含强约束界面片状夹杂复合陶瓷热膨胀系数预报

以含强约束界面相片状夹杂复合陶瓷的细观结构为基础,建立含片状夹杂、强约束界面相、基体氛围和有效介质组成的四相模型,将片状夹杂、强约束界面相和基体氛围构成的三相胞元看作复合夹杂,根据Eshelby理论,确定了含同向片状夹杂复合陶瓷的有效热膨胀系数的解析表达式,复合陶瓷为横观各向同性,有2个独立的热膨胀系数.定量分析表明含同向片状夹杂的强约束界面复合陶瓷的有效热膨胀系数具有明显的尺度效应.     

含弧形裂纹复合陶瓷强度的尺度效应

认为含弧形裂纹复合陶瓷由随机方向的三相胞元与有效介质构成,用细观力学的方法研究了复合陶瓷的损伤失效和强度。首先确定三相胞元的外载应变,再依据复合陶瓷在损伤过程中的细观应力场和广义热力学力,计算出三相胞元内基体和颗粒的损伤等效应力,当基体和颗粒的损伤等效应力分别等于两者的极限应力时,得到基体和颗粒的破坏应力。然后,根据混合型应力强度因子计算弧形裂纹扩展时的能量释放率,进而得到界面的破坏应力。最后综合考虑基体、颗粒和和界面损伤影响,获得含弧形裂纹复合陶瓷的宏观强度及其尺度效应。     

共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性

应用细观力学方法研究了由具有随机尺寸和方位的棒体共晶体构成的共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性.首先根据棒状共晶体的细观结构特性,考虑共晶体边界处的微观滑移确定共晶陶瓷复合材料的开裂应力,当外载荷达到开裂应力时,裂纹开始扩展.然后分析裂纹表面处的棒状共晶体桥联力使裂纹产生闭合效应,减小裂纹尖端的应力集中,建立棒状共晶体桥联增韧机制;再依据棒状共晶体拔出过程中摩擦力做功,建立棒状共晶体拔出增韧机制.最后在棒状共晶体的桥联与拔出增韧机制的基础上,得到了共晶基陶瓷复合材料断裂韧性的理论表达式.结果表明共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性与棒状共晶体的长径比密切相关.     

基于三角对称共晶团断裂的复相陶瓷极限应力预报模型

根据复相陶瓷内三角对称共晶团的特殊结构形式,基于共晶团细观损伤断裂机理建立复相陶瓷极限应力预报模型,为分析复相陶瓷的断裂机理提供理论依据。首先,基于共晶团内纤维端部的应力集中效应,考虑共晶团内基体出现微观塑性流动的特性,利用位错塞积理论和内聚键破裂条件,确定三角对称共晶团的本征断裂应力。然后,基于沿共晶团晶向的微观损伤应变,确定加载函数,考虑三角对称共晶团细观断裂过程中的中性加载条件,计算共晶团的细观损伤断裂应力。最后,考虑三角对称共晶团尺寸的随机性和方向任意性,引入"临界区"概念,在共晶团尺寸和方向服从二维完全随机分布条件下,得到复相陶瓷极限应力的理论预报模型。结果表明,复相陶瓷的极限应力主要由三角对称共晶团的细观损伤极限应力确定,三角对称共晶团内纤维夹杂体积含量和尺寸对极限应力有重要影响。     

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的细观强度分析

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的失效主要有界面脱粘、增强粒子开裂等新的细观结构损伤机制。为了减小这些不足并对细观失效过程有一个清晰的了解,近来人们对金属基复合材料进行了大量研究,在此基础上,本文用细观力学的方法和损伤模型研究了陶瓷颗粒增强金属基复合材料的强度和损伤失效。为了计算方便,陶瓷颗粒简化为在复合材料中随机分布的椭球形粒子,然后以二相胞元模型计算分析了金属基体、颗粒中的应力应变分布情况,结果表明,基体中应力极不均匀,界面区存在应力集中,并计算了界面弧形裂纹扩展时的能量。最后分别提出了基体,颗粒和界面的失效强度准则,本文结果对于颗粒增强金属基复合材料具有普遍的实用性。     

