δ-Al2O3 短纤维/Al基复合材料中纤维微观结构及缺陷的TEM观察

利用透射电镜（ＴＥＭ）观察了δ－Ａｌ２Ｏ３短纤维内部的微观组织结构及缺陷形式。实验结果表明,纤维中除基体相外,尚有第二相,这些第二相呈薄片或薄膜状贯穿至纤维表面,且内部有层错或孪晶亚结构。实验中还发现,部分纤维中存在原生微裂纹,微裂纹存在于纤维内部或在纤维／基体界面靠近纤维一侧。     

界面对Al_2O_3短纤维/Al-12Si复合材料断裂的影响

利用透射电镜拉伸台技术对Ａｌ２Ｏ３基复合材料的动态断裂行为进行原位观 察。实验结果显示,Ａｌ２Ｏ３短纤维增强Ａｌ－１２Ｓｉ复合材料在断裂行为的细节上与其它Ａｌ基 复合材料有所不同,它除在基体中可萌生微裂纹并扩展外．纤维／基体界面也是重要的裂纹源 及扩展路径,同时还发现裂纹在纤维薄弱处形核、扩展引起纤维断裂。导致这一结果的原因 可能在于,一是纤维／基体界面结合较弱,增加了界面开裂的几率,二是该复合材料纤维平均 长度大于其临界纤维长度,外加载荷可有效地从基体通过纤维／基体界面传递到纤维上来,当 纤维存在结构缺陷时会引起纤维的破坏。     

连续纤维增强金属基复合材料界面区域微观力学特性的研究

利用显微力学探针研究了Ｐ－５５／Ａｌ－０．３４ｗｔ％Ｔｉ连续纤维增强金属基复合材料界面区域的微观力学特性，结果表明，存在一宽度为１５μｍ的界面区域，其模量介于纤维与基体之间，为１２０ＧＰａ左右；硬度高于基体，为３．８ＧＰａ左右。界面区模量的升高是由于界面相的存在和高模量纤维的约束作用。通过同心圆柱力学模型对实验结果进行了分析，在界面区域存在ＣＴＥ残余应力，界面区域基体发生塑变，使残余应力得以松驰，这导致界面区域硬度的升高，并且减少了微裂纹产生的可能性。     

冷却速度对短纤维增强Al-4.5Cu合金复合材料的凝固偏析的影响

用挤压铸造法制备Al2 O3f/Al— 4Cu复合材料 ,研究了冷却速度对复合材料凝固偏析的影响。结果表明 ,Al- 4Cu合金初晶在纤维间隙中生核长大 ,纤维不能作为α初晶非自发形核衬底 ;复合材料基体中存在由纤维间隙中心至纤维 /基体界面或晶界处渐增的Cu浓度梯度 ,纤维周围存在共晶第二相偏析 ;冷却速度增大 ,凝固偏析加剧 ;复合材料中由于非平衡结晶生成共晶组织的量可由Clyne-Kurz公式定量计算     

玄武岩纤维增强镁合金复合材料的制备

采用化学镀铜和未镀铜的玄武岩纤维为增强体、镁合金粉末为基体,用粉末冶金法制备了玄武岩纤维增强复合材料。借助扫描电镜表征玄武岩纤维表面和复合材料的微观形貌,并测试其压缩强度。结果表明:玄武岩纤维化学镀铜处理,覆盖了一层致密均匀且没有裂纹的镀层;镀铜纤维增强复合材料的组织致密,无明显微孔、微裂纹等缺陷,提高了纤维与镁合金基体之间的浸润性,复合材料的力学特性得到提高;在实验范围内,复合材料的压缩强度随镀铜纤维的含量增加而增加,体积分数为15%时,复合材料压缩强度最高。     

激光离散预处理基体镀铬身管延寿的力学机理研究

通过对激光螺旋线状离散预处理基体镀铬身管的靶场实验样品解剖分析和该类涂层／基体结构界面裂纹扩展特点的理论研究,得出激光离散预处理基体镀铬身管延寿的主要力学机理是通过3个方面延缓了铬层的剥落：将均匀基体上随机性的表面主裂纹形貌改变成与激光离散处理、阴阳线结构相对应的菱形主裂纹形貌;增加了由主裂纹围成的铬层“孤岛”尺寸;增加了主裂纹间的界面裂纹扩展距离和减小了界面裂纹驱动力。     

