多种碳/环氧复合材料断口形貌及其断裂模型分析

对金属材料断口的形貌分析已有了较成熟的研究。复合材料是各向异性材料,对这种材料的微结构(纤维、基体及界面)的显微形貌,特别是从力学角度进行分析还缺少深入的研究。而且,复合材料本身是一个力学结构,纤维主要起承载作用,基体起连接纤维和传递载荷的作用。因此,研究复合材料的力学性能和破坏机理,仅 ...     

短纤维增强复合材料破坏过程的数值模拟

利用一个材料破坏过程分析程序ＭＦＰＡ＾２Ｄ系统,研究了短纤维增强复合材料的破坏过程,研究表明,对于非均匀脆性材料而言,纤维与基体的强度、弹性模量经级纤维的弹塑性性质对宏观材料的强度和韧性有很大的影响,数值模拟再现了短纤维增强复合材料的变形、破坏全过程,包括纤维的止裂与桥连作用及微裂纹的萌生、扩展直至最宏观贯通。     

基体的真实应力理论

连续介质力学中,各向同性材料的力学理论已基本成熟,即,对任何一个各向同性材料的力学问题,人们几乎总能从现有理论中找到有效解决方案,但对各向异性材料暨复合材料而言,只有线弹性理论才基本成熟,复合材料的塑性变形、破坏和强度等问题,都还缺少成熟分析方法。根本原因是,现有理论只能得到纤维和基体中的均值应力,复合材料的塑性、破坏和强度分析,都必须基于基体的真实应力。本文对作者创建和发展的基体真实应力理论进行了综述介绍,并简要指出了真实应力理论在复合材料破坏和强度分析中所起的作用。     

复合材料界面与其力学性能的关系

复合材料是一种具有多相结构的材料。它由基体(高聚物树脂、金属、陶瓷等)和增强剂(纤维或粉粒状填料)组合而成。这种材料的特点,在于它能根据使用的需要采用不同的宏观或微观的组合形式。换言之,可以进行材料设计。同时,复合材料不仅能综合各组成原材料的特色,而且还有可能具备原材料所没有的特性。因此,复合材料在材料科学领域中很有发展前途,目前已经获得广泛的应用。由于复合材料是一种多相结构的材料,因此必然包含着各组分之间构成的界面。这个界面对手复合材料的性质,尤其是力学性能,起了极其重要的作用。      

高温环境下纤维复合材料蠕变损伤的细观机理研究

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。     

角铺设复合材料层合板内部脱层破坏的研究

在面内剪切外载作用下，角铺设复合材料层板板最终的宏观破坏模式是脱层，然而从细观角度来看，宏观的脱层破坏可以对应不同的细观损伤过程，以破坏面的形貌为例，有些破坏面的形貌为例，有些破坏面主要由裸露的纤维和纤维迹组成，而有些破坏面则主要由矩齿形基体材料组成。不同的过程对应着不同的力学性能、诸如脱层强度、韧性等、本文从细观角度研究了脱层破坏过程，并就铺设角、界面强度、基体开裂强度对该过程的影响进行了讨论。     

纤维复合材料组织(CFK)的寿命设计

1.导言金属材料是均匀的各向同性的,而纤维复合材料(缩写为FVW)是不均匀和各向异性的,本文研究由坚硬的、常规情况下是弹性的纤维和柔韧的粘弹性人造树脂基体所组成的复合材料,金属是无机的“死”材料,而在纤维复合材料中至少基体是有机的、大分子的,是“活”的。      

含有多个涂层压电纤维复合材料的平面问题研究

压电纤维在未来的复合材料结构健康监测中具有重要作用．本文基于横观各向同性压电材料位移和应力连续条件以及经典的复势函数理论,讨论了同时受到平面内机械载荷和出平面电载荷作用时含有多个带涂层压电纤维的无限大线弹性基体的平面力学问题．首先将线弹性基体、涂层和压电纤维的应力场、位移场表示成复势函数,然后通过横观各向同性压电材料和线弹性材料的位移和应力连续条件确定复势函数表达式．将得到的复势函数表达式代入线弹性基体、涂层和压电纤维的的应力场、位移场公式可确定其应力场和位移场．最后,通过定量的案例讨论了涂层的材料属性对线弹性基体应力场的影响．案例分析表明涂层的材料属性对压电复合材料的应力场有重要的影响．     

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．     

SMA复合材料在热载条件下的残余应力分析

本文基于三相复合圆柱模型发展了增量型的分析方法,讨论在ＳＭＡ复合材料中由于ＳＭＡ材料相变以及各相材料热特性随温度变化引起的残余应力。研究基体与过渡恸介面和纤维与过渡界面间的残余应力,同时讨论由于基体相的变化对残余应力的影响。特别研究了涂层和复合材料基体间界面处的残余应力受纤维体积比、涂层厚度、纤维最大相变应以及基体中纤维取向等影响,而且讨论了计及应力对相就运动方程的影响时对ＳＭＡ复合材料相变温度和     

复合材料组分性能随机性识别的克里金随机分析方法

建立非均匀材料宏观力学性能与微结构参数之间的定量关系一直是人们所关心的问题,利用材料微结构参数和组分性能预报复合材料宏观力学性能,已经取得了很大的进展,然而已知复合材料宏观性能,如何开展组分性能的随机识别,目前的研究工作还不多见.论文考虑了复合材料的随机性,在已知复合材料宏观有效性能的随机性条件下,采用克里金随机分析方法,对复合材料组分性能的随机性进行识别,通过单向纤维复合材料的宏观有效性能的随机性,计算得到了纤维弹性模量的均值与方差,证明了该方法的有效性.     

