C/SiC复合材料结构件热模态模型建模和修正方法

C/SiC材料是一种热的不良导体，在防热隔热领域具有重要的潜在应用前景。本文开展了C/SiC结构件的有限元模型修正方法研究。在热弹性理论的基础上推导了各向异性材料的应力-应变关系，建立了C/SiC复合材料层板在高热流密度条件下的系统泛函。建立了考虑温度效应的C/SiC复合材料结构的动力学有限元模型。提出了基于多层级思想的C/SiC复合材料结构模型修正方法。以模态频率差值最小为修正目标，复合材料力学、热学参数为修正变量，开展模型修正。模型修正结果表明，本文提出的方法具有良好的修正效果，能够准确修正结构热环境下的复合材料参数及边界条件。     

运用神经网络设计RTM成型复合材料力学性能

提出了一种设计RTM成型碳纤维织物／环氧复合材料力学性能的新方法．利用BP神经网络，以RTM成型工艺中注模压力、温度和时间为输入量，以复合材料层间剪切强度和弯曲强度为输出量，建立了反应工艺参数与力学性能内在规律的数学模型．利用此模型研究了在注模温度、时间确定的条件下注模压力与复合材料层间剪切强度的关系，网络输出的注模压力对复合材料层间剪切强度的影响规律与实验规律非常接近，说明建立的工艺参数与复合材料力学性能的关系模型是可靠的，可以用此模型对复合材料的力学性能进行设计。     

现代纤维增强复合材料疲劳理论进展

纤维增强复合材料作为一种高性能先进结构材料，已经广泛地应用于工程实践当中。复合材料的疲劳问题一直是科学领域的一个热点。针对近年来基于S-N曲线和累积损伤概念的复合材料疲劳理论进行了比较论述，分析了各疲劳模型的特点和存在的问题，展望了复合材料疲劳理论研究发展趋向。     

人工神经网络建模在抗烧蚀炭/炭复合材料基体改性研究中的应用

基体改件是防止炭／炭复合材料氧化的主要手段。通过将人工神经网络引入炭／炭复合材料的基体改性研究，借助kvenberg-Marquardt算法对不同添加剂组成改性试样所具有的氧化烧蚀率学习，建立了炭／炭复合材料改性添加剂组成一氧化烧蚀率的BP网络模型?研究结果表明：所建模型可以较好地反映添加剂含量与试样氧化烧蚀率间的内在规律，网络模型的输出值和实验验证值间的误差＜0．5％，将模型筛选出的最优配方用于基体改性，试样的氧化烧蚀率下降了49．5％，说明将人工神经网络用于炭／炭复合材料基体改性是可行和有效的。     

复合导电材料电学性能RVE模拟研究

电学性能是影响复合导电材料综合性能的关键，它直接关系到复合材料功能开发与应用。针对石墨烯/聚氨酯复合材料电学性能分析的复杂性，采用代表体积元法，即RVE法，基于Digimat平台，通过建立分析模型，对复合材料的导电性能进行模拟，并与实验进行比对分析。制备了石墨烯/聚氨酯复合导电材料，在分析复合材料细观结构特征的基础上，利用e-Xstream仿真软件的Digimat-FE模块建立了复合材料的代表体积元普通圆盘模型与带界面圆盘模型，模拟了不同填料添加量时复合材料体积电阻率的变化规律，探索了内含物长径比及界面相关参数对复合材料电阻率的影响，并与实验测试结果进行对比。结果表明：复合材料的电阻率随石墨烯质量分数的增加而减小，线度较好，与实验试样测试数据变化趋势和变化速率一致；与只使用普通圆盘作为内含物的模型相比，使用带有界面的圆盘模拟结果与实验值更为接近，说明创建的带界面圆盘RVE模型的有效性，可对石墨烯复合材料的导电性能进行模拟和预测。     

