基于HyperWorks 的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异。文中基于HyperWorks 商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能。研究结果表明,铺层材料对复合材料层合板的层间剪切性能影响较大,而铺层顺序对复合材料层合板的层间剪切性能影响较小。     

层状复合板层间剪切强度的研究现状

阐述了层状复合板层间剪切强度的概念和实验方法，介绍了现有的界面结合机理和类型，综述了影响复合板层间剪切强度的因素，主要有表面处理、液态相合金化、复合温度和复合工艺等，并提出了研究层状复合板应重视的问题。     

2D-C/SiC复合材料面内剪切强度分布研究

基于2D-C/SiC复合材料面内剪切强度实验数据,以双参数Weibull分布为假设分布模型,采用线性回归法进行参数估计,结合Kolmogorov非参数检验,针对2D-C/SiC复合材料面内剪切强度分布规律进行研究.结果表明:2D-C/SiC复合材料面内剪切强度服从双参数Weibull分布,利用双参数Weibull分布预...     

预浸料放置时间对芳纶复合材料层间剪切强度影响作用研究

芳纶Ⅲ复合材料制品的性能受成型工艺参数影响,通过对预浸料成型工艺流程分析,发现预浸料的放置时间为影响芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度(Interlaminar Shear Strength, ILSS)的主要参数。为了研究预浸料放置时间对芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度的影响规律和敏感度,采用短梁法层间剪切实验方法,获得预浸料不同放置时间情况下所对应的强度数值。根据实验数据建立该工艺参数对层间剪切强度的回归模型,通过对残差、预测值与实际值对比等检验分析,验证回归模型的可靠性及有效性。使用该回归模型能够准确地给出预浸料不同放置时间下芳纶Ⅲ复合材料的层间剪切强度,并且获得单参数灵敏度曲线。通过对灵敏度曲线的分析,可以确定参数的稳定性和不稳定性范围。实验结果表明,随着放置时间的增长,芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度呈现先增大后减小的趋势,0°/0°、0°/90°、±45°铺层情况对应的预浸料最佳放置时间在10～22 h内,在这一工艺参数范围内可以保证芳纶Ⅲ复合材料具有最大层间剪切强度。     

碳纤维表面处理对单向C/C复合材料强度的影响

通过对碳纤维表面进行适当的氧化处理 ,改善纤维 /基体之间的界面结合 ,能在复合材料中得到较好的纤维强度利用率 ,提高材料性能。本文在不同条件下对碳纤维进行液相氧化和空气氧化处理 ,并测定了所制备的单向 C/C复合材料的强度 ,研究了不同氧化工艺条件对复合材料拉伸强度的影响 ,对采用氧化后纤维制备材料断裂机制的改变进行了讨论 ;研究发现液相氧化处理对 C/C复合材料的性能影响较为显著。     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

C/SiC复合材料氧化残余强度计算模型

纤维氧化会使C/SiC复合材料的强度大幅度降低,因为是纤维中出现了缺口,不仅仅产生应力集中,而且纤维强度大大降低,纤维很容易发生断裂.文中基于这一损伤机理,建立细观力学分析模型,运用统计强度理论,对C/SiC复合材料无应力氧化残余强度进行模拟计算.模型引入纤维的氧化缺口,并考虑纤维特征强度的降低,获得与氧化试验值比较一...     

平纹编织C/SiC复合材料层间断裂行为试验研究

通过双悬臂梁和端部切口弯曲试验分别对平纹编织C/SiC复合材料的Ⅰ型(张开型)和Ⅱ型(滑开型)层间断裂行为进行试验研究,得到该材料以临界能量释放率GⅠC和GⅡC表征的层间断裂韧度值.试验后利用光学显微镜对两组试验的试样断口进行显微观察,以分析其破坏机理.结果表明:Ⅰ型层间断裂韧度值GⅠC和Ⅱ型层间断裂韧度值GⅡC分别为(737.2±57) J/m2和(1082.7±90) J/m2;Ⅰ型开裂为层间SiC基体沿初始裂纹方向的断裂破坏;Ⅱ型开裂与Ⅰ型开裂相似,但裂纹上下表面包裹碳纤维束的SiC基体发生脱落,并且出现碳纤维束中部分碳纤维剪切破坏.     

Nomex蜂窝复合材料冲击损伤及剩余剪切强度试验

Nomex蜂窝复合材料在航空航天中的应用越来越广泛,但其对低速冲击损坏较为敏感,针对Nomex蜂窝复合材料冲击损伤问题,研究了蜂窝材料在冲击作用下的损伤行为,并进行了剩余剪切强度试验,观察试验件应变值变化,得出试验结构件破坏载荷和最大破坏应变,并与未进行冲击试验的试验件进行对比。结果表明:冲击损伤后,破坏载荷的保持率为69.0%左右,破坏最大应变的保持率为78.8%,即冲击损伤使蜂窝复合材料的力学性能恶化,且影响较大。     

莫来石基复合陶瓷高温摩擦表面粘附机理的研究

研究莫来石基复合陶瓷（ZTM、ZTM/Al）与氧化钇稳定氧化锆（TZP）陶瓷构成的摩擦副,在干摩滑动条件下,ZTM、ZTM/Al陶瓷的磨损率随环境温度的升高而逐渐降低,其摩擦表面可生成粘附保护层并出现负磨损现象。ZTM、ZTM/Al陶瓷高温摩擦表面产生粘附保护层的主要机理是对偶件TZP陶瓷中的Zr原子或磨屑向其摩擦表面扩散和吸附的结果。详细分析这种Zr原子表面扩散转移地主要影响因素,以及磨屑在摩擦表面的物理吸附和化学吸附的机理,得出了“ZTM、ZTM/Al摩擦表面粘附层的形成,其实质是由‘被动受磨’向‘主动抗磨’的机制转变”的结论,并展望了该抗磨机理的工程应用前景。     

