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相似文献
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1.
为了探究埋头弹火炮所用的玻璃纤维增强型(GFR)复合材料药筒在高温高压瞬态冲击条件下的结构强度,分别开展了圆筒静态整体拉伸和动态高温高压冲击实验,从拉伸/瞬态超高压破坏试样断口部分截取断口样品,在扫描电子显微镜下观察断口形貌,得到GFR复合材料在两种不同受力情况下的失效模式。结果表明:室温整体单轴拉伸断裂时,GFR复合材料的断面与轴线夹角接近45°, 失效模式为环氧树脂基体破坏和纤维拔出;在高压瞬态冲击作用下,试样主要失效模式为纤维的脆性断裂,同时由于火药燃烧产生的高温燃气使部分环氧树脂基体碳化,纤维与基体界面结合力降低,少数纤维熔融或软化附着在断口上,部分软化的纤维因瞬态超高压被拉细。  相似文献   

2.
蒋震宇  张晖  刘生  张忠 《实验力学》2007,22(3):359-366
纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素。本文采用横向纤维柬拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度。平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体(由 Hanse ChemieAG提供),可以达到很高的含量,同时保持较为理想的分散状态。实验结果表明,二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应。当纳米颗粒含量为14v01.%时,横向纤维柬拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104%。通过对横向纤维柬拉伸样品断裂面的扫描电镜观察,以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量,可以发现横向纤维柬拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性。由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因。  相似文献   

3.
2D-C/SiC拉伸损伤的声发射信号聚类分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
摘要:对2D-C/SiC复合材料进行常温拉伸试验,利用声发射(AE)仪在线监测其损伤过程。应用K-均值聚类算法对AE信号进行模式识别,结合扫描电镜观察,发现2D-C/SiC复合材料拉伸过程的损伤模式包括基体开裂、界面层脱粘、层间剥离、纤维断裂以及纤维束断裂等,并得到了各种损伤模式AE信号参数的中心值。通过对不同损伤模式AE累积事件数和累积能量随时间变化的统计分析,描述了2D-C/SiC复合材料拉伸损伤演化过程。  相似文献   

4.
纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素.本文采用横向纤维束拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度.平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体(由Hanse Chemie AG提供),可以达到很高的含量,同时保持较为理想的分散状态.实验结果表明,二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应.当纳米颗粒含量为14 vol.%时,横向纤维束拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104%.通过对横向纤维束拉伸样品断裂面的扫描电镜观察,以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量,可以发现横向纤维束拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性.由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因.  相似文献   

5.
毛润生  黄争鸣 《力学季刊》2020,41(4):622-632
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.  相似文献   

6.
对正交(混杂)叠层复合材料最终拉伸破坏过程中的细观应力集中问题,提出了一种修正的剪滞分析模型;研究了叠层中由于90°层的基体开裂、层间界面破坏、0°层中部分纤维断裂及纤维/基体界面损伤相互作用所导致的细观应力重新分布,获得了相应的应力集中因子和界面破坏区长度与界面剪切强度的定量关系。本文结果为进一步研究正交叠层复合材料的细观破坏机理、最终拉伸强度及协同效应等提供了重要的理论依据。  相似文献   

7.
混合律方程所给出的单向复合材料的纵向强度,几乎只取决于纤维的强度和含量,不总是与实验结果相符合。实际上,在纵向应力作用下复合材料的破坏,有一个从初始的局部损伤,发展到最终的整体破坏的过程。不同的损伤发展形式和过程,直接影响到纤维承载能力的发挥。损伤发展形式和过程,又是依据纤维、基体性能和组合状况的不同而不同。因此,单向复合材料的纵向强度就不是简单地仅取决于纤维的强度和含量,还与纤维的其他性能、基体性能和界面粘接强度等有着密切的关系。本文详细分析了单向复合材料纵向拉伸破坏机理,並通过实验证实了上述结论。  相似文献   

8.
复合材料正交叠层板最终拉伸强度的细观统计分析   总被引:8,自引:0,他引:8  
曾庆敦  马锐  范赋群 《力学学报》1994,26(4):451-461
本文对复合材料正交叠层板[0/90/0]的最终拉伸破坏行为进行了研究.首先,提出一种修正的剪滞分析方法,求解叠层中由90°层的基体开裂和0°层的部分纤维断裂相互作用所导致的应力重新分布;然后,采用随机临界核统计模型,对叠层板的最终破坏进行了细观统计分析.对[O_2/90_m]_s、[O_4/90_m]_s碳/环氧和[O_4/90_m]_s玻璃/环氧的计算结果表明,估计的最终拉伸强度与现有的实验结果有较好的符合.  相似文献   