运用神经网络设计碳纤维织物/环氧复合材料界面性能

提出一种设计碳纤维织物／环氧复合材料界面性能的新方法。利用BP(back propagation)神经网络，建立起工艺参数与复合材料界面性能的关系模型，同时给出了实例用来验征此方法的有效性。     

2D-C/SiC复合材料的主泊松比演化行为

泊松比是材料及其结构力学性能分析的重要参数之一。本文旨在研究2D-C/SiC复合材料主泊松比的非线性演化行为。首先，基于Mini复合材料模型与正交层压板模型，考虑纤维的横观各向同性性质，建立了2D-C/SiC复合材料的热残余应力计算模型；其次，应用剪滞理论与经典层压板理论，考虑材料的损伤与热残余应力释放机制，建立了2D-C/SiC复合材料的主泊松比计算模型；最后，通过试验表征了材料的应变响应及泊松比演化规律，并对理论模型进行了分析验证。结果表明，2D-C/SiC复合材料内部热残余应力较大，拉伸损伤过程中的热残余应力释放是负泊松比产生的原因；应力-应变曲线及泊松比演化曲线的模型预测结果均与试验曲线吻合较好，表明了理论分析模型的准确性与合理性。     

来函照登

来函照登《复合材料学报》编辑部：对孙国钧，等．复合材料纤维内含圆盘状裂纹的应力强度因子．复合材料学报，１９９５，１２（３）：９６～１００一文的疑问。此文计算的应力强度因子可能偏大。以图２为全我，裂纹最严重时Ｅ２Ｅ→∞，或Ｅ１→０（空气），模型退化为单...     

三维互连炭材料/金属导热复合材料的研究进展（英文）

随着电子设备的产热不断攀升，在确保设备性能和寿命方面，高效散热已成为一个关键的技术问题，高的导热性通常取决于填料在复合材料中形成快速导热通道的能力。近年来，在复合材料中利用高导热性填料开发三维互连结构已成为一种很有前途的方法。与传统的均匀分布和定向排列相比，填料的三维互连结构显著提高了复合材料的热导率。本文综述了三维互连结构的炭材料增强金属基导热复合材料的研究进展，讨论了复合材料的导热机理和导热模型，分析了提高复合材料导热性能的关键因素。本文通过回顾这些独特的构建三维互连炭材料网络的形式及其对复合材料导热性能的影响，旨在为进一步开发高性能金属基导热复合材料提供参考。     

纤维增强复合材料中纤维的界面分离

提出了一种解析模型来预测由纤维剥离导致断裂时纤维增强复合材料的极限抗拉强度。解析分析是基于在出现纤维－基质界面处的破裂时断裂力学中的顺从方法。在下面假设的基础上建立模型：基质与纤维都表现弹性，且远离基质－纤维界面的区域处的基质应变等于复合材料应变。此外，假定纤维与基质间存在完全粘合且断面是无附着的。证明了对于存在或不存在界面破裂的情况，可获得纤维增强复合材料的分离应变能量释放率，提供了数值例子，且     

复合材料热膨胀性能预报的随机扰动模型与实验验证

为了探究连续纤维增强的复合材料的热膨胀性能,综合考虑了单向复合材料横截面上纤维的分布情况以及随机模型的真实周期性边界条件等,发展了一种随机扰动模型;并针对高纤维体积分数的随机模型,提出了随机扰动法（RDM）,此方法可以处理的最大纤维体积分数不小于65%。利用本随机模型对M40J/TDE-85的热膨胀性能进行了预测,同时对该复合材料的热膨胀系数进行了高精度测试。结果表明,预测结果与试验结果吻合良好,同时也证明本随机模型能较好地预测复合材料的热膨胀系数。利用本随机扰动模型可迅速准确地预测出复合材料的热膨胀性能,便于材料研究和工程应用。     

