基于金属骨架的复合材料混合结构拉伸性能与失效机理分析

本工作设计了一种新型混合结构,即结合金属增材制造、复合材料机织与缝合等工艺,将金属骨架与机织复合材料完成法向缝合后共固化成形,规避了传统混合方法中分层失效等问题,实现了宏观尺度上金属与复合材料的灵活成形与稳定连接。采用非接触式图像测量分析技术研究了此类新型混合结构在准静态拉伸载荷下的力学性能与失效模式。结果表明：分层裂纹源于异质材料层间的应变差异及剪切应力,而缝合纤维抑制分层界面的裂纹扩展,提高断裂韧性;混合结构的抗拉强度随着结构厚度增加而降低,仅改变金属开孔形状对混合结构的整体力学性能无明显影响;混合结构受多种失效模式影响,主要包括经纱断裂、基体失效、缝合纤维断裂拔出及金属塑性失效等。     

金属-机织复合材料混合结构的三点弯曲力学性能及失效机理EI北大核心CSCD

为解决传统金属与复合材料混合成形方法中存在的分层失效、纤维破坏等问题,设计一种结合金属增材制造、复合材料机织与缝合等工艺的新型混合结构,将金属骨架与机织复合材料法向缝合后共固化成形,增加异质材料之间的结合强度,实现宏观尺度上金属与复合材料的灵活成形与稳定连接。通过三点弯曲实验研究新型混合结构的面内弯曲性能,采用非接触式图像测量手段分析混合结构样件的损伤形貌及失效机理。结果表明:混合结构失效是多种失效模式的组合,包括纤维层上侧压缩/下侧拉伸断裂、异质材料层间失效及金属塑性损伤等;层间分层是由界面旁侧存在基体裂纹和层间剪应力、相邻层间刚度不相容等多因素造成的;随着样件结构厚度增加,其结构弯曲强度和弯曲弹性模量均增大;开孔处引入缝合纤维可以在一定程度上抑制分层裂纹的扩展,提高结构抗分层断裂性能。     

开孔泡沫金属热传导性能的理论研究与数值模拟

基于Ashby的规则正立方体单胞模型,研究了轻质泡沫金属材料的拓扑构型(孔隙率和孔径大小)对其热传导性能的影响。利用最小热阻法推导了开孔泡沫金属气固两相的等效热传导系数的表达式,并首次采用简化的积分方法,得到了等效热传导系数的近似解析解。应用ABAQUS有限元分析软件模拟了开孔泡沫金属横断面的热流密度分布和稳态热传导Fourier定律,分析了不同孔隙率和孔径大小开孔泡沫材料的热传导性能。结果表明,多孔泡沫金属的热传导系数随着孔隙率的增大而线性减小,且当孔隙率保持恒定时,热传导系数与孔径的大小无关。理论分析和数值模拟结果吻合较好。研究结果对多孔金属的工程应用具有重要的参考价值。