1的高体分比夹杂问题, 其结果与微分法的结果基本相同, 分步格式能够有效地处理具有不同形状和尺寸的多类夹杂问题。
提出了一种计算复合材料有效性能的分步格式, 用以解决高体分比和多夹杂复合材料的有效性能计算。对于多类夹杂问题, 模型分步处理每一类夹杂, 并分步计算复合材料的有效性能。给出了多夹杂复合材料性能的数值计算结果。数值结果与实验数据符合很好。研究表明, 对于二元复合材料, 现有的分步格式能够很好地处理接近于1的高体分比夹杂问题, 其结果与微分法的结果基本相同, 分步格式能够有效地处理具有不同形状和尺寸的多类夹杂问题。
2007, 24(6): 135-139.
摘要:
建立一个有效的计算模型, 以分析复合材料层板在静压入过程中发生分层、 纤维断裂的现象。该计算模型基于有限元程序的三维逐渐损伤理论对层板的静压入全过程进行模拟, 对逐层逐个单元的损伤进行判断, 可以模拟任意角度、 铺层厚度的层板在递增载荷下的逐渐损伤破坏过程。对炭纤维增强环氧树脂基复合材料层板在静压入过程中发生的分层和纤维断裂现象进行预测,并与实验结果进行比较; 对炭纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料层板在静压入过程中的分层损伤和最终破坏接触力的大小进行预测,并与低速冲击下的结果进行比较。数值仿真与实验结果吻合较好, 表明静压入分析方法是复合材料层板在低速冲击下产生损伤的可替换分析方法。
建立一个有效的计算模型, 以分析复合材料层板在静压入过程中发生分层、 纤维断裂的现象。该计算模型基于有限元程序的三维逐渐损伤理论对层板的静压入全过程进行模拟, 对逐层逐个单元的损伤进行判断, 可以模拟任意角度、 铺层厚度的层板在递增载荷下的逐渐损伤破坏过程。对炭纤维增强环氧树脂基复合材料层板在静压入过程中发生的分层和纤维断裂现象进行预测,并与实验结果进行比较; 对炭纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料层板在静压入过程中的分层损伤和最终破坏接触力的大小进行预测,并与低速冲击下的结果进行比较。数值仿真与实验结果吻合较好, 表明静压入分析方法是复合材料层板在低速冲击下产生损伤的可替换分析方法。
2007, 24(6): 140-146.
摘要:
通过不同Z-pin角度(15°和25°)和夹芯厚度(8mm和12.7mm)的X状Z-pin增强泡沫夹层材料的剪切性能试验, 与相同材料同尺寸的未增强件进行对比, 考察X状Z-pin对泡沫夹层结构的增强作用。试验结果表明, X状Z-pin增强使材料的剪切强度和刚度都有较大幅度的提高; 同时, Z-pin的加入使该结构具有与传统泡沫夹层材料不同的剪切破坏形式。在此基础上, 结合空间网架结构和等效夹杂方法, 提出了X状Z-pin增强泡沫夹层结构剪切刚度模型, 计算结果与试验值符合良好。结果表明, X状Z-pin增强不仅能大幅度提高泡沫夹层结构的剪切性能, 并具有良好的可设计性, 可以通过改变Z-pin角度和材料等改变其力学性能。
通过不同Z-pin角度(15°和25°)和夹芯厚度(8mm和12.7mm)的X状Z-pin增强泡沫夹层材料的剪切性能试验, 与相同材料同尺寸的未增强件进行对比, 考察X状Z-pin对泡沫夹层结构的增强作用。试验结果表明, X状Z-pin增强使材料的剪切强度和刚度都有较大幅度的提高; 同时, Z-pin的加入使该结构具有与传统泡沫夹层材料不同的剪切破坏形式。在此基础上, 结合空间网架结构和等效夹杂方法, 提出了X状Z-pin增强泡沫夹层结构剪切刚度模型, 计算结果与试验值符合良好。结果表明, X状Z-pin增强不仅能大幅度提高泡沫夹层结构的剪切性能, 并具有良好的可设计性, 可以通过改变Z-pin角度和材料等改变其力学性能。
2007, 24(6): 147-152.
