基于均匀化方法的三维正交机织复合材料弹性性能预测

根据三维正交机织复合材料中纤维束的空间几何特征,提出了改进的单胞模型,此模型包含经纬纱正交单胞、接结经单胞与接触单胞3种结构。考虑到各个单胞中的纤维束空间结构与变形特点,对纤维束截面尤其是对挤压处的纤维束进行了合理等效,以达到模型通用和简化计算目的。基于均匀化方法分别求得各单胞弹性常数,进一步运用刚度平均化方法获得三维机织复合材料的工程弹性常数。数值结果与实验结果对比表明新建模型的预测精度较好,且相同纤维体积含量情况下,横向弹性模量随机织角的逐渐增大而增大但纵向弹性模量减小。     

三维四向编织复合材料弹性性能细观分析

从四步法 1× 1编织复合材料细观结构的代表性单胞模型入手 ,将预成形件划分为三个不同的区域 ,识别预成形件的两种局部单胞 (内部单胞和表面单胞 )模型 ,将单胞中的四个不同方向的纤维束看成是空间四个不同方向的单向复合材料 ,纤维束的性能可以等价于单向复合材料的宏观性能。采用复合材料中的细观力学分析方法 ,计算单向复合材料的弹性常数。认为每一纤维束的纤维体积含量与整个单胞的纤维体积含量相等。研究了三维编织复合材料代表性单胞模型的弹性常数预测 ,探寻三维编织工艺参数与力学性能之间的关系 ,利用刚度体积平均概念 ,预测三维四向编织复合材料的弹性常数 ,理论值与试验值取得了理想的吻合。     

平纹编织C/SiC复合材料层合板面内力学性能的可设计性研究

通过试验和理论分析,研究平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内承载特性.制备(0°/90°)主方向和(±45°)偏轴向试件,并分别进行室温下面内单向拉伸和剪切试验.试验结果显示平纹编织C/SiC复合材料层合板的力学性能与纤维方向角相关,(±45°)偏轴向试件的抗剪切破坏性能明显较高.基于微观结构的解析模型分析表明,孔洞和微裂纹的存在大幅度降低了SiC基体的有效弹性模量.经典层合板理论仍然适用于该材料类型层合板的刚度分析,从而证实碳纤维对层合板力学性能的控制作用.平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内力学性能具备良好的可设计性.     

不同刹车压力下C/C复合材料的摩擦性能与摩擦面研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机对以光滑层、粗糙层为基体炭的2种C/C复合材料在不同刹车压力下的摩擦磨损性能进行了测试。借助微区拉曼光谱和扫描电镜对其摩擦表面的石墨化度与形貌进行了分析。结果表明：以粗糙层为基体炭的C/C复合材料比以光滑层为基体炭的C/C复合材料有更优异的摩擦压力或温度特性。微区拉曼光谱检测证实在摩擦面上粗糙层基体炭相对光滑层基体炭更易变形,所以以粗糙层为基体炭的C/C复合材料的摩擦面在刹车压力达到0.59 MPa时便能形成较厚的摩擦膜,故其摩擦因数能在较高刹车压力下（1.05-1.82 MPa）保持较高的稳定值（0.31）,且磨损适当;而光滑层基体炭C/C复合材料需在刹车压力超过0.82 MPa时摩擦面才能形成较薄的摩擦膜,并且由于其导热系数低,高压刹车时摩擦表面氧化严重,所以高压刹车时其摩擦因数衰减大,线性磨损率大,尤其是质量损失急剧升高。     

三维编织C/SiC复合材料弹性常数预报

基于纤维倾角模型 ,根据层合板理论推导出其弹性常数计算公式。三维编织C/SiC复合材料不同于树脂基复合材料 ,一是纤维模量低于基体模量 ,二是碳纤维在高温沉积热解碳和碳化硅后模量有较大幅度的下降 ,还有较多的空洞存在。考虑到这些因素对三维编织C/SiC复合材料弹性性能的影响 ,编制了相应的C语言计算程序 ,预报了三维编织C/SiC复合材料的纵向弹性性能 ,对程序计算结果进行了分析讨论。另外 ,通过力学实验来验证了理论分析的可靠性。     

