三维编织CMC的弯曲断裂研究

从界面断裂的角度出发，对三维编织CMC的断裂作了理论研究和数值分析，对于三点弯曲试件，通过数值拟合修正了能量释放率G的理论表达式中的自由常数A，同时也研究了材料的各个参变量对于断裂韧性的影响，由此得出了一个基本完善的三点弯曲试件断裂韧性G的理论公式，该能量释放率方法可以应用于单试件的试验计算，与断裂韧性的柔度标定方法相比，该方法一方面可以减少试验件数量；另一方面，试验结果显示出在试件切口尺雨处于0．4≤a/W≤0.5时，可以获得比较稳定的断裂韧性值。     

影响三维编织CMC断裂性能的孔洞问题

在气相沉积三维编织陶瓷基复合材料(CMC)的编织结构中，孔洞的存在在所难免。研究孔洞对断裂性能的影响必须面对孔洞带来的问题。过去研究孔洞问题的工作主要集中在等效模量和强度上，并取得了一些理论成果。然而，除了微裂纹、纤维和偏转增韧等的研究外，很少有关于孔洞对断裂性能的文献报道。因此这里探讨一下孔洞对断裂的影响问题。通常研究者认为孔洞能够通过两种途径增韧材料的断裂韧性：即裂尖的钝化和材料柔性增加。前者只能够定性地认识和分析裂尖形貌的增韧效果(本文不涉及此内容)；后者可以做一些定量的分析。基于此，首先研究了孔洞的形态与分布，并给出了孔洞模型。其次用两次等效的工程方法均匀化材料的有效弹性模量，并且和实验相比较，其结果令人满意。接着又分析了应力强度因子K及K控制区随孔洞体积分量的变化规律。最后引用能量释放率G用图的形式表述了孔洞的增韧效果。显然图中的结论表明，孔洞的增韧效果并不理想。     

各向异性编织CMC弯曲断裂失效模型

通过对缺口弯曲断裂试验的研究发现,编织CMC存在两种断裂失效模式:界面主导的和纤维束主导的失效模式.针对这两种模式建立了界面失效模型和纤维束断裂失效模型.界面失效模型用半经验方法处理弱界面和大编织角度的断裂强度问题;纤维束断裂失效模型采用解析方法处理较强界面和小角度的断裂强度问题,为含有缺口试件的弯曲强度预报打下了初步的理论基础.     

三维编织复合材料剪切性能分析

根据三维四向编织复合材料的结构特点，提出了刚度合成法预测编织复合材料剪切弹性模量，比较了整体编织试件和裁剪所得试件理论剪切性能差别，分析了三维编织T300／QY9512复合材料的剪切性能随试件沿宽度和厚度两个方向内部单胞数目的变化规律。结果表明，三维编织复合材料剪切弹性模量是与试件尺寸相关的，只有当试件尺寸较大、沿宽度和厚度两个方向内部单胞数目较多时，试件尺寸的影响可以忽略。当沿宽度方向单胞数目较大时，整体编织试件和裁剪所得试件的剪切模量相近。本文还得到了在复合材料板的纤维体积含量不变的情况下，剪切模量随编织角的变化规律。     

三维复合型断裂的试验方法探讨

探讨了一种能够揭示三维复合型断裂现象并能记录这些现象的三维复合型断裂研究的实验方法，用此方法完成了LC4－CS航空结构铝合金不同厚度紧凑拉伸试样的I＋Ⅱ复合型断裂试验。结果表明：此方法能够简便地确定出复合型裂纹的起裂载荷、破坏载荷、裂尖张开位移、滑移位移和起裂角，基本解决三维复合型断裂研究所需实验数据问题。同时发现此种材料试样的承载能力和超裂方向的确具有明显的厚度效应。     

三维编织复合材料弯曲性能分析

根据三维四向编织复合材料的结构特点,提出了用刚度合成法来预测复合材料的弯曲模量,并对三维编织T300/QY9512复合材料的弯曲模量进行了预测.分析结果表明,由于试件的表面单胞和内部单胞的结构不同,得到试件的弯曲模量略高于拉伸模量,该结果与试验值相符.另外,当试件尺寸较大、内部单胞数较多时,可以不考虑表面单胞和内部单胞性能差异的影响,而认为三维编织复合材料的弯曲模量只与内部单胞的性能有关,这对工程分析和试件制作具有指导意义.     

三维四向编织复合材料的拉伸尺寸效应研究

通过对三维四向碳/环氧编织复合材料的拉伸实验,观测了不同几何尺寸的试件的破坏模式和断口形貌,得到了材料在拉伸载荷下不同的破坏机理以及材料的力学性能与试件几何尺寸的相关性,研究表明材料随着内部单胞数量的增加材料的弹性模量递减,而剪切模量和泊松比递增的变化规律,通过体积平均法从理论上预报了材料的弹性性能,预报结果与实验结果相符,实验和理论所获结论为进一步进行材料的刚度和强度预报以及强度准则的建立奠定了必要的实验和理论基础.     

粘弹性树脂基三维编织复合材料的热膨胀性能研究

首先利用均匀化理论并结合有限元法研究了三维编织复合材料的粘弹性效应,根据松弛模量的计算结果研究了材料热膨胀系数随时间的变化关系,在此基础上,给出了编织结构和工艺参数(编织角、纤维体积比)对材料初始热膨胀系数的影响规律,计算结果与实验值吻合较好.论文工作为深入研究三维编织复合材料的热粘弹性能提供了基础.     

