包覆型短碳纤维等效介电常数的模拟计算

基于等效电磁理论,推导了频率小于2GHz的包覆型短碳纤维的等效电磁参数方程.采用Matlab6.5软件对包覆型短碳纤维的等效电磁参数进行了模拟和计算,并讨论了包覆层体积分数和短碳纤维长径比对等效电磁参数的影响.结果表明,等效介电常数随着包覆层体积分数的增大而增大,当短碳纤维的长径比小于30时影响较大.包覆型短碳纤维的等效电磁参数方程的模拟结果与实验结果相对误差小于10%.     

新拌超高性能纤维增强混凝土流动性能对其抗压强度的影响

钢纤维掺入能提高超高性能纤维增强混凝土(Ultra-high performance fiber reinforced concrete,UHPFRC)的抗压强度,但削弱新拌浆体的流动性能,降低了对抗压强度的增强效果,且影响UHPFRC的工作性能。为研究这种不利影响,以钢纤维体积分数和长径比为变量,进行了A、B两组试验。A组固定水胶比为0.18,不控制流动性能,主要研究钢纤维对流动性能和抗压强度的影响。试验结果表明,新拌UHPFRC流动性能随钢纤维的体积分数、长径比增加而下降;当钢纤维体积率超过一定值(2.00vol%)时,流动性能明显下降,抗压强度增强效果也相应下降。通过X-ray CT扫描发现钢纤维掺入减弱浆体的自密实能力,导致硬化后的基体内部孔隙尺寸增大和孔隙率增加,进而削弱抗压强度。综合考虑钢纤维掺入对抗压强度的正、负效应,提出了抗压强度的半经验预测公式。B组改变水胶比,控制扩展度为240 mm,对比A组研究流动性能控制后,钢纤维体积分数和长径比对抗压强度的影响规律。结果表明,钢纤维体积分数较大时,增大水胶比,保持一定流动性能,能有效提高纤维的增强效果;钢纤维体积分数较小时,在满足流动性能要求的前提下,减小水胶比,可以进一步提高抗压强度。在UHPFRC配合比设计时,应考虑钢纤维对流动性能的不利影响,以提高纤维的增强效应并保证其良好的工作性能。      

短纤维增强发泡橡胶复合材料高低温压缩性能

为开发新型耐高温和耐低温材料提供理论依据,对同一发泡率、不同纤维体积分数和同一纤维体积分数、不同发泡率的锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料(SFRFRC)在213～398 K温度下的压缩性能进行测试。结果表明:在 213 K时,SFRFRC的压缩性能发生明显变化,已经由高弹态转变为玻璃态,而玻璃化转变温度在213～233 K之间。纤维体积分数和发泡率均对SFRFRC的耐低温性能有很大影响。短纤维的添加和适当改变发泡率都明显改善了SFRFRC在低温下的压缩性能。在定160 N和5 mm条件下,同一发泡率、不同纤维体积分数的SFRFRC,压缩永久变形随着纤维体积分数的增加而呈指数下降;而5 %纤维体积分数、不同发泡率的SFRFRC,压缩永久变形随着发泡率的增大而增大。      

不同长径比聚丙烯纤维增强混凝土的力学特性

纤维长径比对混凝土力学性能影响显著,而长径比变化的实质是纤维直径和形态均发生变化,因此现有研究多是通过改变聚丙烯（PP）纤维（包含粗、细PP纤维）直径或截面形态设置长径比梯度,从而导致变量不唯一。本文对粗PP纤维（d=700 μm）和细PP纤维（d=80 μm）长径比对混凝土力学性能的影响进行了试验研究,分析了粗、细PP纤维增强混凝土的力学特性。结果表明:粗、细PP纤维增强混凝土坍落度随所掺纤维长径比增大而先降低后趋于稳定,抗压、抗弯、劈拉强度随所掺纤维长径比增大而呈现出先增大后减小的趋势,700 μm粗PP纤维最优长径比为42,80 μm细PP纤维最优长径比为200。此外,提出了宏观力学拟合计算理论用于分析粗PP纤维长径比对PP纤维增强混凝土抗弯强度的影响,以此来增强试验结果的预测性和可控性;对粗、细PP纤维在混凝土中的摩擦粘结机制进行了力学分析,掌握了影响摩擦粘结力的具体因素。      