含片状缺陷共晶复合陶瓷的细观强度模型

根据缺陷在共晶复合陶瓷中的分布特点,假设缺陷为片状、缺陷周围介质为横观各向同性,建立了含缺陷共晶复合材料的细观力学模型;根据损伤理论定义了胞元等效外载应力场,依据等效夹杂理论得到了含缺陷各向异性基体复合材料Griffith强度,考虑缺陷的空间分布随机性得到了复合材料强度与缺陷尺寸、缺陷体积含量等参数的关系。结果表明:强度与缺陷半径的-1/2次方成线性关系,且缺陷尺寸较小时强度变化明显;片状缺陷体积含量对强度影响显著,尤其当缺陷含量小于3%时,少量缺陷即可造成强度极大地下降;缺陷形状及基体的各向异性对强度也有着重要影响,各向同性基体中片状缺陷不为圆形时,缺陷始终从短轴开始扩展,各向异性基体中片状缺陷为圆形时,则缺陷首先从弹性模量大的方向上扩展,最终缺陷形状和弹性模量满足特定的比例关系。     

含三角对称分布共晶团复合陶瓷力学性能研究

从Al2O3/ZrO2(4Y)自生复合陶瓷棒状共晶团的生长机理出发,研究了三角对称分布棒状共晶团的力学性能。基于相互作用直推法,先求得三角对称分布棒状共晶团每一组分的力学性能,然后通过坐标变换求得了整个棒状共晶团的力学性能。对棒状共晶团进行了随机均匀化处理,在考虑Al2O3块晶和ZrO2颗粒夹杂的情况下,求解了复合陶瓷的力学性能。计算中将Al2O3块晶视为椭球,通过三主轴比值的变化近似地模拟了任意形状的Al2O3块晶夹杂;计算了三个主轴的长度比变化时对复合陶瓷材料弹性性质的影响,并与实验结果进行了比较。研究表明:三角对称分布棒状共晶团每一组分呈横观各向同性,其弹性模量与ZrO2纤维的体积含量呈线性关系;三角对称分布棒状共晶团亦为横观各向同性,其在垂直[0001]晶向的平面内力学性质是完全对称的,与平面内坐标选取无关;随Al2O3块晶三个主轴长度比的变化,弹性模量的最大值与最小值相差3.1%。     

含片状缺陷共晶复合陶瓷的细观强度模型

根据缺陷在共晶复合陶瓷中的分布特点,假设缺陷为片状、缺陷周围介质为横观各向同性,建立了含缺陷共晶复合材料的细观力学模型;根据损伤理论定义了胞元等效外载应力场,依据等效夹杂理论得到了含缺陷各向异性基体复合材料 Griffith 强度,考虑缺陷的空间分布随机性得到了复合材料强度与缺陷尺寸、缺陷体积含量等参数的关系。结果表明：强度与缺陷半径的-1/2次方成线性关系,且缺陷尺寸较小时强度变化明显;片状缺陷体积含量对强度影响显著,尤其当缺陷含量小于3%时,少量缺陷即可造成强度极大地下降;缺陷形状及基体的各向异性对强度也有着重要影响,各向同性基体中片状缺陷不为圆形时,缺陷始终从短轴开始扩展,各向异性基体中片状缺陷为圆形时,则缺陷首先从弹性模量大的方向上扩展,最终缺陷形状和弹性模量满足特定的比例关系。     

相变增韧陶瓷Ⅱ型裂纹增韧分析

本文采用压力敏感和权函数法，对相变增韧陶瓷Ⅱ型裂纹的增韧效应进行了理论预测。分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变性屏蔽的理论表达式，结果表明；相变对静止裂纹无增韧效应，纹尖端屏蔽来自于裂纹扩展尾区的贡献。     

关于“半圆形空间刚架振动分析”的讨论

指出献「１」中出现的几处失误，并进行了修正，讨论了半圆形空间刚架弯曲振动频率方程和振形方程的适用范围。