横向压缩载荷下CF/Al复合材料微观损伤演化与断裂力学行为

针对真空压力浸渗制备的单向碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟和实验相结合的手段研究了其在横向压缩载荷下的损伤演化与断裂力学行为,并分析了界面结合性能和纤维体积分数对复合材料横向压缩力学性能的影响。结果表明:基于纤维对角正方形分布RVE建立的细观力学有限元模型,可以较好地计算预测复合材料横向压缩变形力学行为。压缩变形初期界面首先发生损伤和失效现象,进而诱发界面附近基体合金的局部损伤;随压缩应变增加,界面和基体损伤逐渐发展并导致纤维的失效,复合材料横向压缩断口呈现出界面脱粘和纤维断裂共存的微观形貌。复合材料横向压缩弹性模量和极限强度随着界面强度增大而增大,而受界面刚度的影响较小;在相同界面性能条件下,复合材料横向压缩极限强度和弹性模量均随纤维体积分数的增大而减小。     

单向石墨纤维增强铝合金复合材料轴向压缩损伤演化与断裂力学行为研究

针对单向石墨纤维增强铝合金复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟与准静态压缩试验相结合的方法研究了其轴向压缩渐进损伤与断裂力学行为,并分析了纤维体积分数对CF/Al复合材料压缩力学性能的影响。结果表明,基于纤维正六边形排布RVE建立的细观力学有限元模型对CF/Al复合材料轴向准静态压缩变形力学行为的计算结果与实验结果吻合良好。复合材料轴向压缩时首先在界面处发生损伤,界面损伤的累积随后引起局部界面失效并诱发基体合金的损伤,变形后期纤维发生失效并导致复合材料产生轴向45°压缩破坏,压缩断口呈现出界面脱粘和局部纤维断裂共存的微观形貌,表明界面脱粘及其导致的纤维断裂是诱发复合材料轴向压缩失效的主要机理。轴向压缩载荷作用下基体合金塑性变形损伤后不易发生失效,纤维性能是决定复合材料轴向压缩力学性能的主要因素,增加纤维体积分数有利于提高复合材料的轴向压缩弹性模量和极限强度。     

Effects of Fiber Volume Fraction on Transverse Tensile Properties of SiC/Ti-6Al-4V Composites

采用有限元法分析了在残余应力和外加横向载荷作用下纤维体积分数对SiC/Ti-6Al-4V复合材料横向拉伸行为的影响。通过弹簧连接纤维与基体界面的重合节点来模拟界面脱粘。结果表明,在界面结合强度一定时,界面脱粘应力(对应于应力-应变曲线上应变的跳跃)受0°方向界面径向残余应力影响较大;在界面脱粘先于基体屈服时,复合材料失效应力(对应于应力-应变曲线上的水平部分)主要取决于纤维体积分数,且体积分数越低,失效应力越高。     

评定钛基复合材料界面强度的新方法

从微区角度建立了评定界面剪切强度的理论公式,用有限元方法验证该公式的准确性.此外,分析了钛基复合材料底部脱粘现象的原因以及热残余应力对纤维顶出最大载荷的影响.     

挤压铸造Al2O3/Al-4.5Cu复合材料的力学性能研究

研究了挤压铸造短纤维/铝基复合材料中纤维体积分数以及预制件的预热温度对复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维加速了复合材料的时效强化过程，随着纤维体积分数的增加，复合材料的硬度、强度、弹性模量增大，而塑性下降；随着预制件预热温度的升高，冷却速度减慢，复合材料的力学性能下降。     

颗粒增强铁基复合材料拉伸应力场数值分析

采用有限元方法分析了颗粒增强铁基复合材料强度和应力与颗粒形状、尺寸以及体积分数的关系。结果表明，颗粒尖锐化会导致颗粒尖端应力集中和基体内的应变集中。同时，颗粒长径比增大，颗粒的应力集中也增大；颗粒尺寸减小和体积分数增加都有助于提高复合材料的强度。     

短纤维增强铝基复合材料的热循环尺寸稳定性

研究了在热循环条件下,硅酸铝短纤维增强的普通活塞铝合金（ＺＬ１０９）复合材料的尺寸稳定性。研究结果表明,热循环能导致样品的尺寸发生变化。随着纤维体积分数的增加,样品的尺寸变形程度明显降低。这是由于纤维与基体之间的热膨胀失配引起的内应力造成了热应变的迟滞,从而导致样品的尺寸变化。     