考虑界面层和孔隙的SiCf/SiCm复合材料热膨胀性能研究

以三维四向编织SiCf/SiCm复合材料为对象,建立基于周期性边界条件、包含界面层和孔隙的复合材料单胞有限元模型,模型细观结构与工业CT扫描结果一致。计算了材料各个方向的热膨胀系数,发现界面层对纤维束热膨胀系数的影响不可忽略,基体孔隙位置的随机分布对热膨胀系数计算结果没有影响,孔隙率的增加会引起系数的显著减小,对胞元的热应力分析表明纤维束上的热应力水平大于基体。通过自由膨胀加温试验对材料纵向热膨胀系数进行了测定,在室温至1100℃区间内热膨胀性能稳定,试验结果与预测值符合较好。可为含界面层和基体孔隙的三维编织复合材料及其他多孔复合材料热膨胀性能研究提供理论基础。     

Analysis of Interfacial Coating Effect on Thermal Stress in Composites

A preliminary model for the analysis of thermo-mechanical behaviour of interfacial coatings on thefibers in unidirectional composites have been developed on the solution of thermo-elastic mechan-ics. Thermal stress would be introduced into the composite during cooling because of the mismatchof thermo-mechanical properties among their components. The low modulus coating can effectivelyreduce the interracial stress caused by different thermal expansion coefficient between fibers and ma-trix, no matter how high or low the expansion coefficients of coatings are in CF/Al and SiC/Ticomposite systems, however, high modulus coating can decrease the interfacial compressive stress,only when the thermal expansion coefficient of coating is lower.     

The transverse coefficient of thermal expansion of a unidirectional composite

Various analytical models of the effective thermal expansion coefficients of unidirectional fibre-reinforced composite materials predict for certain fibre-matrix combinations an increase in the transverse coefficient of thermal expansion over that of its constituents at low fibre volume content. This effect is especially noticeable if the composite is fabricated with fibres of high modulus and low thermal expansion coefficient in matrices of low modulus and high thermal expansion coefficient. An experimental investigation was therefore conducted to study this behaviour in Textron fibre (SCS-6)-reinforced Hercules 3501 -6 epoxy matrix. Numerical calculations for this material system have shown that increases of the order of 20% over the matrix expansion coefficient is possible for fibre volume fraction in the range 3%–4%. Experimental measurements of the effective thermal expansion coefficients are seen to be in favourable agreement with the theoretical predictions. A parametric study is also undertaken to examine the influence of constituent properties on the effective composite behaviour. It is shown that the axial restraint of the fibre is responsible for a peak in the behaviour of the transverse expansion coefficient.     

真空热循环对单向M40J/5228A复合材料质损率和线膨胀系数的影响

对单向M40J/5228A复合材料进行了真空热循环试验 ( 93~413 K,10-5Pa)。分别测试了经不同次数真空热循环后材料的质损率及线膨胀系数。通过所建二维细观损伤模型分析了真空热循环次数对材料线膨胀系数曲线影响的原因。试验结果表明,随真空热循环次数的增加,质损率增大,并经约48次真空热循环后趋于平缓;横向线膨胀系数随温度升高而线性增大,真空热循环次数对其没有影响;纵向线膨胀系数在原始状态时随温度升高而线性减小,经113次真空热循环后表现出先下降后上升的非线性特征,真空热循环次数对纵向线膨胀系数的影响,与界面脱粘程度和残余应力的消除密切相关。      

SiC纤维／LCMAS微晶玻璃基复合材料的界面结合和力学性能

本工作通过在母体玻璃中引入ＭｇＯ后进行热处理得到一系列具有不同热膨胀系数的微晶玻璃．ＳｉＣ纤维／ＬＣＭＡＳ微晶玻璃基复合材料在烧结条件下，在纤维和基体间形成一厚度约为２μｍ的界面层．纤维、基体间的界面剪切应力通过单根纤维压出法测试，发现纤维、基体间的界面剪切强度对复合材料的力学性能有严重的影响，并且ＳｉＣ纤维／ＬＣＭＡＳ系微晶玻璃基复合材料具有较高的界面剪切强度，通过降低基体的热膨胀系数减弱界面剪切强度，可使复合材料的强度和断裂韧性都得到明显的改善．     