摘要:
针对复合材料夹芯结构温度场分布的特点, 提出一种用于复合材料夹芯结构热传导精细分析的有限单元模型。这种单元模型为三维六面体模型, 单元模型厚度方向的插值函数在芯层和面板交界节点处温度值是连续的, 但温度变化率是不连续的, 而芯层内部节点处沿厚度方向温度值和温度变化率都是连续的。在考虑材料热传导参数随温度变化的情况下, 基于这种有限单元模型建立的复合材料夹芯结构瞬态温度场分析有限元方程为非线性方程。在求解此瞬态热传导非线性有限元方程时, 改进了常用的动力学平衡方程的解法, 改进后的动力学平衡方程解法避免了迭代运算, 提高了求解非线性动态平衡方程的效率。数值算例结果显示了该分析模型的有效性和可靠性。
针对复合材料夹芯结构温度场分布的特点, 提出一种用于复合材料夹芯结构热传导精细分析的有限单元模型。这种单元模型为三维六面体模型, 单元模型厚度方向的插值函数在芯层和面板交界节点处温度值是连续的, 但温度变化率是不连续的, 而芯层内部节点处沿厚度方向温度值和温度变化率都是连续的。在考虑材料热传导参数随温度变化的情况下, 基于这种有限单元模型建立的复合材料夹芯结构瞬态温度场分析有限元方程为非线性方程。在求解此瞬态热传导非线性有限元方程时, 改进了常用的动力学平衡方程的解法, 改进后的动力学平衡方程解法避免了迭代运算, 提高了求解非线性动态平衡方程的效率。数值算例结果显示了该分析模型的有效性和可靠性。
2007, 24(6): 153-159.
摘要:
针对纤维增强聚合物基复合材料的成型流动过程, 基于宏观流场、 介观纤维取向和微观聚合物大分子链三尺度信息耦合的多尺度模型, 使用有限体积法和有限差分法相结合的数值算法, 分析了纤维增强聚合物熔体在收缩流腔中的流动行为, 得到了其纤维取向和应力分布, 并讨论了纤维存在对聚合物熔体流场应力的影响。结果表明: 当剪切运动占优时, 纤维呈现周期旋转取向; 而拉伸运动占优时, 纤维沿单轴拉伸取向。同时, 由于纤维的周期旋转, 纤维增强聚合物熔体法向应力差的空间分布呈现出随时间逐步发展的拟序涡结构。
针对纤维增强聚合物基复合材料的成型流动过程, 基于宏观流场、 介观纤维取向和微观聚合物大分子链三尺度信息耦合的多尺度模型, 使用有限体积法和有限差分法相结合的数值算法, 分析了纤维增强聚合物熔体在收缩流腔中的流动行为, 得到了其纤维取向和应力分布, 并讨论了纤维存在对聚合物熔体流场应力的影响。结果表明: 当剪切运动占优时, 纤维呈现周期旋转取向; 而拉伸运动占优时, 纤维沿单轴拉伸取向。同时, 由于纤维的周期旋转, 纤维增强聚合物熔体法向应力差的空间分布呈现出随时间逐步发展的拟序涡结构。
2007, 24(6): 160-165.
摘要:
针对压电层合板在机电耦合激振下的瞬态响应问题, 提出一种高效混合数值计算方法。经过位移场、 电势场在厚度方向的离散, 利用机电耦合理论和哈密顿原理, 推导出结构的运动方程。引入傅里叶变换, 得到波数域内运动控制方程。应用模态分析方法求解波数域内的位移场和电势场, 对结果进行傅里叶逆变换, 得到空间域内的瞬态响应。以PZT-5A/0° PVDF铺层两相材料复合压电层合板为算例, 分析了力、 电耦合线载荷激励下, 位移场和电势场的瞬态响应历程与分布规律, 计算结果给出了该结构的动力学基本特征。该方法结合了有限元法、 傅里叶变换和模态分析法, 计算高频载荷激振下的压电层合板瞬态响应较一般有限元法大幅减少了单元的划分。该方法可推广至分析任意机电载荷下的各类铺层材料压电层合板瞬态响应问题。
针对压电层合板在机电耦合激振下的瞬态响应问题, 提出一种高效混合数值计算方法。经过位移场、 电势场在厚度方向的离散, 利用机电耦合理论和哈密顿原理, 推导出结构的运动方程。引入傅里叶变换, 得到波数域内运动控制方程。应用模态分析方法求解波数域内的位移场和电势场, 对结果进行傅里叶逆变换, 得到空间域内的瞬态响应。以PZT-5A/0° PVDF铺层两相材料复合压电层合板为算例, 分析了力、 电耦合线载荷激励下, 位移场和电势场的瞬态响应历程与分布规律, 计算结果给出了该结构的动力学基本特征。该方法结合了有限元法、 傅里叶变换和模态分析法, 计算高频载荷激振下的压电层合板瞬态响应较一般有限元法大幅减少了单元的划分。该方法可推广至分析任意机电载荷下的各类铺层材料压电层合板瞬态响应问题。
2007, 24(6): 166-172.