毡基和碳布叠层C/C复合材料的高温力学及抗氧化性能比较

借助三点弯曲、氧化试验和扫描电镜观察,对毡基C/C复合材料的抗氧化性能和高温1973K下的力学性能进行了研究,并和2DC/C复合材料的相应性能作了对比。结果表明:虽然毡基C/C复合材料和2DC/C复合材料的高温力学性能均优于室温力学性能,但毡基C/C复合材料主要以纤维断裂的形式发生弯曲破坏,而2DC/C复合材料主要以基体的层间开裂发生弯曲破坏,所以毡基C/C的弯曲强度、模量较高;另外,毡基C/C复合材料的整体结构可有效抵御热应力开裂,表现为高温条件下具有较强的抗氧化性能。     

基于C/C复合材料数据库综合仿真系统设计开发

针对C/C复合材料各仿真子系统相互独立,不能整体上反映C/C复合材料的工艺、组织和性能之间相互关系的现状,提出了在C/C复合材料数据库上实现制备工艺、组织分析与性能预测的综合模拟。运用C/C复合材料、数据库、软件编程以及计算机仿真等多个学科领域的知识,以C/C复合材料实验数据库为数据引擎,基于VC++开发平台建立C/C复合材料工艺与组织分析综合仿真系统,并构建了力学性能预测仿真架构。系统在统一数据库基础上,将热梯度CVI(化学气相渗透)工艺仿真、组织分析和力学性能预测综合为一体,并实现了热梯度CVI工艺仿真和组织分析功能,对C/C复合材料一体化仿真的研究具有重要指导意义。     

C/C复合材料热梯度CVI工艺监控系统的实现

热梯度CVI工艺(TCVI)是制备C/C复合材料的一种高效工艺。该工艺致密化机理比较复杂,影响控制效果的因素较多,实现自动化监控较为困难。本文在分析TCVI工艺流程的基础上,提出了沉积工艺控制方案,并利用工业控制组态软件K ingview 6.5开发了TCVI工艺监控系统,可以实现对工艺过程的自动控制。     

三维多向编织复合材料弯曲模量的理论预测

基于单胞分析模型,采用改进的刚度平均化方法,对三维四向和五向编织复合材料的各单胞及各层的弹性性能进行预测与分析;进一步,利用材料力学理论,推导材料的弯曲模量,分析编织角、纤维体积含量以及试件尺寸对其的影响,并与拉伸模量及试验值进行比较.结果表明,三维编织复合材料的不同胞体及各层之间的弹性性能存在较大差异,并且材料的弯曲模量大于拉伸模量.研究还表明,编织角和纤维体积含量是影响材料弯曲模量的重要参数,弯曲弹性性能受试件厚度的影响比宽度大,当宽度和厚度达到一定尺寸时,弯曲模量会趋于定值.此外,三维五向编织复合材料的弯曲弹性性能明显优于三维四向编织复合材料.     

C/C复合材料热防护涂层残余应力研究

对在C／C复合材料基体上制备的W-TiC梯度功能涂层过程中的残余热应力进行了计算机有限元模拟；并模拟了单-W和单-TiC涂层下的残余热应力分布情况，模拟结果表明，W-TiC的梯度功能涂层与单一涂层相比，具有更好的热应力缓和特性。在综合考虑热应力最小，应力强度比值最小以及纯TiC侧应力状态等因素的基础上，完成了功能梯度涂层体系的热应力缓和特性设计，得到组成分布指数P=1．5的最佳设计结果。     

C／C复合材料人工股骨的应力分析

采用三维有限元方法和计算机模拟技术对人体股骨进行了理论计算与受力分析,根据设定的受力条件,确定其实际的受力状态,根据人骨的受力情况和各向异性的特性,提出用C/C复合材料进行三维编织的优化设计方案,以保证C/C复合材料人工股骨的结构合理,具有与人体股骨相匹配的力学性能。     

C/C复合材料切削加工面的性质和状态

炭纤维复合材料(以下简称C/C)是种高强度、高弹性并在高温下性能也不会下降的具有众多优点的耐热材料,同时也是种难切削材料,在加工上存在很多问题。因此采用易解析的单方向性材料,调查C/C复合材料的基本切削特性。结果表明,是纤维的异向性和基体的脆性导致了C/C复合材料的难切削性。对平织材料切削加工面的性质和状态的研究表明,切削时由被折断的纤维和其周围被破坏的基体,在加工表面产生了堆积物。这些堆积的纤维和被破坏的基体使强度降低,是C/C复合材料酸化消耗的主要原因,这些堆积物称为残留堆积物。正确了解残留堆积物的多少是很重…     

