模型复合材料弹塑性界面应力分析

由纤维增强弹塑性基体所产生的界面具有弹塑性力学行为。考虑到一般材料的塑性变形都遵循幂硬化规律,对模型复合材料的界面进行弹性和应变硬化状态下的变形规律及其应力分析。以纤维拔出试验为研究模型,将界面分成弹性区和塑性区。利用界面应力剪滞理论,分别建立弹性区和塑性区的界面力学基本方程。选择适当的位移函数满足基本方程及埋入纤维的边界条件,再按位移函数求出弹性区和塑性区的界面剪应力。推导出平均界面剪应力与纤维     

弱界面复合材料中的基体裂纹

利用二维弹性力学模型研究了纤维增强复合材料中基体裂纹与弱界面的相互作用机理．文中首先导出各向异性弹性多层介质中刃型位错的基本解，然后运用这些基本解建立了弱界面复合材料中典型的Ｈ型缺陷的奇异积分方程组，通过求解这些方程得到外载荷的大小、弱界面的结合强度、界面的残余压力和摩擦系数、纤维与基体的弹性模量比等微结构参量与基体裂纹附近的应力场的关系     

纤维增强复合材料圆柱型界面裂纹分析

以裂纹面上的位错函数为未知量将圆柱型界面裂纹问题化成一组奇异积分方程的求解问题．应用Ｍｕｓｋｈｅｌｉｓｈｖｉｌｉ的奇异积分方程理论，分析了圆柱型界面裂纹尖端应力场．针对裂纹尖端分别存在和不存在接触区两种情况，确定了裂纹尖端应力场的奇异性．利用数值方法计算了圆柱型界面裂纹尖端接触区尺寸对剪应力强度因子的影响．     

弱界面复合材料的简化塑性模型

本文研究线弹簧型弱界面颗粒增强复合材料,在比例加载条件下的简化塑性模型。利用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ模型,得到弱界面复合材料的割线弹塑性模量和有效应力,进而通过算例讨论了界面柔度对复合材料宏观应力应变曲线的影响。     

用广义胞元法研究弱界面复合材料偏轴拉伸强度

本文用广义胞元法结合应力集中系数模型,从细观、宏观力学结合的角度,预测了弱界面复合材料偏轴拉伸强度值.用广义胞元法/高精度广义胞元法计算复合材料开裂前和开裂后的应力场,引入基体应力集中系数以得到基体真实应力.在计算真实应力时根据宏观试验现象考量是否对界面开裂后的复合材料进行刚度衰减,最终形成4种方案计算出复合材料的偏轴拉伸强度.通过对比芳纶纤维和亚麻纤维两种弱界面复合材料的偏轴拉伸强度试验值,找到了最可靠的预报方案并具有良好的预报精度.     

陶瓷粉末烧结演化的同步辐射CT观测

利用SR—CT技术观测了Al2O3（MgO）粉末的整个烧结过程，温度范围～1550℃，重建得到了粉体在不同温度下的微观形貌图像，计算得到了对应温度下的孔隙率，结合烧结理论对Al2O3（MgO）粉末烧结进行了分析。实验结果表明：1300℃时颗粒间开始形成烧结颈，1400℃至1500℃的过程中，气孔重新分布形成连续网络且发生球化，烧结颈长大，为烧结致密化最显著阶段，1500℃至1550℃为烧结后期，变化趋缓。     

考虑界面行为的SMA纤维复合材料模型

构造了一个考虑部分界面开脱情况下SMA长纤维复合材料的双圆柱模型.在理想界面区域SMA纤维所受的轴力恒定,而在开脱区域则考虑为受线性变化轴力.计算结果表明,开脱区长度及临界界面剪应力只对SMA纤维的相变区有很明显的影响,而对母相及马氏体相的弹性变形区没有影响.这对进一步研究SMA纤维增强复合材料的性能提供理论帮助.     