三维编织复合材料渐进损伤的非线性数值分析

基于考虑纤维束相互挤压的八边形纤维束截面单胞模型,引入周期性位移边界条件,采用 细观非线性有限元方法,建立了三维四向编织复合材料的渐进损伤拉伸强度模型. 该模型考 虑了增强体纤维束纵向非线性剪切应力-应变关系,采用Hashin型损伤失效准则定义了纤维 束的典型损伤类型,并根据纤维束和纯基体相应损伤类型所造成的材料性能退化,模拟了不 同编织角试件各类损伤产生、扩展及材料最终破坏的整个过程. 模型数值结果与实验数据吻 合较好,证明了该模型的合理有效性. 探讨了组分材料剪切非线性、损伤对材料宏观非线性 本构行为的影响,结果表明：随着编织角增大,纤维束剪切非线性效应和累积损伤对材料非 线性力学行为的影响明显增强.     

三维编织复合材料几何建模及数值分析

论文根据三维编织复合材料的结构特点,把整体结构分为内部单胞、表面单胞和角单胞三种类型的子单胞,考虑空间纤维束的相互扭结和挤压所造成的纤维束的弯曲和截面变形,针对每种类型的子单胞,建立了相应的几何分析模型.引入周期性位移边界条件,建立了材料的弹性性能预报模型,得到了三维编织复合材料的工程弹性常数.通过数值比较可以看出,论文所给出的数值计算结果与实验结果吻合较好,从而验证了本文模型的有效性.     

一种表面裂纹高温断裂韧性测试方法

提出了一种表面裂纹高温断裂韧性测试方法，包括试样加热、温控和裂纹嘴张开位移测试方法．该方法适合于在相对简单的条件下测试表面裂纹高温断裂韧性．最后给出了铝合金焊缝表面裂纹高温断裂韧性的测试结果．     

测定金刚石膜断裂强度及断裂韧性的力控制法研究

人造金刚石膜是一种新材料,断裂强度及断裂韧性是其主要力学性能指标,目前国内、外尚无相应的强度测试方法标准,一般采用类比陶瓷测定断裂强度与断裂韧性的方法进行,即采用位移控制法进行检测,基于金刚石膜是一种硬度比陶瓷更高的材料,本文首次提出对金刚石膜用一种力控制法进行检测,在试验时采用专用的弹性压力头加载,加载速度可调,加载平衡、可靠,收到了很好的效果。     

二种岩石断裂韧度试样测试的稳定性分析

本文分析了 ISRM 采纳的两种具有人字形切槽的试样在测试过程中裂纹扩展的稳定性问题,计算了它们在不同加载条件和试验机刚度时各自的稳定性因子;指出对岩石等一类脆性材料,加载方式和试验机刚度对测试的稳定性有很大的影响;说明了这两种试样在稳定性方面的差异,并指出它们在稳定性上明显地优于普通直裂纹试样.     

高聚物粘结炸药断裂特性实验研究

研究了高聚物粘结炸药在室温下的断裂特性 ,结果表明这类材料的断裂韧性与裂纹长度有关 ,所测试的断裂韧性值随着裂纹长度的增加而降低 ,并且不趋于一个较稳定的值 ,这与金属材料的结果不一样。断面观察发现断面上有分布的颗粒 ,且周围与基体界面的微裂纹使得材料的断裂性能降低。分析表明 ,对工程应用来讲 ,可以选取 0 .2a/W 0 .3范围内的裂纹长度来确定这类材料的断裂韧性。     

用人字形切槽短棒试样测定断裂韧度的新方法

介绍美国材料试验学会(ASTM)的一个新标准:金属材料平面应变(人字形切槽)断裂韧度的标准测试方法,即 ASTM E1304—89标准。并给出这种方法的一些测试结果。     

基于数字散斑相关法的紧凑拉伸试样断裂韧性实验研究

本文采用数字散斑相关方法对2A12T4铝合金紧凑拉伸试样的断裂韧性进行了实验研究。应用数字散斑相关方法计算了实验过程中试样的应变场、应力场以及位移场。针对实验所得的结果以及紧凑拉伸试样的裂纹特征,采用了矩形积分路径。选择沿裂纹方向和垂直裂纹方向的J积分路径,并且推导出各方向上J积分的数值计算公式。根据推导得到的公式选择不同的积分路径进行J积分的计算,得到了断裂韧性J0积分路径的合理选择范围,同时验证了J积分的路径守恒性。然后根据所得的路径选择标准,选择合理的积分路径,计算出2A12T4铝合金断裂韧性J0的值。将所得结果与国标计算的J0值对比,误差为1.22%,说明了此种方法的正确性。从而为数字散斑相关方法在紧凑拉伸试样断裂韧性的测试研究中提供参考。     

渗碳层断裂韧性评定新方法

本文依据裂纹沿渗碳层扩张时所特有的ＰＯＰ－ｉｎ现象提出了一种评定渗碳层断裂韧性的新方法。研究表明：ＰＯＰ－ｉｎ现象是渗碳层断裂韧性正梯度分布造成的；根据ＰＯＰ－ｉｎ点处的载荷及相应的裂纹长度计算出的渗碳层ＫＩＣ－ｘ分布曲线是评定其断裂韧性的基础，而对渗碳层断裂韧性的客观评定需综合考虑断裂韧性沿渗层的分布及梯度分布