体积分数对Wf／Zr基非晶复合材料准静态压缩特性的影响

系统研究了体积分数对钨丝增强Zr基非晶复合材料力学性能的影响。结果显示，在钨丝体积分数〈50％时，复合材料以剪切方式断裂为主，压缩强度和塑性应变随着体积分数的增加而增加；在体积分数≥50％时，复合材料以弯曲和劈开方式断裂为主，压缩强度随着体积分数的增加而继续增加，而塑性应变则开始降低。分析表明，钨丝体积分数的变化通过影响剪切带的形成而引起材料的力学性能发生变化。     

含断裂纤维的SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料纵向性能研究

采用ANSYS有限元法对含断裂纤维的SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料纵向拉伸性能进行分析。结果表明,纤维体积分数越高,该复合材料抗拉强度越高,而相应的应变越低。但纤维体积分数的高低对该复合材料失效模式没有影响。界面剪切强度对该复合材料的抗拉强度和失效模式均有明显影响,低的界面剪切强度导致较低的抗拉强度和渐进的复合材料失效;高的界面剪切强度导致较高的抗拉强度和灾难性的复合材料失效。     

SiC微粉含量对2D-SiC_f/SiC复合材料力学性能影响

对PIP法制备2D-SiC_f/SiC复合材料成形浆料中惰性填料SiC含量对2D-SiC_f/SiC复合材料孔隙率、纤维体积分数以及力学性能影响进行研究.研究表明,SiC微粉含量较低时,浆料粘度过低,导致层间存在较大气孔,纤维体积分数不高,致使复合材料力学性能不佳,当SiC微粉含量过高时,浆料粘度过大,层间基体厚度增加,纤维体积分数下降,并且浸渍效率降低,孔隙率增大,复合材料力学性能下降.当SiC微粉含量为33.3%时,复合材料具有较低的孔隙率和较高的纤维体积分数,复合材料具有较好的力学性能,弯曲强度和断裂韧性分别达到211.7 MPa和8.56 MPa·m~(1/2).     

单向碳化硅短纤维增强玻璃陶瓷材料弯曲断裂行为的研究

制备了单向短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷的复合材料。研究了复合材料的弯曲断裂行为，以及相关的增强机制。结果表明．短碳化硅纤维可以有效提高玻璃陶瓷的断裂强度，纤维体积分数为30％时，沿纤维方向的平均弯曲断裂强度是基体材料的3倍：短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的弯曲应力-挠度曲线、以及断裂行为具有与长纤维复合材料类似的特征．其断裂方式为非灾难性断裂。单向短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的主要增强机制为纤维脱粘、纤维滑移、纤维桥接、纤维断裂与纤维拔出。     

304不锈钢毛细管/Zr_(53.5)Cu_(26.5)Ni_5Al_(12)Ag_3块体非晶合金复合材料的制备与性能研究

采用渗流法成功制备出不同体积分数的304不锈钢毛细管/Zr53.5Cu26.5Ni5Al12Ag3块状非晶复合材料,分析了该复合材料的性能和变形行为.利用万能力学试验机进行性能测试,利用白光干涉轮廓测量仪、X射线三维成像和SEM观察样品表面及断口形貌.结果表明:复合材料的塑性得到显著改善,其中毛细管体积分数为34%时,复合材料的压缩应变可达约20%,同时伴有明显的加工硬化现象,其加工硬化量与毛细管含量有关.复合材料以近45°的剪切方式断裂,表面较为平坦,毛细管撕裂与界面脱粘形成裂纹扩展路径.剪切带的数量随毛细管体积分数增加而增加,毛细管包裹的非晶基体发生剪切变形滞后于毛细管外部的基体.     

碳纤维含量对Al2O3+C/ZL109混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了A1203 C／ZLl09短纤维混杂金属基复合材料，并探讨了A1203纤维体积分数为12％时，C纤维含量对该混杂复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着C纤维体积分数的增加，复合材料的摩擦因数和磨损率逐渐降低。12％A1203和4％C短纤维的协同作用使复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷比基体合金提高了1倍。当载荷低于临界载荷时，复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离，C纤维的加入有利于磨损表面裂纹尺寸的减小。但随着载荷的逐渐增加并发生严重磨损时，基体和复合材料的磨损机制均为严重的粘着磨损甚至局部熔化磨损。     