周期性温度对纤维增强复合材料细观损伤影响分析

用Python脚本生成复合材料三维细观力学有限元结构模型以及施加代表性体积单元(RVE)所需的周期性边界条件,运用Abaqus材料子程序UMAT建立材料的损伤模型,研究周期性温度变化下纤维增强复合材料代表性体积单元(RVE)在横向拉伸载荷的作用下组分相损伤的演化过程以及最终产生基体裂纹破坏的趋势。并与文献中的实验结果进行对比,从细观尺度表征了周期性温度变化对横向拉伸载荷作用下复合材料失效模式的影响。从模拟结果可以看出,纤维和基体的热物理性能不同使得纤维牵制基体的热变形,将会加快纤维/基体破坏,直接在垂直于载荷的应力集中区域产生连续界面脱黏。     

2519铝合金第二相对靶材高速冲击变形的影响

利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了2519铝合金靶板在高速冲击变形过程中形变组织及第二相颗粒的演变特征。实验表明,在高速冲击塑性变形中,对于纳米级的针状Al2Cu弥散相,因局部较高塑性变形导致的温升使其部分发生回溶现象;而微米级的球形或准球形Al2Cu第二相粒子因在冲击过程中不易塑性变形,导致局部应力集中,可促使冲击微裂纹萌生和早期扩展。     

Al_2O_（3f）／Al－5．5Zn复合材料界面的TEM研究

利用ＴＥＭ研究Ａｌ_２Ｏ_３短纤维增强Ａｌ－５．５Ｚｎ基复合材料的纤维／基体界面结构及形态，结果表明，该材料中存在三种形态的界面：纯净界面、含扩散过渡层界面、含少量第二相界面，过渡层厚度为２５～２５０ｎｍ，第二相为初生Ｓｉ。界面形态复杂的原因在于预制件中纤维取向及分布不均导致凝固过程中熔液各部分按不同条件凝固。     

内部爆炸作用下混凝土加固钢筒结构变形破坏规律研究

采用混凝土加固钢筒的组合结构是提高防护结构抗内部爆炸毁伤能力的有效技术途径之一。用显式动力分析软件LS-DYNA对小比例距离内部爆炸作用下混凝土加固钢筒结构变形过程进行了数值模拟。用Johnson-Cook模型模拟钢筒的动态变形,用Winfrith模型模拟混凝土的非线性破坏过程。将钢筒变形和混凝土破坏情况与实验结果进行了对比。结果表明:加固混凝土块的裂纹分布与实验较为一致,钢筒环向应变与实验吻合较好;在相同的装药量下,采用加固混凝土加固钢筒结构,可明显提高结构的抗爆能力;当装药量小于425 g时,虽然混凝土内部存在微裂纹,但还是安全的;随着药量的进一步增加,轴向和径向裂纹将逐渐发展直至贯通,结构破坏的风险增大。     

粉末冶金BeAl合金相界面裂纹微观应力场有限元分析

采用ANSYS有限元软件分析微观状态下粉末冶金铍铝合金裂纹沿铍铝两相界面分布时,拉伸与压缩两种情况下铍颗粒与铝基体界面处的应力场分布,定性讨论裂纹扩展延伸的机制以及对界面脱粘和屈服变形的影响。研究结果表明:裂纹形成后,对界面应力场的影响只局限在裂纹所在的微小区域内,远处的影响极小,裂纹尖端有明显的应力集中现象;在拉伸应力场中,裂尖处铝基体一侧σ1与σvon同时达到最大值,在强应力的作用下,裂纹极易沿铍铝相界面铝基体一侧失稳扩展,与实验结果基本一致;在压缩应力场中,裂尖处铝基体的σvon较之铍颗粒变化明显,屈服变形更容易在基体一侧发生。     

Al2O3f/Al-5.5Zn复合材料界面的TEM研究

利用ＴＥＭ研究Ａｌ２Ｏ３短纤维增强Ａｌ－５．５Ｚｎ基复合材料的纤维／基体界面结构及形态，结果表明，该材料中存在三种形态的界面：纯净界面、含扩散过渡层界面、含少量第二相界面，过滤层厚度为２５－２５０ｎｍ，第二相为初生Ｓｉ。界面形态复杂的原因在于预制件中纤维取向及分布不均导致凝固过程中熔液各部分按不同条件凝固。     

钢中绝热剪切带的动态损伤演化

采用大能量高速材料试验机冲击帽形试样的实验方法,研究了高速冲击条件下钢中绝热剪切带的损伤演化机制。试验结果表明,绝热剪切带的形成并不意味着剪切断裂的发生和宏观裂纹的形成。导致剪切带损伤的微观方式主要包括:基体接触区界面上的微裂纹、带内平直微裂纹、剪切带内与带成一定角度的微裂纹和孔洞。在这些微损伤方式的形核、长大过程中,绝热剪切带逐步损伤,宏观裂纹逐步形成。     