复合材料

<正>近年来，复合材料（composite material）这个词用得多了起来。那么什么是复合材料呢？简单说，复合材料是由两种或多种不同的材料组合而成的材料。其中的一种材料作为基体，其他的材料作为增强相，基体通常是连续的，增强相可以是颗粒、纤维、层板。可以认为增强相是镶嵌在基体里的。这种组合成的材料的性质与它的任何一种成分的材料都显著不同。     

横观各向同性轴对称界面端奇异性研究

套筒模型是复合材料中常用的进行纤维、基体间应力传递分析的轴对称模型.在套筒模型中,中心为纤维,纤维外包裹的"套筒"有假设为各向同性基体材料的,也有假设为横观各向同性复合材料的.不失一般性,本文将纤维和基体均视作横观各向同性材料,建立了任意楔形角的横观各向同性复合材料基体包裹横观各向同性纤维的轴对称模型,采用两次坐标变换、逐次渐近等求解方法,得到了求解该模型界面端应力奇异性指数的特征方程.考虑常见的碳纤维/环氧树脂复合材料制成的压入和拔出试件,根据得到的特征方程计算了两种试件的界面端奇异性指数随碳纤维体积百分含量的变化情况,结果发现,随纤维体积百分含量的增加,两种试件界端的奇异性均呈减弱趋势.     

聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制

本文介绍了聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制工艺、结构特性、摩擦磨损及机械性能。它的结构特性为表面层起自润滑和抗磨损作用,基体材料起支承负荷的作用,充分发挥了材料各自的性能。由摩擦磨损和机械性能表明它是一种优良的固体润滑材料。     

共晶基陶瓷复合材料的强度模型

根据细观结构内界面的强约束特性,通过纤维-基体内界面切应力确定了共晶陶瓷棒体的细观应力场.然后分析了两相界面处位错塞积产生的应力集中,获得基体内的最大应力,当最大拉应力等于基体理论断裂强度时,得到共晶棒体的断裂强度的解析表达式.考虑共晶陶瓷棒体长度和方位的随机性,根据概率理论得到共晶陶瓷基复合材料的宏观强度的理论模型.结果表明复合材料的宏观强度与亚微米纤维的直径和长度、以及亚微米纤维、基体、共晶陶瓷棒体的弹性常数有关.理论与实验结果十分接近,说明文中理论模型是合理的,同时证明了共晶界面对陶瓷复合材料的重要影响.     

复合材料的新发展

一、复合材料的定义及种类复合材料由两种或两种以上性能不同的材料所构成,其中的每一种组成材料称为复合材料的“组分”。包容组分称为基体材料(简称基体),而被包容组分称为增强材料(增强剂),基体与增强材料的结合面称为界面。这些组分虽然在宏观上彼此牢固地结合成为一个整体,但它们之间、既未发生化学反应也不互相溶解,通常各组分在其界面上可以物理地区分出来,所以复合材料是一种多相材料。复合材料在工程上主要是指一种材料以人工均匀地分散在另一种材料中,以克服单一材料的某些弱点,发挥综合性能而言。一般来说,是由较强的、脆性的、高模量的增      

复合材料中加捻纤维束的预应力效应

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.     

宏微观渐进展开损伤本构模型及其在碳纤维增强复合材料中的应用

基体开裂、纤维拔出、界面剥离等是碳纤维增强复合材料常出现的局部各向异性损伤现象,这些损伤逐渐扩展,削弱了材料的强度和刚度,影响材料的承载能力.对此利用宏微观摄动理论对位移进行双范围渐进展开,在微观位移中引入损伤应变,通过计算损伤应变集中因子,得到了含损伤的均质化损伤弹性常数(宏观有效刚度矩阵),用平均法和混合法检验了无...     

纤维加强复合材料的总体粘弹性响应

在某些纤维增强复合材料(FRC)中使用金属或高分子聚合物作为基体材料。在高温等情况下,这类材料具有明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘弹性特性。通过渐近均匀化方法给出了预测FRC整体三维本构关系的解析表达式。给出了应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。以圆截面纤维正方形排列的情形为例,给出了等效模量随纤维体积比的变化曲线。结果说明,这类复合材料仍具有粘弹性特性,其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献,粘性部分来自基体粘性的贡献,复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献,须求解两类局部问题。可以看出,在整体的等效模量中包含了局部变形的贡献,局部变形增加了复合材料的耦合刚度。     

INVESTIGATION ON FATIGUE HYSTERESIS LOOPS MODELS OF FIBRE-REINFORCED CERAMIC-MATRIX COMPOSITES

纤维增强陶瓷基复合材料初始加载到疲劳峰值应力时, 基体出现裂纹, 纤维/基体界面发生脱粘. 在疲劳载荷作用下, 纤维相对基体在界面脱粘区往复滑移使得陶瓷基复合材料出现疲劳迟滞现象. 建立了纤维陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线细观力学模型, 采用断裂力学方法确定了初始加载纤维/基体界面脱粘长度、卸载界面反向滑移长度与重新加载新界面滑移长度, 分析了4种不同界面滑移情况的疲劳迟滞回线. 假设正交铺设与编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线主要受0°铺层、轴向纱线内纤维/基体界面滑移的影响, 预测了单向、正交铺设与编织陶瓷基复合材料在不同峰值应力与不同循环的疲劳迟滞回线, 与试验结果吻合.