摘要:
基于Donnell薄壳理论, 采用准弹性方法, 分析了含初始几何缺陷黏弹性层合圆柱壳极值点形式的延迟失稳特征。由轴向缩短量的突然增加定义失稳临界时间, 对玻璃纤维/环氧树脂层合圆柱壳进行了数值计算。结果表明: 圆柱壳存在临界时间趋于无穷的持久临界荷载; 表征延迟失稳程度的瞬时弹性临界荷载与持久临界荷载之差值随着初始几何缺陷的增加而减小; 边界条件、 铺设方式对延迟失稳的影响机制可通过对应弹性层合圆柱壳的缺陷敏感性分析来考察。
基于Donnell薄壳理论, 采用准弹性方法, 分析了含初始几何缺陷黏弹性层合圆柱壳极值点形式的延迟失稳特征。由轴向缩短量的突然增加定义失稳临界时间, 对玻璃纤维/环氧树脂层合圆柱壳进行了数值计算。结果表明: 圆柱壳存在临界时间趋于无穷的持久临界荷载; 表征延迟失稳程度的瞬时弹性临界荷载与持久临界荷载之差值随着初始几何缺陷的增加而减小; 边界条件、 铺设方式对延迟失稳的影响机制可通过对应弹性层合圆柱壳的缺陷敏感性分析来考察。
2007, 24(6): 173-179.
摘要:
采用几何法构造出任意边数多边形单元的重心插值形函数, 应用Galerkin法提出了求解弹性力学问题的重心有限元方法。用重心有限元方法对SiC/Ti和B/Al 2种纤维复合材料横向截面的有效弹性模量进行了预报。计算模型取纤维呈六边形排列且为各向同性的代表性单胞, 对其杨氏模量、 剪切模量和体积模量在较大的体积分数范围内进行了数值模拟。通过与解析公式和传统有限元的计算结果对比, 重心有限元方法的计算结果符合解析公式解的趋势, 与传统有限元的计算结果吻合较好。与传统有限元方法相比, 重心有限元方法的单元划分不受三角形或四边形的形状限制, 能够再现材料的真实结构。由于单元较大且数目较少, 本文方法具有很高的计算效率。
采用几何法构造出任意边数多边形单元的重心插值形函数, 应用Galerkin法提出了求解弹性力学问题的重心有限元方法。用重心有限元方法对SiC/Ti和B/Al 2种纤维复合材料横向截面的有效弹性模量进行了预报。计算模型取纤维呈六边形排列且为各向同性的代表性单胞, 对其杨氏模量、 剪切模量和体积模量在较大的体积分数范围内进行了数值模拟。通过与解析公式和传统有限元的计算结果对比, 重心有限元方法的计算结果符合解析公式解的趋势, 与传统有限元的计算结果吻合较好。与传统有限元方法相比, 重心有限元方法的单元划分不受三角形或四边形的形状限制, 能够再现材料的真实结构。由于单元较大且数目较少, 本文方法具有很高的计算效率。
2007, 24(6): 180-184.
摘要:
以ANSYS为平台编制了具有可移植性的APDL程序, 建立了损伤累积模型, 对平面编织层合板的损伤破坏行为进行了数值仿真。该模型对适合于单向铺层的Hanshin判据和Reddy刚度衰减方法进行了相应的修正。为验证模型的有效性, 对G803/5224平面编织光滑板、 孔板进行了相应的试验研究。结果表明, 该模型仿真结果与试验结果吻合, 并且比较简单直观, 为平面编织层合板的损伤扩展与破坏的研究提供了便于工程应用的数字化手段。
以ANSYS为平台编制了具有可移植性的APDL程序, 建立了损伤累积模型, 对平面编织层合板的损伤破坏行为进行了数值仿真。该模型对适合于单向铺层的Hanshin判据和Reddy刚度衰减方法进行了相应的修正。为验证模型的有效性, 对G803/5224平面编织光滑板、 孔板进行了相应的试验研究。结果表明, 该模型仿真结果与试验结果吻合, 并且比较简单直观, 为平面编织层合板的损伤扩展与破坏的研究提供了便于工程应用的数字化手段。
