含界面相复合材料热残余应力分析

本文分析了含有界面相纤维增强复合材料热残余应力的空间分布。针对材料实际微结构几何特点,建立含有界面相的三维三相单丝模型,用均匀和梯度函数描述界面相模量随空间变化规律,由轴对称体弹性力学理论得到单丝热残余应力分布,结果表明梯度界面降低了残余应力。通过碳纤维电阻法测出T300/环氧树脂单丝体系固化后的纤维轴向应变,与梯度界面的分析结果基本一致。用叠加方法得到密排六方结构代表性体积元(RVE)中纤维间相互偶合的应力场,同时应用有限元法分析RVE中纤维间的残余应力分布,两者结果相互验证。     

相移云纹干涉法与盲孔法相结合检测复合材料的残余应力

本文应用相移云纹干涉法与盲孔法相结合检测纤维增强复合材料的残余应力。盲孔法是工程中被广泛应用的测定残余应力的方法之一,相移云纹干涉方法可得到孔边任意一点的位移信息。由于正交各向异性复合材料在弹性主方向不发生拉剪(或剪拉)耦合效应,所以通过适当读取孔边特殊点的位移,可方便地得到残余应力值。     

金属基复合材料中的热残余应变场及其对材料细观行为的影响

基于SiC／Al基复合材料中的SiC颗粒周期性排布的假设,采用轴对称体胞方法研究了金属基复合材料中的热残余应变场与粒子形状、体积分数等参数间的内在联系;在此基础上,探讨了热残余应变对夹杂内部和基体—夹杂界面的应力集中因子的影响．所得结果对于理解热残余应变对空洞形核的影响有参考价值。     

固化温度对碳纤维/环氧基体界面行为影响的分析

对界面粘结性能及热残余应力影响下的单纤维复合材料的界面行为进行了分析。采用界面的弹性-软化内聚力模型,用解析法对单纤维复合材料由固化引起的热残余应力、以及单纤维碎断过程纤维的轴向应力分布进行了模拟,得到了碳纤维/环氧树脂在常温和高温固化两种情况的界面粘结性能。结果表明：与常温固化相比,高温固化后,界面的剪切强度增幅不大,界面的断裂韧性显著增加;高温固化后形成的界面,使界面的软化提前、界面的脱粘延迟;高温固化产生的纤维轴向和界面径向热残余应力对界面的软化均有延迟作用;界面径向热残余应力还对界面的脱粘有延迟作用。     

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     

复合材料粘接件热变形问题实验研究

本文采用云纹干涉法,对复合材料粘接件承受温度载荷作用,粘接板热膨胀失配造成的胶层剪应变及其随温度的变化特进行了分析,提出了用复合材料两个方向膨胀系数分别取代各向同性体问题的热膨胀系数,为云纹干涉法在复合材料热变形问题的热膨胀系数,为云纹干涉法在复合材料热变形问题的应用打下了基础.     

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.     

用云纹干涉法测复合材料的固化残余应变

云纹干涉法是研究复合材料变形的一种有效方法.本文讨论了用云纹干涉法测量复合材料的固化残余应变,获得了试件表面的位移条纹图,并用电测方法加以验证。     

纤维复合材料透射式光弹性方法中的偏振光学问题

本文总结了用显微激光分析仪对一般纤维增强复合材料进行透射式光弹性研究的近期工作。针对纤维复合材料违反传统光弹理论的偏振光学行为,讨论了纤维、基体的双折射率不同以及由纤维与基体的界面两侧出射的光在Airy斑重叠区发生干涉等问题,从更一般的角度探讨了最近的文章中所提出的新光弹公式中所含两个滞后量的存在性。      

瓷修复体界面断裂行为的模拟实验研究

本文利用云纹干涉法和云纹干涉－－有限元混合法，对瓷修复体的模拟双材料模型界面断裂问题进行了实验研究。用云纹干涉和数字错位云纹干涉法测量带边裂纹的双材料四点简支梁在剪切作用下界面表面的剪应变分布及界面两侧局部表面的位移场，实验表明，由于界面两两侧材料力学性质不同，表现出界面剪切断裂问题的非称性和裂尖附近复合型断裂的特点；用云纹干涉法和有限元法相结合的混合法对粘接界面角点应力奇异性进行研究，并对角点附近应力应变场作了分析，得到了应力奇异指数与边界楔角，载荷的关系，证明了用界面应力强度因子Kf来描述界面端部区域应力分布的公式，并得到了双材料界面端部区域的应力应变分布情况。本文的实验结果为进一步研究口腔金瓷修复体界面的优化设计提供了基础，同时也说明云纹干涉法对于双材料界面断裂行为的研究是有效的。     

含空心纤维热电复合材料的能量转换效率及力学性能

空心纤维常用于热电复合材料的结构设计。纤维附近产生的不均匀温度场会引起局部热应力集中,威胁材料的可靠性并可能导致结构失效。本文采用圆环夹杂模型,研究了含空心纤维热电复合材料在均匀远场电流和能流作用下的力学响应。基于非线性全耦合的热电本构方程,利用复变函数中的级数法得到了纤维和基体中热电场和应力场的解析解。通过数值算例,分析了空心纤维的传导能力和几何尺寸对温度场、应力场和局部热电转换效率的影响。结果表明：随着空心纤维内径和界面热阻的增大,界面周围的应力场增大,但并不改变应力场的分布趋势。此外,我们发现：温度分布和应力场对几何参数比对界面热阻更为敏感。     

单层纤维复合材料的光弹模型初探

本文总结了用显微激光分析仪对一般纤维增强复合材料进行透射式光弹性研究的近期工作.针对纤维复合材料违反传统光弹理论的偏振光学行为,讨论了纤维,基体的双折射率不同及由纤维,基体界面两侧出射的光在Airy斑重叠区发生干涉等问题,从更一般的角度探讨了最近的文章中所提出的新光弹公式中所含两个滞后量的存在性.     

