金属基及陶瓷基复合材料界面脱胶引起刚度下降的估算

根据扫描电子显微镜(SEM)及复型技术的断裂机理分析,复合材料纤维-基体脱胶是由于纤维的断裂导致了靠近断裂处的界面上产生很高的剪应力。当这个剪应力超过界面的剪切强度,断裂处附着的纤维将会与基体产生脱胶。本文依据上述断裂机理,提出了一金属基及陶瓷基复合材料界面脱胶引起刚度下降估算的数学模型。分析结果表明,这些复合材料的刚度降较聚合物基的刚度降小,但随纤维与基体扬氏弹性模量的比值而增加。     

单纤维复合材料断裂实验表征界面研究

对不同表面处理剂处理的4种单纤维增强环氧基复合材料进行了断裂实验，从临界纤维长度、界面剪切强度和单纤维断裂实验中纤维断点周围基体形貌三方面对纤维和基体之间的界面粘结性能进行了分析和评价。实验观察得到的结果是KH-550处理纤维与环氧的界面粘结最强，其次是KH-550和KH-570混合处理纤维与环氧的界面、KH-570处理纤维与环氧的界面，最弱的是水处理纤维与环氧的界面。     

杂化涂层对玻璃纤维/环氧树脂复合材料高温场下界面性能的影响

以杂化涂层处理后的玻璃纤维(GF)为增强材料,以环氧树脂(EP)为基体,制备出单根GF/EP复合材料。利用扫描电镜(SEM)观察和单纤维复合材料断裂试验,对高温热处理后的复合材料断面形貌和界面剪切强度进行分析。结果表明:杂化涂层的存在降低了GF与EP基体间热线性膨胀系数不匹配性,使GF/EP复合材料的耐热性能得到有效提高,其界面剪切强度较未改性前提高了68.9%。     

聚吡咯层对聚酯/环氧树脂界面粘结性能的影响

采用吡咯化学沉积聚合方法对聚酯(PET)纤维进行表面改性,研究聚合工艺条件对纤维与环氧树脂界面剪切强度的影响.分别用SEM、共聚焦显微镜、DMA及单纤维拔出实验等测试手段对改性前后纤维的表面形貌、粗糙度、聚吡咯(PPy)与基体纤维大分子作用力及复合材料的界面剪切强度(IFSS)进行研究.结果表明:吡咯化学沉积聚合改性是一种有效提高纤维与树脂界面粘结性能的方法.此外,可进一步通过聚合改性工艺条件控制聚吡咯层的形貌及聚吡咯与基体纤维大分子的作用力,从而调控纤维与树脂界面剪切强度,吡咯气相化学沉积后再液相沉积,增强复合材料界面剪切强度比原纤维的提高了127.98%.     

纤维分布与界面强度对复合材料横向压缩性能影响分析

建立了纤维随机分布代表性体积单元微观力学模型,采用随机扩张算法生成纤维随机分布模型,微观有限元模型中采用内聚力单元和Drucker-Prager弹塑性准则分别对界面和基体的力学行为进行描述,分析研究了纤维分布形式与界面强度对复合材料横向压缩性能的影响。结果表明纤维随机分布是引起复合材料横向压缩强度不稳定的一个因素;基体剪切塑性损伤而不是界面损伤在复合材料横向压缩破坏过程中起主导作用,因而采用无界面单元模型可以简化建模、不需要考虑界面强度取值,并能很好地预测复合材料横向压缩强度与压缩损伤破坏形貌。     

基于内聚力模型的纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料的损伤分析

通过在纳米纤维和基体之间应用无厚度指数型内聚力单元,建立纳米增强陶瓷基复合材料的界面损伤本构关系。利用MARC有限元分析纳米纤维与基体之间含界面损伤时,单一纳米纤维及纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料受位移荷载作用时的应力-应变响应。结果表明:纳米纤维与基体之间的界面损伤演化主要由内聚力单元的最大裂纹张开位移控制,与单一增强情况相比,纳米纤维与纳米颗粒的双相作用更有利于提高陶瓷基复合材料的强度,内聚力模型能准确模拟纳米纤维与陶瓷基体之间的界面裂纹扩展,是研究纳米复合材料损伤的有效方法。     