SiC纤维和Cu复相增韧Al_2O_3基复合材料

研究了SiC纤维和金属Cu复相增韧Al_2~-O_3~-基陶瓷复合材料。研究结果表明,加入SiC纤维和金属铜后、Al_2O_3~-基体的晶粒细小均匀,由于纤维拔出、裂纹偏转分枝、金属塑变吸能等作用,在Al_2O_3~-中加入8～12vol％SiC纤维和8～12wt％Cu时,其K_(ic)值提高了28.65％。     

含界面微裂纹颗粒增强复合材料的有限元分析

界面弧形微裂纹是复合材料在制备和加工过程中产生的一种细观损伤,这种现象普遍存在,不可避免。根据细观力学方法,将陶瓷颗粒、弧形裂纹和基体壳简化为椭球三相胞元置于有效介质氛围中;假设复合材料受单轴拉伸应力作用,基于有效自洽方法对复合材料基体中局部应力应变场进行分析;并应用ANSYS有限元软件对含界面微裂纹复合材料进行单轴拉伸行为模拟,得到与实际情况相符的数值结果。     

石墨/聚酰亚胺复合材料弹头基体结构的制造方法

本文介绍了用石墨纤维与添加型聚酰亚胺树脂(T300/F178)组成的复合材料制造典型弹头基体结构壳体的方法,确定了缠绕铺层、减小体积和高压釜固化的技术,明确了加工工艺条件对复合材料性能,包括微裂纹的影响,用色谱技术对 F178树脂作了鉴定,这项工作是美国空军材料实验室根据 F33615-76-C-5013合同主持进行的。     

短玻璃纤维增强尼龙6的无缺口冲击性能

用仪器化冲击实验研究短玻璃纤维增强尼龙6的无缺口冲击性能。实验结果显示,在悬臂梁无缺口冲击实验条件下,纯尼龙6因其良好的塑性变形能力而具有良好的无缺口冲击性能。样条截面沿冲击方向分为拉伸响应区、中性层和压缩响应区。短玻纤增强尼龙6则因分散在尼龙6中的纤维制约了树脂基体的塑性变形能力而导致其无缺口冲击性能降低。实验结果显示纤维和基体的界面破坏及纤维的拔出对冲击断裂能有重要的影响,所以纤维的分布数量对于短玻璃纤维增强尼龙6的无缺口冲击断裂能非常关键。断面观察显示,由于冲击端外层的塑性变形缓和了该区域所受的应力,导致裂纹源不在外层而在内层形成。在外层断面上,由于塑性变形的作用,一些拔出纤维上粘附了许多基体,纤维拔出后的剩余孔洞壁也十分粗糙。     

氧化铝/锌合金复合材料界面的SEM观察

利用挤压铸造制备氧化铝／锌合金复合材料，在扫描电镜（ＳＥＭ）上观察复合材料的界面。结果表明，在复合材料中纤维与基体间存在致密界面层，合金元素通过适当的化学反应可改善纤维与基体间的结合；在凝固过程中，纤维／基体界面上的硅在共晶体的共生生长过程中起了领先相作用，导致复合材料的共晶转变是由铝硅共晶转变和锌铝共晶转变两者组成。     

单芯Nb-Ti/TiAl复合材料的界面研究

研究单芯Ｎｂ－Ｔｉ／ＴｉＡｌ及Ｎｂ－Ｔｉ／Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ两种模拟材料试样的界面特性。结果表明，在同一条件下热等静压成型的两种复合模拟试样，其界面均由厚度、显微硬度不同的反应层构成。Ｎｂ－Ｔｉ／Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ试样的界面结合完整，界面层较厚，界面结合强度为１２３．７ＭＰａ；Ｎｂ－Ｔｉ／ＴｉＡｌ的界面层较薄，近基体侧界面有径向裂纹，界面结合强度为９４．８ＭＰａ，均高于未涂覆Ｔｉ的模拟试样的界面结合强度。压脱试验后，前者仅沿近纤维侧界面开裂，后者的界面层沿纤维和基体均发生开裂，径向微裂纹甚至扩展到基体中。     

端羟基聚丁二烯推进剂/衬层脱粘的断裂机理与断裂能获取研究

推进剂/衬层界面脱粘是破坏固体火箭发动机装药结构完整性的主要形式之一。采用双悬臂夹层梁实验对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面的I型断裂进行研究,实验观察到裂纹尖端存在包含孔洞和纤维的银纹损伤区,裂纹萌发和扩展本质上是局部银纹萌生、面增厚和微纤断裂。界面脱粘的失效机理则是尖端近处孔洞的形成和合并,典型的界面失效模式包含胶黏剂的内聚破坏、界面破坏和混合破坏。裂纹稳定传播时,裂尖的损伤区形状与外界对其施加的约束有关。采用有效裂纹长度的概念可以修正裂尖塑性变形和钝化的影响,较为准确地获取了I型断裂能。