基于迟滞行为的2D-SiC/SiC复合材料组份力学性能分析

基于剪滞理论, 建立了单向纤维增强陶瓷基复合材料的加卸载理论模型, 分析了基体长碎块和短碎块对材料迟滞力学行为的不同影响. 通过拉伸循环加卸载试验, 获得了2D-SiC/SiC 复合材料的迟滞应力—应变行为.依据材料基体损伤特点, 将试验结果代入长碎块对应理论推导结果, 计算得到了4 个表征材料组份性能的参数:基体开裂应力为90 MPa, 热残余应力为19 MPa, 界面脱粘能为3.1 Jm2, 界面滑移力为74 MPa. 最后结合少量短碎块的存在对试验结果的影响, 定性分析了计算结果的偏差. 结果表明, 获得的材料组分性能参数具有较小的分散性, 并能够准确表征材料整体的力学行为.      

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     

极端环境下连续碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的力学行为

连续纤维增韧的碳化硅复合材料(以下简称C/SiC),作为超高速飞行器热结构使用时,有可能在高温环境下受到高速撞击的作用,因此,掌握其在极端环境(高温、高应变率)下的力学性能是进行结构安全设计的基础。本文采用具有高温实验能力的分离式Hopkinson杆,在293~1273K温度范围内进行了动态压缩力学性能测试,研究了环境温度和加载速率对材料力学性能的影响。结果表明:C/SiC复合材料的高温压缩力学性能主要受应力氧化损伤和残余应力的共同影响。实验温度低于873K时,应力氧化损伤的影响很小,而由于增强纤维和基体界面残余应力的释放使界面结合强度增大,复合材料的压缩强度随温度的升高而增大;当实验温度高于873K时,应力氧化损伤加剧,其对压缩强度的削弱超过残余应力释放对强度的贡献,材料的压缩强度随温度的升高逐渐降低。由于应力氧化损伤受应变率的影响很大,当温度由873K升高至1273K时,高应变率下压缩强度降低的程度要比应变率为0.0001/s时低得多。     

考虑夹杂相互作用的复合陶瓷夹杂界面的断裂分析

复合材料中夹杂含量较高时,夹杂间的相互作用能显著改变材料细观应力应变场分布,基体和夹杂中的平均应力应变水平也会发生较大变化,导致复合材料强度等力学性能发生显著变化. 为修正单一夹杂模型运用在实际材料中的误差,基于相互作用直推估计法,建立一种考虑含夹杂相互作用的夹杂界面裂纹开裂模型. 首先根据相互作用直推估计法,得到残余应力和外载应力共同作用下夹杂中的平均应力,再计算无限大基体中相同的夹杂达到相同应力场时的等效加载应力,将此加载应力作为含界面裂纹夹杂的等效应力边界条件,在此边界条件下求得界面裂纹尖端的应力强度因子,进而得到界面裂纹开裂的极限加载条件,并分析了夹杂弹性性能、含量、热残余应力、夹杂尺寸等因素对界面裂纹开裂条件的影响. 结果表明,方法能够有效修正单夹杂模型运用在实际材料中的误差,较大的残余应力对界面裂纹开裂有重要的影响,夹杂刚度的影响并非单调且比较复杂;在残余应力较小时,降低柔性夹杂刚度或者增大刚性夹杂刚度都有利于提高材料强度;扩大夹杂尺寸将导致裂纹开裂极限应力显著降低,从而降低材料强度.      

云纹干涉与钻孔法测量残余应力的实验方法与系统

应变片钻孔法是工程中应用最广的残余应力测量方法之一，由于应变片只能得到其长度范围内的平均应变，测量误差比较大，本文提出用云纹干涉法测量的位移信息代替应变片测量的应变信息来确定残余应力，用有限元建立位移与残余应力之间的关系，基于以上理论，开发了一种可以进行现场残余应力测量的便携式云纹干涉钻孔系统，并用该仪器进行了铝合金激光焊接接头的残余应力测量，得到了焊缝中心残余应力值。     

碳/环氧复合材料加工引起的残余热变形的微观云纹干涉方法研究

本文提出了一种新的微观云纹干涉法来测量碳/环氧复合材料的热变形.文中对该方法的原理和测量技术进行了详细的讨论,用碳/环氧复合材料制作了一个16层[90°2,0°2,+45°2,-45°2]的试样板,测量了由于加工引起的层间残余变形,计算了层间应变分量εx,εy,γxy.实验结果表明这种微观云纹干涉法能分辨出几十到几百微米范围内的云纹条纹.比传统的云纹干涉法具有更高的分辨率.     

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。     

颗粒增强复合材料中微观热应力和残余应力分析

运用空间配位体密堆模型和球对称分析单元，分析计算了颗粒增强复合材料经历温度变化后产生的微观热应力和残余应力。分析结果表明，温度升高时界面产生径向张应力，降温时产生压应力。存在一个基体开始发生塑性变形的临界温差ｔ＿ｐ，其值随增强体体积分数Ｖ＿ｐ增加而降低。除组元间热膨胀系数差和弹性常数外，基体材料本构关系和屈服强度对热应力和残余应力均有很大影响。随Ｖ＿ｐ增加，微观应力和水静宏观应力幅值上升。但粒子周围塑性区尺寸近似与Ｖ＿ｐ无关。给出了不同变温条件下残余应力的确定方法。