层合板弹性性能的实验研究

采用散斑干涉法,对两种铺层方式的环氧基玻璃纤维层合板的弹性模量、泊松比和应力－应变曲线进行了实验研究。实验揭示了两种铺层方式层合板的弹性性能,为复合材料的铺层设计和建立相应的理论与计算方法提供了依据。     

芳纶毡体/阻尼弹性薄膜复合材料的吸声隔声性能

制备了非织造芳纶毡体、阻尼弹性薄膜及双层、三层结构的非织造芳纶毡体/阻尼弹性薄膜复合材料;利用驻波管测试方法研究了非织造芳纶毡体厚度及不同复合结构对复合材料吸声性能的影响;利用混响室-消声室法研究了各试样的隔声性能。结果表明:三层复合材料的吸声隔声性能优于两层复合材料的;对于厚度相同的三层复合材料,表层材料应选择吸声性能较好的材料。     

含固有缺陷复合材料有效弹性性能预报

根据缺陷在复合陶瓷中分布特点,将缺陷简化为刚度为0的椭球夹杂,嵌入到横观各向同性基体中,建立含缺陷复合材料的细观结构模型。应用相互作用直推估计法推导含缺陷胞元的有效刚度,结合刚度体平均化方法,假设胞元空间随机分布,得到复合材料的等效刚度表达式,分析横观各向同性基体中缺陷体积分数、取向和形状对材料等效刚度的影响,并进一步讨论缺陷周围基体各向异性的影响。结果表明,缺陷存在导致材料弹性性能明显降低,在缺陷体积分数较小时,弹性常数对缺陷体积分数更加敏感;缺陷形状对弹性常数有较大影响,当缺陷接近于薄片状时,缺陷厚度对弹性常数影响明显,而缺陷平面形状对弹性常数基本没有影响;当片状缺陷垂直于基体中弹性模量较大的轴时,缺陷对材料有效性能的降低作用更显著,考虑缺陷周围基体各向异性是很有必要的。     

等离子熔覆Cr7C3/γ-Fe金属陶瓷复合材料涂层的耐磨性

采用等离子熔覆技术，在调质C3钢表面制得以原位生成初生相Cr，C3为增强相的金属陶瓷复合材料涂层；利用SEM、XRD和EDS等分析了涂层的显微组织和相组成；测试了在室温干滑动磨擦及高温滑动磨擦条件下涂层的耐磨性，并讨论了其磨损机理。结果表明：涂层的相组成是Cr7C3增强相和γ-Fe固溶体与少量Cr，C3构成的共晶；涂层在室温和高温干滑动磨擦条件下均具有优良的耐磨性能。     

高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层的摩擦学特性

运用高速火焰喷涂方法，选用自主研发的Fe-Al／CrsC2喷涂材料，在20钢基体上制备了复合涂层。利用XRD分析了涂层的相组成，利用SEM分析了涂层表面以及磨损表面形貌，对涂层进行了EDAX分析，并对涂层的摩擦学特性进行了研究。结果表明：高速火焰喷涂Fe-Al／Cr3C2复合涂层中主要相包括Fe3Al、Cr3C2和α-Fe相，涂层的磨损率随温度的升高而下降，具有很好的抗高温磨损性能。     

3D打印复合材料开孔板力学性能影响规律

为了改善3D打印技术制备的连续碳纤维增强复合材料样件的拉伸力学性能,研究了不同填充路径对复合材料开孔板拉伸性能的影响。采用主应力轨迹路径的规划方法制备了主应力轨迹路径填充开孔板测试样件,并将其与栅格路径填充开孔板和机械加工开孔板进行了拉伸性能对比。结果表明：主应力轨迹路径填充开孔板与机械加工开孔板相比,拉伸强度高9.73%,弹性模量高25.58%;主应力轨迹路径填充开孔板在断裂前圆孔周围的应变分布更均匀,应变更小。