短纤维交错排布复合材料沿轴等效模量的理论预测

该文针对高性能短纤维交错排布复合材料的刚度预测发展了三维"拉伸-剪切链"模型,并通过了有限元(FEM)计算验证,能够合理地预测短纤维交错排布复合材料的等效模量。验证结果显示,对于纤维长细比的变化、纤维体积含量的变化、纤维和基体间弹性模量比的变化,三维"拉伸-剪切链"模型都可以给出合理的预测,为短纤维交错排布复合材料的刚度设计提供了理论指导和参考依据。研究还显示,同样纤维体积含量和长细比下短纤维交错排布复合材料的等效模量远大于短纤维对齐排布的等效模量,说明了短纤维交错排布结构的优越性。     

纤维体积分数对K3D/MCPA复合材料力学性能的影响

本文研究了纤维体积分数对三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙(简称K3D／MCPA)复合材料力学性能的影响。研究表明，K3D／MCPA复合材料有优异的抗冲击性能，冲击强度比三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙(简称C3D／MCPA)和纯基体均有大幅度的提高，且随着纤维体积的提高而升高。K3D／MCPA复合材料剪切强度随纤维体积比的增大而增大，其纵向剪切强度低于纯基体和C3D／MCPA复合材料，但其横向剪切强度高于它们。K3D／MCPA复合材料弯曲强度与弯曲模量随纤维体积比的提高而提高，但与相同体积比的C3D／MCPA相比，K3D／MCPA的弯曲强度与弯曲模量均较低。     

玄武岩纤维特征参数对混凝土单轴受拉性能的影响

考虑玄武岩纤维体积分数和长径比两个主要因素,通过直接拉伸试验,研究玄武岩纤维对混凝土轴心受拉破坏形态、应力-应变全曲线、受拉荷载变形性能和韧性的影响。结果表明：玄武岩纤维增强混凝土单轴受拉破坏呈明显的塑性特征,玄武岩纤维显著增强了混凝土在轴心受拉荷载作用下的韧性;与普通混凝土(NC)相比,随着玄武岩纤维增强因子的提高,轴心受拉应力-应变全曲线特征点和断裂能均呈先增大后减小的趋势;基于轴心受拉应力-应变全曲线分析,提出关于纤维体积分数和长径比的玄武岩纤维混凝土轴心受拉应力-应变本构模型,可供玄武岩纤维混凝土结构和构件的非线性分析和工程设计参考。对比分析拉压比、折压比和单轴拉伸破坏断裂能3种韧性指标,发现断裂能可以准确评价玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)受拉韧性,BFRC韧性较NC最大提升率为43.0%。     

计及纤维交叉起伏影响的缠绕复合材料刚度分析

针对缠绕复合材料交叉起伏区域的细观结构,建立了一种细观分析模型。首先,将纤维交叉起伏区域划分为环向交叉起伏区和螺旋交叉起伏区2种类型;然后,以缠绕面为基准,用平行横截面将起伏区域空间结构模型离散化为多个子模型,运用纤维束起伏角、富树脂区域尺寸、纤维束的体积分数、纤维束的横截面形状及尺寸等细观参数来描述缠绕复合材料交叉起伏区域的细观结构。基于所建立的细观模型及层合板理论,提出了缠绕复合材料交叉起伏区域的等效刚度计算方法。通过算例研究了纤维束截面、纤维束起伏角以及富树脂区体积分数等细观参数对局部区域等效刚度的影响。结果表明:环向交叉起伏区的弹性模量比螺旋交叉起伏区下降得更为明显;在富树脂区域,弹性模量和剪切模量降低较为明显,而泊松比则有所增大。纤维束厚度增加及纤维束截面变化对交叉起伏区域等效刚度会产生明显影响。      