涂层碳纤维强化铝基复合材料的界面反应与断裂特征及机械性能的关系

研究了涂SiC涂层的碳纤维强化铝基复合材料的界面反应状况,断裂特征及机械性能。实验表明,复合材料机械性能及断裂特征主要受涂层结构状况的控制。随反应时间的延长,SiC涂层不断被消耗,拉伸强度经历稍有上升、下降及大幅度下降三个阶段,断裂方式依次为双拨出型、纤维拨出型,部分涂层拨出型及平切型。SiC涂层可有效地阻止纤维与基体的反应,保证C/Al复合材料在界面反应严重的情况下仍保持较高的强度水平。     

纤维-基体早龄期界面性能的影响因素

通过自行改造的测试系统,实现了对早龄期纤维增强水泥基复合材料体系中纤维–基体界面性能的测定,考察了龄期、基体组成、埋入深度、纤维表面特征等因素对界面性能的影响规律.结果表明:随着龄期的增加,界面的黏结强度逐渐增加,相对密实的基体组成有利于提高界面性能;随着埋入深度的增加,纤维–基体的界面黏结强度降低;而三角形截面及化学沉积改性的纤维与基体之间具有更高的界面黏结强度.     

低模量单向纤维复合材料的纤维和基体之间的传力机制的实验研究

本文用硅铝合金为纤维,618环氧树脂为基体,制成复合材料试件。用电测法研究基体在传力机制中的作用;纤维在断裂过程中的受力变化和核定“失效长度”在微观强度研究中的作用。实验结果表明,当E_f/E_m 较小时,纤维断裂后,离断口远处纤维上的载荷基本上不卸除。在两个断口之间的纤维还可以发生断裂,说明基体在传力机制中具有十分重要的作用,纤维卸荷后还可以增加到超过原来的载荷之最高水平,在离电阻片不同距离处的断口所引起的卸载现象说明失效长度确实是建立力学模型过程中的重要参数。实验还进一步证明复合材料在受力过程中,应变场的不均匀性。实验结果对于分析低模量复合材料的断裂过程和纤维,基体之间力的重新分配提供了不少重要依据。     

SiC_f/Ti_2AlNb复合材料高温拉伸断裂行为研究

选用SiC纤维作为增强体,Ti_2AlNb合金为基体,采用磁控溅射法并结合热等静压工艺制备纤维体积分数为50%的SiC_f/Ti_2AlNb复合材料。通过观察该材料的断口表面及断口附近剖面形貌,研究SiC_f/Ti_2AlNb复合材料在750℃高温的拉伸断裂损伤及断裂过程。研究发现,SiC_f/Ti_2AlNb复合材料断口形貌复杂,在高温拉伸实验过程中,复合材料存在的断裂损伤有界面反应层多次断裂、界面脱粘、纤维二次断裂、基体塑性变形、基体韧性断裂、纤维拔出和W芯"拔出"。     

Damage Processes of Polypropylene Fiber Reinforced Mortar in Different Fiber Content Revealed by Acoustic Emission Behavior

The performances of the cement-based materials can be improved by the incorporation of polypropylene fiber, but the damage processes become more complex with different fiber contents at the same time. The acoustic emission(AE) technology can achieve the global monitoring of internal damage in materials. The evolution process of failure mode and damage degree of polypropylene fiber reinforced mortar and concrete were analyzed by measuring the AE energy, RA value, AF value and b value. It was found that the cement matrix cracked on the initial stage, the cracks further developed on the medium stage and the fibers were pulled out on the last stage. The matrix cracked with minor injury cracks, but the fiber broke with serious damage cracks. The cumulative AE energy was proportional to the polypropylene fiber reinforced concrete and mortar's ductility. The damage mode and damage degree can be judged by identifying the damage stage obtained by the analysis of the AF value.     

木棉纤维的性能及应用

木棉是一种天然、环保的纤维,在我国种植广泛,具有比重小、抗菌、抗紫外线、隔热隔音效果好等特点.为此,介绍了木棉纤维的形态结构和化学组成以及木棉纤维在保暖、防潮和吸湿等领域所取得的应用,并用阳离子改性探讨改善木棉纤维染色性能的方法,结果表明其染色效果得到了一定的改善.     

