间断式纤维增强热塑性基复合材料应力应变场分析

用有限元法通过引入一个单胞模型和适当的边界条件，分析了间断式纤维增强复合材料在外部载荷作用下复合材料内部应力－应变场的变化规律，比较了基体在弹性和弹塑性条件下纤维、纤维与基体界面应力分布的特点。     

纤维随机分布对复合材料纵向压缩特性的影响

在纤维增强复合材料中,纤维的随机分布可能会引起复合材料纵向压缩特性的分散性。为模拟纤维在复合材料横截面上的随机分布,提出了一种新的纤维随机分布生成算法——拉丁超立方随机序列膨胀法(Latin Hypercube Sampling based on Random Sequential Expansion,LHS-RSE),可高效模拟纤维增强复合材料中横截面上高达70%纤维体积比的随机分布。基于Abaqus/Standard建立了单向纤维增强环氧树脂基复合材料T300/914的三维有限元模型,研究了纤维随机分布对复合材料纵向压缩特性的影响。研究结果表明,纤维在横截面的随机分布会明显降低复合材料的纵向压缩强度,并且引起的复合材料纵向压缩强度随机变化,其随机性近似为正态分布或对数正态分布。     

连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究

连续纤维增强复合材料变刚度结构可以通过调控纤维含量和方向分布以最大化利用纤维的性能优势。然而现有制造工艺难以实现纤维含量的精确调控,基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了连续纤维增强复合材料变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量变刚度分布对制件弯曲与冲击性能的影响,在相同平均纤维含量下,3D打印变刚度结构的抗弯模量与冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立3D打印连续纤维增强复合材料变刚度结构的本构及有限元分析模型对其失效行为进行了分析,结果表明将较高纤维含量设置在制件的背侧,可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大大提高制件的承载能力和纤维的使用效率。研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路。     

一种用于金属/纤维增强复合材料加工仿真的动态有限元模型

以金属/纤维增强复合材料粘合板的钻孔加工为研究对象,提出了一种用于仿真加工过程的金属/纤维增强复合材料动态有限元模型。确定了金属、纤维复合材料和板件间胶合剂层的材料本构模型和动态损伤准则,并使用有限元软件ABAQUS实现了本构模型和准则的建立。通过用户子程序VUMAT建立纤维复合材料的模型和三维失效准则,实现对复合材料的三维应力应变分析,拓展了ABAQUS的功能。将该模型应用在具体分析实例中,进行了粘合板钻孔加工的数字仿真。使用不同加工参数对两种材料进行钻孔加工仿真,讨论加工参数对刀具轴向力和复合材料分层因子的影响。该模型可以用于粘合板的三维动态有限元仿真分析,为其加工研究提供了参考。     

玻璃纤维增强不饱和聚酯基复合材料的力学性能

采用质量分数为20%的连续玻璃纤维和质量分数为10%的短切玻璃纤维以模压工艺制备不饱和聚酯基复合材料,研究了纤维类型对复合材料模压工艺以及力学性能的影响,并与质量分数为30%连续纤维增强的不饱和聚酯基复合材料进行了对比。结果表明:与连续纤维增强不饱和聚酯基复合材料相比,连续纤维与短切纤维混合增强复合材料的拉伸性能和弯曲性能略有下降,但模压工艺性能和压缩性能有所提高,纤维在基体中分布较为均匀,纤维相互交叉,散乱分布。     

用于C－A1复合材料的C纤维表面多功能梯度涂层

提出一种用于Ｃ－Ａ１复合材料的Ｃ纤维表面多功能梯度涂层，它具有润湿、减缓热应力、阻挡界面反应、改善复合材料断裂形式、提高纤维抗氧化性等多种功能，可以满足Ｃ－Ａ１复合材料制造工艺与性能的多种要求。并且采用化学气相沉积工艺制备了结构和成分分布与设计相符合的涂层。将其应用于Ｃ－Ａ１复合材料获得以良好的试样抗拉强度。对于该涂层的性能与作用进行了研究。     

混杂复合材料拉伸失效过程的两尺度数值模拟

建立了混杂复合材料纤维和纤维束两个尺度的三维有限元模型。纤维尺度模型包含了单种纤维和树脂基体,考虑了纤维、基体、纤维/基体界面等微观失效机理,以此得到了单种纤维复合材料(纤维束)的强度参数;纤维束尺度模型包含了不同种类的纤维束,考虑了纤维束自身及相邻纤维束之间界面的失效。模型中各组分材料的损伤和失效均采用粘聚力模型模拟,反映出材料中裂纹的分布和扩展情况。两级模型的计算均采用显式有限元算法,可考虑纤维断裂时释放出的能量对周围材料的冲击效应。两级模型还分别引入了纤维和纤维束强度参数的Weibull分布,考虑了破坏的随机性。用上述模型模拟了不同混杂比例、不同混杂方式的碳/玻纤维混杂复合材料拉伸失效过程。研究发现碳纤维束体积含量小于等于10%时有明显的二次破坏现象,此时夹芯混杂材料的最大伸长率和拉伸强度略高于分散混杂材料;当碳纤维束体积含量大于10%时,二次破坏不明显,且两种混杂方式对材料的强度影响不大。     

Al2O3—SiO2短纤维增强ZL109复合材料滑动磨损性能研究

采用压铸法制取了Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２短纤维增强ＺＬ１０９复合材料,并对其滑动磨损性能进行了研究。结果表明,纤维含量及分布规律是影响复合材料磨损性能的重要因素。随着纤维体积含量增加,复合材料的摩擦磨损性能提高;当纤维取向垂直于摩擦面时,复合材料的摩擦磨损性能比纤维平行于摩擦面取向要好。复合材料的磨损机制主要为氧化磨损和磨粒磨损,在较高载荷下将出现层离和剥落。     

金属基复合材料液相浸渗工艺中孔洞缺陷

液相浸渗法是制造纤维增强金属基复合材料的先进工艺，本文根据热力学原理对金属液浸渗纤维空隙的过程进行了研究，发现纤维分布、纤维与液相基体的润湿性及外加压力是影响浸渗过程的主要因素，从而得到了控制液相浸渗过程，获得高质量复合材料的途径。     

铺丝成形复合材料格栅筋条的纤维形态与弯曲性能评价

为进一步提高复合材料格栅筋条结构承载效率,提出了基于“剪断-续铺”的格栅节点纤维形态调控方法,采用显微观察、有限元仿真、试验验证的手段,研究了不同剪断续铺层含量和分布位置对复合材料格栅节点处纤维形态和格栅筋条弯曲性能的影响。结果表明,复合材料格栅筋条铺丝成形过程中,合理的非连续铺层在提高筋条极限弯曲载荷的同时,还会在其内部引入伪韧性弯曲行为。仿真结果与试验结果误差小于8%,具有良好的一致性。利用建立的有限元模型分析了含非连续铺层的格栅结构失效机理。综合分析非连续铺层对格栅节点纤维形态、格栅结构弯曲载荷承载能力和力学行为的影响,对于常见格栅筋条,其最优的格栅筋条节点非连续层含量为25%且在节点顶部集中分布。