SMA增强复合材料力学特性的细观力学模型

基于细观力学的理论 , 将 SMA增强复合材料视为三相等效系统进行分析 , 即基体相、 奥氏体相和马氏体相 ; 求解了 SMA增强复合材料的有效热膨胀系数和有效相变应变系数的一般表达式 , 该表达式适用于各种形状的纤维增强复合材料。在整个相变和逆相变过程中 , 奥氏体相和马氏体相都表现为弹性特性 , 避免了传统方法的强非线性问题。该模型计算过程简单 , 同时还考虑了奥氏体、 马氏体和基体间的相互作用 , 理论分析更接近实际。并分析了纤维的含量、 形状和尺寸等因素对宏观模量的影响 , 通过比较可知 , 所得结果可靠 , 为 SMA增强复合材料的设计和使用提供理论依据。      

Investigation on the spring-in phenomenon of carbon nanofiber-glass fiber/polyester composites manufactured with vacuum assisted resin transfer molding

Process-induced residual stress arises in polymer composites as a result of mismatched resin contraction and fiber contraction during the cure stage. When a curved shell-like composite part is de-molded, the residual stress causes the spring-in phenomenon, in which the enclosed angle of the part becomes smaller than the angle of its mold. In this paper, a new approach is presented to control and reduce the spring-in angle by infusing a small amount of carbon nanofibers (CNFs) together with liquid resin into the glass fiber preform using vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) process. The experimental results showed that the spring-in angles of the L-shaped composite specimens were effectively restrained by the CNFs. An analytical model and a 3-D FEA model were developed to predict the spring-in phenomenon and to understand the role of CNFs in reducing the spring-in angle. The models agreed with the experimental results reasonably well. Furthermore, the analytical model explains how the CNF-enhanced dimensional tolerance control is accomplished through the reductions in the matrix’s equivalent coefficient of thermal expansion and linear crosslinking shrinkage.     

The residual thermal stresses due to cool-down of post cure for the symmetric cross-ply TCM composite material

This paper attempts to analyze the residual stress resulting from the effect of temperature during the cooling process of the symmetric cross-ply composite laminate in post cure. In the analysis, the mechanical properties of the composite are determined in terms of the behavior of the power law and TCM characteristic in the thermo-viscoelastic response. Meanwhile, the coefficient of thermal expansion is assumed to be temperature-dependent and incorporated in this model. The Method of Calculus of Variation is then applied to derive the governing equations of the optimal temperature path which ensures the minimum residual thermal stress. In the numerical analysis, the successive iteration method is applied for these integro-differential equations.     

正交各向异性材料结构热变形和热应力分析的无网格法计算模型及应用正交各向异性材料结构热变形和热应力分析的无网格法计算模型及应用

利用无网格伽辽金法（Element-free Galerkin,EFG）建立了正交各向异性材料结构热变形和热应力分析的计算模型,并推导了正交各向异性材料结构热弹性问题的EFG法离散控制方程。选择复合材料冷却栅管算例验证了计算模型和程序的正确性,利用该计算模型分析了具有不同材料方向角及热导率因子、热膨胀系数因子和主次泊松比因子的汽轮机叶轮,得到了其热变形总位移和Mises应力,讨论了材料方向角和上述正交各向异性材料因子对其热变形总位移和Mises应力的影响规律,给出了这些参数的合理取值范围,并选取一组参数与各向同性材料结构进行了热变形和热应力对比分析。结果表明,基于EFG法的热变形总位移和Mises应力的计算精度比有限元法高,材料方向角同时影响热变形总位移和Mises应力的大小和方向,而正交各向异性材料因子只影响热变形总位移和Mises应力的大小,不影响其方向。在复合材料结构设计过程中,合理选取材料方向角和正交各向异性材料因子可有效减小结构热变形和热应力。