纤维增强钛基复合材料界面断裂韧性的顶出法研究（英文）

为了估计单向SiC纤维增强钛基复合材料的界面断裂韧性GIIc,提出了一个关于单根纤维顶出试验的新模型。在该模型中,界面脱粘开始于试样的底端面。以断裂力学为基础推导出了GIIc的理论公式,并且讨论了几个关键因素对GIIc的影响,如裂纹扩展所需的外加应力,裂纹长度以及界面的摩擦剪切应力。并且运用此模型预测了复合材料Sigma1240/Ti-6-4,SCS/Ti-6-4,SCS/Timetal 834和SCS/Timetal 21s的界面断裂韧性,并与以前的有限元结果进行了比较。结果显示,对于脱粘起始于试样的底端面的顶出试验,该模型能较可靠地预测钛基复合材料的界面断裂韧性。     

循环变形提高SiC纤维增强铝基复合材料强度及塑性Ⅰ.实验现象

对SiC纤维增强铝基复 不同周次循环变形载荷后强度与塑性的测试表明，循环变形可使其强度、塑性均有所提高。经循环变形载荷作用10周次，抗拉强度提高20％；作用100周次，强度提高30％，塑性也有类似的变化。这一现象与传统疲劳损伤理论不一致，通过对基体材料、SiC纤维体以及复合材料板的各自独立循环变形实验可知。这一现象同循环变形过程中纤维与基体的界面结合强度适度降低有关，这种降低有助于复合材料的强度与塑性的配合。     

纤维从弹性基体中的脱粘和拔出

本文分析了纤维从弹性基体中的脱粘与拔出,得到纤维初始脱粘应力。完全脱粘应力和纤维拔出应力与嵌入纤维长度的非线性函数关系,该理论经钢丝一环氧拔出试验验证,结果表明,当嵌入纤维长度较大时纤维初始脱粘应力趋向于一常数;完全脱粘应力随嵌入纤维长度的增加而增加,最后达到一个稳定状态:纤维拔出应力随嵌入纤维长度非线性地增加。     

典型编织结构复合材料强度性能的预测

以Tsai-Wu强度准则为基础,将三维编织复合材料看作横观各向同性材料,从而对Tsai-Wu强度准则的各阶强度张量系数进行简化,提出了一种计算三维编织复合材料拉伸强度的理论方法.计算了不同编织角和纤维体积分数下,三维四向和正交三向编织复合材料的拉伸强度,并探讨了编织角和纤维体积分数对编织复合材料强度性能的影响,计算结果与实验结果符合较好.     

含随机分布弧形微裂纹陶瓷复合材料的强度预报

针对颗粒性陶瓷复合材料内存在大量界面弧形微裂纹现象，通过考虑夹杂与微裂纹的相互作用，利用二相胞元法推导出夹杂与微裂纹共同作用引起的扰动应变和本征应变。根据微裂纹的本征应变确定了复合材料自由能的变化，进而计算出弧形微裂纹的能量释放率，由材料的破坏条件可获得不同外载条件下的强度。结果表明：复合材料的强度与第二相颗粒的尺寸和内界面脱粘区域有关，颗粒直径越小，强度越高；界面脱粘微裂纹角度越小，强度越高；而微裂纹的分布形态和体积分数对复合材料的强度影响很小。     

循环变形提高SiC纤维增强铝基复合材料强度及塑性 I.实验现象

对ＳｉＣ纤维增强铝基复合材料经不同周次循环变形载荷后强度与塑性的测试表明．循环变形可使其强度、塑性均有所提高．经循环变形载荷作用１０周次、抗拉强度提高２０％；作用１００周次．强度提高３０％．塑性也有类似的变化．这一现象与传统疲劳损伤理论不一致．通过对基体材料、ＳｉＣ纤维体以及复合材料板的各自独立循环变形实验可知、这一现象同循环变形过程中纤维与基体的界面结合强度适度降低有关，这种降低有助于复合材料的强度与塑性的配合．     

SiCp/Al合金复合材料时效强化的综合模型

以颗粒强化和时效强化理论为基础，结合铝合金时效动力学研究了SiCp／Al合金复合材料中增强体尺寸、体积分数以及时效制度对屈服强度的影响．分析不同时效制度下复合材料屈服强度与时效参数的关系，建立了一个SiCp／Al合金复合材料的时效强化综合模型，利用该模型可以预测复合材料屈服强度随增强体体积分数和尺寸以及时效时间的变化规律，将模型应用于SiC颗粒增强2XXX铝合金复合材料，结果显示模型预测值与实验数据吻合很好．