考虑损伤界面的多相复合材料总体平均力学性能的预测

在广义自治有限元迭代法的基础上研究了损伤面对多相复合材料的总体平均横向力学性能的影响。给出了对于不同体分比和损伤界面性质的典型复合材料的数值结果。数值分析表明损伤界面的厚度及其损伤程度对复合材料总体平均横向平面应变体积模量和剪切模量有显著影响。本文还计算了损伤界面区域的局部应力场。     

界面端应力奇异性与复合材料界面剪切强度细观实验分散性分析

复合材料细观实验方法主要有纤维拔出、纤维压力、纤维段裂和微球脱粘实验等四种；但这四种试验得到的界面剪切强度结果存在很大的分散性。虽经三十余年的研究和改进，仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以轴对称界面端应力奇异性分析为基础，推导出求解四种试件界面端的特征值的特征方程，并给出了特征值随Dundurs常数的变化情况，由此发现用相同的纤维和基体制作的四种试件在界面端存在奇异性不同的应力场，从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的产生原因在于纤维和基体间界面处的应力奇异性。     

纤维增强复合材料界面的力学行为

研究材料的界面和表面的力学行为与破坏机理,是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一,而复合材料界面问题更有其自身的特殊性和复杂性。本文结合笔者的研究工作重点讨论了纤维复合材料界面力学的共性问题,阐述了复合材料界面的性质、复合材料界面的力学模型和理论、界面力学表征的实验研究、界面损伤破坏机理、界面对复合材料力学性能的影响等5个方面。     

材料拉压加载试验实时同步辐射CT分析系统

本文介绍了自行研制的材料拉压加载试验实时同步辐射CT分析系统,该套系统既可得到试件拉压试验P-Δ曲线,也可得到对应曲线上任意点的试件CT重建图。该系统的关键设备之一是自行研制的一体化拉压加载和转动装置,文中以X射线CCD的像素尺寸10.9μm×10.9μm为基础,通过分析,给出了加载和转动装置应满足的运动学定位精度要求。该装置采用了四柱式框架结构,采用上下夹头同步转动实现试件相对于框架的刚性转动;上夹头作相对于框架的轴向运动(下夹头轴向位置固定)实现对试件的加载;在加载和转动装置中采用了诸多高精技术,实现了试件高精度的轴向定位、径向定位和刚性角度定位;对装置的精度检测表明其实际的定位精度优于运动学定位精度要求;对系统的计量考评初步表明,系统不计噪声的空间分辨率优于X射线CCD的像素10.9μm。     

碳／碳复合材料磨损表面碳结构的激光喇曼光谱分析

采用显微激光喇曼光谱及 X射线衍射考察了基体分别为沥青浸渍碳 /少量气相沉积热解碳和全部气相沉积热解碳的航空刹车用碳 /碳复合材料磨损表面碳结构的变化特征 ,并分析了引起这些变化的原因 .结果表明 ,经过 10次模拟飞机正常着陆刹车试验后 ,相对于石墨化程度各异的磨损次表层炭纤维及基体碳 ,磨损表面各处的石墨化程度及石墨微晶在 a轴方向的尺寸 La趋于均匀 .换言之 ,就复合材料磨损表面拉曼图谱上位于波数 1338.94 cm- 1 的谱峰与15 85 .2 2 cm- 1处的谱峰的积分强度比值 R的倒数 1/ R而言 ,低石墨化程度组元的 1/ R值显著升高 ,而高石墨化程度组元的 1/ R值有所降低 .磨损表面高石墨化程度组元中的石墨微晶通过转动使其 c轴沿磨损表面法线方向择优取向 ,在机械力作用下 ,石墨片层脱离、碎断 ,均匀分布于磨损表面上 .因此 ,在模拟飞机刹车过程中 ,不同结构和密度的 C/ C复合材料磨损表面形成石墨化程度相近的碳结构 ,这是导致复合材料摩擦系数对结构和密度不敏感的重要原因     

应用SR—CT技术研究陶瓷材料的孔隙结构及密度分布

采用同步辐射X射线对烧结后的工程结构陶瓷材料进行投影成像，应用断层成像技术进行内部结构三维图像重建，获得了材料内部微结构和微缺陷尺寸大小、分布和界面形貌图像，由此计算出陶瓷材料的孔隙率及密度分布。     

抗核辐射条件的应变计粘贴与防护技术

本文介绍了在重水反应堆中进行应变测量的若干技术成果，主要是较好地解决了用在核辐射条件下，有水流冲刷的环境中的应用变计的粘贴与防护技术。在具有核辐射的环境中测试，通常选用聚酰亚胺胶作粘结剂。但是这种胶需在高温条件下固化，如果被测构件较大，是无法实现的。经测试筛选出具有防水防辐射性能的常温固化胶，并介绍了可用航空导线替代具有抗辐射性能的铠装电缆在堆内进行测量问题。采用有关措施后，经标定，在核辐射前后应     