3D-C/SiC的高温弯曲性能和后处理对弯曲性能的影响

3D C SiC用T3 0 0碳纤维编织为三维四向编织体 ,编织角 2 2°。CVI(chemicalvaporinfiltration)法致密 ,纤维体积分数 40 %～ 45 % ,热解碳界面层厚度约 0 .2微米、密度为 2 .0 1g cm3和空隙率为 17% ,最终在试样表面形成 5 0 μm的SiC涂层。在YKM 2 2 0 0超高温试验机上进行三点弯曲试验 ,真空度为 10 - 3Pa ,夹头位移速率为 0 .5mm min。结果表明 ,随试验温度升高 ,弯曲强度在 90 0℃和 170 0℃出现了两个峰值 ;弯曲模量在 110 0℃出现了最大值 ;而弯曲应变在低于 15 0 0℃基本保持不变 ,高于 15 0 0℃不断升高 ,出现了明显的不可逆变性。试样 180 0℃真空保温 1小时后处理 ,弯曲模量明显降低和强度降低 ,而变形能力明显升高。激光拉曼分析得出 :制备的 3D C SiC碳纤维存在残余压应力 ,13 0 0℃处理后碳纤维存在残余拉应力 ,而 2 0 5 0℃处理后碳纤维没有残余应力。高温下因基体和纤维膨胀系数不同 ,易产生界面脱粘和分离 ,使得基体中的裂纹不易扩展到纤维中 ,保持了纤维强度 ,同时纤维易于滑动。这是很高温度下弯曲模量降低、变形能力增加和弯曲强度略增加的原因。     

SiC陶瓷高温弯曲强度的WeibulI模量研究

对工业用ＳｉＣ陶瓷材料,较系统地研究了温度对材料弯曲强度Ｗｅｉｂｕｌｌ模量的影响。实验发现,随温度升高Ｗｅｉｂｕｌｌ模量增大,在８００℃附近出现一奇异峰;其损伤断裂机制由低温下的穿晶断裂过渡为高温下的沿晶断裂。Ｗｅｉｂｕｌｌ模量估计值与样本的变异系数Ｃｖ之间满足线性关系ｍ＝１．１８６／Ｃｖ－０．６６５。     

三维编织C/SiC复合材料剪切和弯曲性能的实验研究

对三维编织C/SiC复合材料进行剪切试验和两种弯曲试验,得到材料的剪切性能和弯曲性能以及相应的失效规律.在剪切试验中发现两种剪切试验的剪切模量相差较大,但由于两种剪切的破坏面相同,所以剪切强度相差不大.通过分析得到由两种弯曲试验获得的弯曲模量不同的原因.通过分析还得到拉压模量不同的材料的四点弯曲模量计算公式,发现计算值在试件上下表面应变相差不大时与均质材料的计算结果相差不大.     

2D-C/SiC高温弹性模量的预测

平纹碳布(正交纤维)经过叠层得到二维纤维预制体,预制体通过化学气相渗透法沉积热解碳界面和SiC基体,得到二维编织碳纤维增强碳化硅复合材料(2D-C/SiC)。将纤维与热解碳层进行一体化考虑,把基体与孔隙进行一体化考虑,分别计算纤维的就位模量和基体的有效模量;考虑基体和纤维的模量随温度的变化,在混合定则的基础上,将横向纤维当作孔隙、将横向纤维当作基体和1/2混合定则对2D-C/SiC进行三种简化,预测2D-C/SiC复合材料在室温和高温下的弹性模量。与试验结果进行比较发现,利用1/2混合定则预测的2D-C/SiC在室温和高温下的弹性模量与试验值最接近。     

热压Ni-MoS2自润滑复合材料在不同温度的往复摩擦磨损特性

采用自润滑复合材料,对提高某些机械摩擦副的使用寿命有很显著的效果。研究了热压Ni-MoS2自润滑复合材料与GCr15钢球组成的点接触配对副,在室温和高温条件下进行微幅往复摩擦运动时的自润滑特性。考察了载荷、温度及MoS2含量对摩擦系数和磨损率的影响,并借助扫描电镜观察磨损表面的形貌特征。结果表明：摩擦系数随载荷增加而不断提高;温度在400℃以下时,摩擦系数能保持较低数值;在室温和250℃时,含60%MoS2的复合材料均具有最低磨损率;提高MoS2含量有助于改善高温自润滑性;MoS2转移润滑膜的完整程度可作为Ni-MoS2复合材料自润滑性能好坏的判据。     

二维编织SiC/SiC复合材料的剪切性能

通过单向以及循环加卸载面内剪切试验,结合试件失效分析,研究了二维编织SiC/SiC复合材料的面内剪切特性。将试件剪切响应分为弹性部分和非弹性部分,分别由卸载模量和残余应变表征,由此得到剪切应力-应变关系表达式。试验结果表明,卸载模量随应力以指数形式衰减,残余应变随应力以指数形式增大。预测剪切应力-应变曲线与试验曲线吻合很好。     

氧化钇稳定氧化锆涂层界面剪切应力分析及其界面剪切强度的测定

涂层与基体材料结合时,界面结合状态将最终决定涂层使用性能,界面应力又直接影响着涂层强度属性。基于界面约束和均匀应变理论模型,推导出涂层界面剪切应力计算公式。同时,该公式可用于计算涂层界面剪切强度。通过实验进一步验证了理论分析的正确性和实验测试方法的有效性。利用分区不同膜厚单轴拉伸法测得氧化钇稳定氧化锆涂层的界面剪切强度,且这种方法有助于进一步分析涂层厚度与强度属性之间的关系。