单向短纤维增强泡沫塑料力学性能分析

将Mori-Tanaka方法和修正剪滞模型相结合,给出了单向短纤维增强高密度泡沫塑料的模量预测和应力计算公式,并用建立的考虑不同情况的有限元模型分析了纤维和基体中的应力分布。研究结果表明：理论预测与有限元分析结果符合得较好。采用修正的剪滞理论能够解释单向短纤维增强泡沫塑料的应力传递机制。当泡孔体积分数增加时,纤维轴向应力和界面剪应力会增大,更容易发生脱粘和拉断破坏。纤维端部脱粘或穿过泡孔虽然容易引起局部应力集中,但对整体应力分布影响不大。     

-Al_2O_3/Al合金基复合材料拉伸行为的分析和模拟

本文以-Al2O3Al合金基复合材料为研究对象,在细观层次上建立分析模型,采用三维弹塑性有限元分析方法,对它的拉伸行为进行了较为详细的描述。研究涉及该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的模拟和各种微结构特征的变化对应力应变行为的影响。同时考虑了纤维位向变化的影响,并引入了实际测得的短纤维位向分布规律,对随机分布短纤维复合材料的力学行为进行了模拟。研究表明,基体性能、纤维长径比和体积分数、纤维位向以及界面结合对-Al2O3Al合金基复合材料的拉伸行为均有较大的影响;本文所采用的有限元分析方法对该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的预测也是较为准确的。     

δ-Al2O3/Al合金基复合材料拉伸行为的分析和模拟

本文以δ-Al2O3/Al合金基复合材料为研究对象,在细观层次上建立分析模型,采用三维弹塑性有限元分析方法,对它的拉伸行为进行了较为详细的描述。研究涉及该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的模拟和各种微结构特征的变化对应力应变行为的影响。同时考虑了纤维位向变化的影响,并引入了实际测得的短纤维位向分布规律,对随机分布短纤维复合材料的力学行为进行了模拟。研究表明,基体性能、纤维长径比和体积分数、纤维位向以及界面结合对δ-Al2O3/Al合金基复合材料的拉伸行为均有较大的影响;本文所采用的有限元分析方法对该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的预测也是较为准确的。     

纤维参数对纤维取向及塑件变形影响模拟研究

采用Moldflow软件对短玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型矩形平板塑件的成型过程进行模拟,重点研究纤维含量(A)、纤维长径比(B)和纤维间相互作用系数(Ci)对平均纤维取向(D)和制品变形(E)的影响,进一步探究短纤维增强聚合物注塑成型的特点.研究表明:A、B对D及E的影响较复杂,且存在一个最佳值;随着B的增大,D先增大后减小,再增大;而E随B的增大呈先增大后减小的趋势(B=1除外);随着Ci的增大,D呈减小,E呈先减小后增大的趋势.收缩是引起塑件变形的主要因素.塑件变形在三维空间的Z方向的变形量最大,在熔体流动(X方向)及垂直流动方向(Y方向)的变形量均相对较小.     

增强体对复合材料接触性能的影响

基于等效夹杂方法,引入一种数值建模方法用于求解Hertz接触载荷作用下复合材料次表面应力场。通过与有限元方法的对比验证本方法的有效性和优越性;讨论不同形状增强体深度、材料、尺寸、体积分数、相对位置等分布参数对基体应力场的影响。分析结果表明,双增强体接触模型中,次表面最大von Mises应力随增强体深度和半径的增大呈先增大后减小趋势,随增强体与基体之间材料差异的增大而单调递增;增强体体积分数及相对位置将对基体应力分布产生较大影响。通过钛基复合材料滚动接触疲劳实验验证了本文方法处理复合材料接触性能的能力。     