9.
高温环境下纤维复合材料蠕变损伤的细观机理研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
姜云鹏  岳珠峰 《力学季刊》2004,25(4):523-527
首先利用复合材料纤维断裂单胞模型,编制蠕变损伤子程序,对单胞模型进行蠕变损伤分析。分析了纤维/基体弹性模量比对蠕变变形、蠕变损伤以及应力场的影响。从计算结果发现,蠕变损伤首先在纤维断裂尖端起始,然后沿着一定的角度向基体外围延伸,直至完全损伤,而且纤维/基体模量比对高温环境下的复合材料蠕变损伤产生很大的影响;纤维与基体的模量相差越大,复合材料越容易变形,抵抗蠕变变形的能力就越小,蠕变损伤越严重。经过对不同韧性的基体材料进行研究,发现基体韧性低的复合材料蠕变损伤明显高于高韧性基体复合材料,表明低韧性基体复合材料抵抗蠕变破坏的能力较低。  相似文献   

10.
郭晓龙  姚寅  陈少华 《力学学报》2021,53(5):1334-1344
界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用, 界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响. 然而由于复合材料内部结构较为复杂, 颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定, 尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法. 本文以氧化锆颗粒增强聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料为研究对象, 提出一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法. 首先, 实验获得纯PDMS基体材料及单颗粒填充PDMS试样的单轴拉伸应力$\!-\!$应变曲线, 标定出PDMS基体材料的单轴拉伸超弹性本构关系; 其次, 建立与单颗粒填充试样一致的有限元模型, 选择特定的黏结区模型描述界面力学行为, 通过样品不同阶段拉伸力学响应的实验与数值结果对比, 分别给出颗粒与基体界面的法向强度、切向强度及界面断裂韧性; 进一步应用标定的界面力学参数, 开展不同尺寸及不同数目颗粒填充试样的实验与数值结果比较, 验证界面性能预测结果的合理性. 本文提出的界面力学性能预测方法简便、易操作、精度高, 对定量预测颗粒增强复合材料的力学性能具有一定帮助, 亦对定量预测纤维增强复合材料的界面性能具有一定参考意义.   相似文献   

11.
Based on unit cell model, the 3D 4-directional braided composites can be simplified as unidirectional composites with different local axial coordinate system and the compliance matrix of unidirectional composites can be defined utilizing the bridge model. The total stiffness matrix of braided composites can be obtained by the volume average stiffness of unidirectional composites with different local axial coordinate system and the engineering elastic constants of braided composites were computed further. Based on the iso-strain assumption and the bridge model, the stress distribution of fiber bundle and matrix of different unidirectional composites can be determined and the tensile strength of 3D 4-directional braided composites was predicted by means of the Hoffman's failure criterion for the fiber bundle and Mises' failure criterion for the matrix.  相似文献   

12.
The generalized self-consistent finite-element iterative averaging method was adopted toanalyze the elasto-plastic tensile properties of SiC whiskers reinforced aluminum matrix composites.The effects of varying fiber's aspect ratio and volume fraction on the macroscopic elasto-plastic defor-mation of the composites were studied.By the analysis of microscopic stress fields,the relation be-tween the propagation of the elasto-plastic region in the matrix and the macroscopic elasto-plastic de-formation of composites was discussed.It was found that the propagation of the plastic region in thematrix between the fiber's ends would affect prominently the elasto-plastic tensile behaviour of thecomposites.It was shown that the characterization of the stress-strain response in terms of the 0.2%offset yield strength is incomplete.  相似文献   

13.
微结构对金属基复合材料宏观弹塑性性能的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
采用广义自洽有限元迭代平均化方法分析SiC晶须增强铝基复合材料的弹塑性拉伸行为,研究纤维长径与体分比的变化对复合材料宏观弹塑性变形的影响。通过细观应力场的分析,讨论基体内塑性区的发展与复合材料宏观弹塑性变形过程之间的联系,指出纤维端头处基体塑性区的发展将对复合材料拉伸弹塑性行为有着显著影响。最后,还讨论了以名义屈服应力σ0.2来表征金属基复合材料的弹塑性特征的不足之处。  相似文献   

14.
The effect of fiber arrangement on transverse tensile failure in unidirectional carbon fiber reinforced composites with a strong fiber-matrix interface was studied using a unit-cell model that includes a continuum damage mechanics model. The simulated results indicated that tensile strength is lower when neighboring fibers are arrayed parallel to the loading direction than with other fiber arrangements. A shear band occurs between neighboring fibers, and the damage in the matrix propagates around the shear band when the interfacial normal stress (INS) is sufficiently high. Moreover, based on the observation of Hobbiebrunken et al., we reproduced the damage process in actual composites with a nonuniform fiber arrangement. The simulated results clarified that the region where neighboring fibers are arrayed parallel to the loading direction becomes the origin of the transverse failure in the composites. The cracking sites observed in the simulation are consistent with experimental results. Therefore, the matrix damage in the region where the fiber is arrayed parallel to the loading direction is a key factor in understanding transverse failure in unidirectional carbon fiber reinforced composites with a strong fiber/matrix interface.  相似文献   