声矢量阵导向最小方差波束形成算法研究

为了克服声压阵导向最小方差波束形成算法方位估计的左右模糊问题,提出了声矢量阵导向最小方差波束形成算法,指出了矢量阵导向矩阵与声压阵导向矩阵之间的关系.通过声压阵导向矩阵与单位矩阵的Kronecker积得到矢量阵的导向矩阵,从而使不同频率的矢量阵互谱密度矩阵聚焦.计算机仿真和海试实验证明与声压阵导向最小方差波束形成相比,矢量阵导向最小方差波束形成具有更好的方位分辨力且无左右模糊,并可以空间欠采样而不出现栅瓣.针对带宽内信噪比随频率变化的情况,用各频率的信噪比对导向协方差矩阵进行加权,改进了空间谱估计性能.     

声电输运器件的表面波特性分析

本文讨论了埋沟砷化镓声电输运器件中声表面波传播特性,金属栅阵列的散射特性和导电理层对表面波的屏蔽特性。比较了不同沟道结构中表面波电位分布及不同金属结构对表面波的散射。指出了为获得性能优良的声电输运器所需结构参数的选择。     

无线音频传感网络中的压缩采样

在无线音频传感网络中,降低带宽一直是研究人员关心的问题。新近出现的压缩采样技术,以远低于奈奎斯特频率的速度采样,精确地恢复出原始信号。压缩采样,针对稀疏信号,根据测量矩阵进行随机采样,应用最优化算法进行信号重构,恢复出原始信号。以随机抽取的局部DCT矩阵作为测量矩阵,采用CoSaMP作为恢复算法,实现了音频传感网络中的压缩采样。实验结果表明,在采样速率降低4倍的条件下,音频信号能够清晰恢复,信号处理速度完全满足实时性要求。     

球形体育馆几个建筑问题分析

本文以瑞典新建球形体育馆为例,分析阐述了场地及看台呈椭圆形平面布局更适应其功能要求.看台剖面的直线起坡,虽不够经济,但有助于内部空间的体量平衡和视觉质量的改善。场内声线设计宜保证电声系统位置得当,充分利用直达声扣指向性强的特点,避免声聚焦。此外,对形式、结构、技术关系也做了概括分析。     

多模光纤声波传感器的研究

分析了多模光纤中的模式自干涉效应,给出了多模声波传感器的基本原理。通过实验取得了较好的结果。     

光纤Michelson干涉仪的声发射检测实验研究

提出了一种基于Michelson干涉仪原理构成的非接触式光纤超声传感系统,用于固体中传播的超声波的检测．这种传感器的特点是能够精确地检测由固体中传播的超声波产生的微弱振动．当超声波信号导致反射器振动时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制．通过检测干涉仪的输出光强度,并利用Fourier变换,测得了超声信号的振幅和频率．对传感系统的位相调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析,表明该系统可用于固体中声发射的频率特征识别．     

光纤声发射源定位实验平台的研究与实现

为了研究固体中声发射源定位问题,开发了一套成本低廉,适用范围广,检测灵敏度高的声发射源定位实验系统.采用Sagnac光纤干涉仪作为点传感器构成传感阵列,给出了Sagnac光纤干涉仪超声检测及声源定位的原理;光纤传感器布置在矩形钢板上构成阵列,用模拟声源激励钢板上的任意位置,基于单片机的数据采集电路将四路声发射信号发送给计算机,计算机通过VB编写的软件平台对四路信号进行解调处理.根据四路信号的时间差得到声源的位置,并采用时差修正法提高了定位精度.结果表明,此系统利用光纤传感器实现了钢板中声发射源的定位,为材料结构健康检测与监控的研究提供了一种新的方法.     

基于光纤光栅的温度不敏感光学麦克风

研制了一种基于光纤光栅的温度不敏感型光学麦克风。该麦克风由振膜传感声波信号,由一对匹配光栅来实现波长调制解调的功能,同时匹配光栅还可作为温度补偿的装置。从理论上解释了匹配光栅温度补偿的原理。实验证明,这种光学麦克风不仅能够获得稳定的传声效果,而且表现出较宽的频率响应范围(400~2 100Hz)和平坦程度,并且静态输出光功率随外界温度变化仅为0.0233 dBm/℃,表现出对温度的不敏感性。