一种复合材料梁架结构的强度可靠性分析

为解决分析复合材料框架式结构的强度可靠性问题 ,应用最小势能原理 ,设计推导了一种具有复杂剖面形状 ,考虑横向剪切 ,承受横向集中及分布载荷作用的层合梁单元。根据一具体水平梁架的实际情况 ,结合有限元处理程序中组装总体刚度矩阵的特点 ,较好地实现了层合梁之间的不完全简支连接。分析系统强度可靠性时 ,通过可调控的运行方式 ,有效解决了挑选失效模式与离散单元数目之间的关系 ,使系统可靠性的计算更合理     

DETERMINATION OF INTERNAL STRAIN IN 3-D BRAIDED COMPOSITES USING OPTIC FIBER STRAIN SENSORS

A reliable understanding of the properties of 3-D braided composites is of primary importance for proper utilization of these materials. A new method is introduced to study the mechanical performance of braided composite materials using embedded optic fiber sensors. Experimental research is performed to devise a method of incorporating optic fibers into a 3-D braided composite structure. The efficacy of this new testing method is evaluated on two counts. First, the optical performance of optic fibers is studied before and after incorporated into 3-D braided composites, as well as after completion of the manufacturing process for 3-D braided composites, to validate the ability of the optic fiber to survive the manufacturing process. On the other hand, the influence of incorporated optic fiber on the original braided composite is also researched by tension and compression experiments. Second, two kinds of optic fiber sensors are co-embedded into 3-D braided composites to evaluate their respective ability     

一种新的界面脱粘和纤维拔出模型

对纤维增强复合材料中界面的脱粘和纤维的拔出行为进行了研究,通过纤维间距d来考虑纤维之间的相互影响,改变脱粘段的剪切强度和粘结段的临界能量释放率,推导出了纤维拉拔荷载和纤维脱粘长度之间的变化关系,与StangH的模型进行了对比,当纤维间距较大时,纤维之间的相互影响相对较小,此时与StangH的单根纤维拉拔情况较为相符,但当纤维间距较小时,由于临近纤维的影响,使得在相同脱粘长度的情况下,纤维拉拔荷载和纤维拔出端位移有减小的趋势,改变复合材料板层的厚度,由于影响了基体的变形,界面的脱粘和纤维的拔出行为也受到了相应的影响。     

CrN基复合薄膜的结构及摩擦磨损性能研究

采用反应磁控溅射法制备了CrN、CrSiN与CrAlN复合薄膜,分析了复合薄膜的微观结构,并考察了3类薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：所制备的薄膜晶体结构没有随着Si或Al的加入发生转变,仍然为面心立方结构。CrAlN复合薄膜为合金复合薄膜,其中Al以置换方式固溶于CrN中,取代了一部分Cr原子,形成固溶体;CrSiN复合薄膜为晶态CrN与非晶态Si3N4组成纳米复合结构。复合薄膜结构致密且硬度较CrN大幅提高,在摩擦磨损过程中具有较强的抗形变能力,能够有效阻止裂纹,抗摩擦磨损性能较CrN薄膜均有不同程度的提高。     

放电等离子快速烧结C/Cu复合材料的组织和摩擦磨损特性研究

利用机械合金化和放电等离子快速烧结法制备C/Cu复合材料,采用X射线衍射仪、显微硬度计、销-盘式摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜对复合粉末和烧结体的组织结构、硬度、干摩擦条件下的摩擦磨损性能及其磨损机制进行分析.结果表明:C/Cu复合粉末尺寸随球磨时间的延长明显细化,C在Cu中形成过饱和固溶体;放电等离子烧结体组织致密、细小且均匀,随着碳含量增加,烧结体的硬度与密度减小;相对电解粗铜烧结样品而言,C/Cu复合材料表现出较低的摩擦系数和良好耐磨性,其磨损机制主要为粘着磨损和剥层磨损.     

复合材料结构内埋光纤网络测试其内部损伤试验研究

本文介绍了在复合材料层板内埋入光纤网络，用于测试层板冲击损伤的试验方法和结果。试验表明该法探测损伤是有效的，具有广阔的发展前途。