纤维聚合物复合材料的有效湿扩散系数

根据纤维聚合物复合材料的微观结构, 建立了基于复合材料单胞模型的湿扩散计算方法, 研究了不同温度和不同体积分数下纤维聚合物复合材料的湿扩散性能。假设纤维是不可渗透的, 并在聚合物基体中均匀分布, 计算了不同温度不同体积分数下复合材料的有效湿扩散系数。结果表明: 复合材料的有效湿扩散系数随温度的升高而增大, 随纤维体积分数的增大而减小; 在相同温度、 相同体积分数下, 正六边形排列的纤维复合材料的湿扩散系数比正方形的略大。计算结果及经验公式与Gueribiz曲线基本一致, 说明用单胞模型计算复合材料的湿扩散性能是非常有效的, 有助于理解纤维复合材料的湿扩散机制和性能。      

CA SELECTS Carbon & Graphite fibers

该文研究了注塑成型短切碳纤维填充聚合物基复合材料的电导性,应用渗透理论和比例法分析了纤维尺寸以及体积分数对电导的影响。渗透开始点的纤维体积分数被测得而且实现了三维计算机模拟,介绍了一种在临界点电导率下可以减小预算体积分数和实验体积分数差异的假想纤维壳体模型,按照模拟所得的临界体积分数Vc通过实验发现是由纤维的长径比来决定的,而纤维的表面化学性质对其影响很小。实验电导数据随着     

真空导入模塑工艺中织物预成型体的可压缩性

采用真空加载方法研究了循环加载、织物形态、纤维种类、织物层数、铺层方式和混杂方式等参数对真空导入模塑工艺(VIMP)中纤维织物预成型体压缩行为的影响。结果表明: 预成型体纤维体积分数随着压缩循环加载次数的增加而逐渐增大, 但增幅呈现逐渐减小的趋势; 在相同的压缩载荷下, 预成型体的纤维体积分数随着织物层数的增加而增大, 但增幅很小, 对于VIMP制备复合材料构件基本可以忽略; 纤维预成型体在压缩载荷下的响应方式与织物形态、纤维种类、铺层方式和混杂方式等因素密切相关, 单向铺层比正交铺层更容易压缩而获得较高的纤维体积分数, 夹芯混杂比层间混杂方式更容易压缩。      

Al2O3f/ZA27复合材料摩擦磨损性能的研究

在ZA27合金中添加不同体积分数的Al2O3短纤维，对其摩擦磨损性能进行了研究。结果表明，Al2O3／ZA27材料的摩擦系数大于ZA27合金，并且纤维体积分数越大，则平均摩擦系数越大。Al2O3f／ZA27材料的耐磨性明显优于ZA27合金，并且与纤维取向有关。     

基于新型测试装置的网孔板层开孔率对纤维厚度方向渗透率的影响

纤维预成型体厚度方向渗透率的准确表征是液体模塑成型工艺制备大厚度复合材料计算机优化的关键。网孔板层是布置在试样上下表面、用于控制纤维厚度并防止纤维变形的刚性构件，其开孔率是纤维厚度方向渗透率K_z测量中的重要表征参数。本文首先通过实验对用于控制纤维预成型体厚度的垫圈进行校正；然后在排除纤维体积分数误差的前提下，通过金属网增大网孔板层的开孔率，测量缎纹织物SW220C-100b在不同压力和纤维体积分数下的K_z，提出有效计算面积的概念并得到其变化规律；最后，基于测试结果，研究注射压力和纤维体积分数对K_z的影响。结果表明:有效计算面积随着注射压力和纤维体积分数的增加而减小；纤维体积分数的增大会减小织物的K_z值，网孔板层开孔率的增大会减小注射压力对K_z的影响。      

短纤维橡胶复合材料临界长径比数学模型研究

概述了短纤维复合材料临界长径比数学模型的研究进展, 基于短纤维橡胶基复合材料的结构-应力传递特点和Cox 剪滞法推导了其临界长径比数学模式, 并由此进行了讨论。结果表明,推导的模型能够较好地适合短纤维橡胶复合材料的特性, 与以往的模型相比, 它能全面地反映结构因素对复合材料中短纤维临界长径比的影响。     

纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2/Al-Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al2O3-SiO2/Al-Si复合材料为研究对象,使用配备有精度达10-7位移测量装置的Instron5569电子拉伸试验机,并采用连续加载法,详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律,并定性分析了原因.结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度却逐渐增大.