15.
利用加捻纤维束的力学性能,可以制成预应力复合材料.在不受外力的情况下,这种复合材料的基体受压应力的控制.当有拉伸力作用的时候,材料所受的拉应力值会大大减少,这样,利用这种现象可以提高纤维增强复合材料的抗拉强度.本文将分析连续的加捻纤维束受拉状况并考虑到材料固化后产生的残余应力的影响.这种方法所产生的预应力取决于纤维束的加捻程度.本文将给出计算这种预应力的方法,而且还提供加捻纤维束产生预应力的光弹测试结果以及这种纤维预应力复合材料的纤维破坏的特征.  相似文献   

16.
A probabilistic strength model is developed for unidirectional composites with fibers in hexagonal arrays. The model assumes that, a central core of broken fibers surrounded by unbroken fibers which are subjected to unidirectional tensile loading. The proposed approach consists in using a modified shear lag model to calculate the ineffective lengths and stress concentrations around fiber breaks. The main feature in the model lies in incorporating the variation of composite properties due to temperature and moisture, in order to predict degradation of fibers and matrix characteristics. The strength degradation is often seen as a result of changes in ineffective lengths at fiber breaks, leading to stress concentrations in intact neighboring fibers. As fiber breaks are intrinsically random, the variability of input data allows us to describe the probabilistic model by using the Monte-Carlo method. The sensitivities of the mechanical response are evaluated regarding the uncertainties in design variables such as Young’s modulus of fibers and matrix, fiber reference strength, shear yield stress, fiber volume fraction and shear parameter defining the shear stress in the inelastic region.  相似文献   

17.
热环境中旋转运动功能梯度圆板的强非线性固有振动   总被引:2,自引:0,他引:2  
研究热环境中旋转运动功能梯度圆板的非线性固有振动问题.针对金属-陶瓷功能梯度圆板,考虑几何非线性、材料物理属性参数随温度变化以及材料组分沿厚度方向按幂律分布的情况,应用哈密顿原理推得热环境中旋转运动功能梯度圆板的非线性振动微分方程.考虑周边夹支边界条件,利用伽辽金法得到了横向非线性固有振动方程,并确定了静载荷引起的静挠度.用改进的多尺度法求解强非线性方程,得出非线性固有频率表达式.通过算例,分析了旋转运动功能梯度圆板固有频率随转速、温度等参量的变化情况.结果表明,非线性固有频率随金属含量的增加而降低;随转速和圆板厚度的增大而升高;随功能梯度圆板表面温度的升高而降低.  相似文献   

18.
利用有限元方法求取单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数的计算模型包括三维模型、两维平面应变模型、单胞模型等等.由于单胞模型仅仅适用于纤维规则排列情况.在纤维随机分布且纤维大小亦为随机时,单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数必须通过对于复合材料块体的计算才能获得.同时在随机分布纤维的数量增大时,三维模型和二维平面应变模型的计算量急剧增加,模型的处理能力不强.该文提出一种利用内嵌区域模型来计算含大量随机大小、随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料块体的横向弹性性能参数的方法,有效降低了计算量.在较低的计算费用下,能够快速获得单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数.  相似文献   

19.
A multi-scale representative volume element (RVE) for modeling the tensile behavior of carbon nanotube-reinforced composites is proposed. The RVE integrates nanomechanics and continuum mechanics, thus bridging the length scales from the nano- through the mesoscale. A progressive fracture model based on the modified Morse interatomic potential is used for simulating the behavior of the isolated carbon nanotubes and the FE method for modeling the matrix and building the RVE. Between the nanotube and the matrix a perfect bonding is assumed until the interfacial shear stress exceeds the corresponding strength. Then, nanotube/matrix debonding is simulated by prohibiting load transfer in the debonded region. Using the RVE, a unidirectional nanotube/polymer composite was modeled and the results were compared with corresponding rule-of-mixtures predictions. A significant enhancement in the stiffness of the polymer owing to the adding of the nanotubes is predicted. The effect of interfacial shear strength on the tensile behavior of the nanocomposite was also studied. Stiffness is found to be unaffected while tensile strength to significantly decrease with decreasing the interfacial shear strength.  相似文献   

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