含圆币型微裂纹三维编织复合材料的热膨胀系数预报

本文利用Eshelby-Mori-Tanaka 法和改进的刚度平均化方法, 考虑各种编织参数下纤维与微裂纹的相互作用, 理论预报了复合材料的有效热膨胀系数, 比较了不同微裂纹密度对热力学性能的影响, 为工程设计和材料工艺改进提供了理论指导。     

SMA增强复合材料力学特性的细观力学模型

基于细观力学的理论 , 将 SMA增强复合材料视为三相等效系统进行分析 , 即基体相、 奥氏体相和马氏体相 ; 求解了 SMA增强复合材料的有效热膨胀系数和有效相变应变系数的一般表达式 , 该表达式适用于各种形状的纤维增强复合材料。在整个相变和逆相变过程中 , 奥氏体相和马氏体相都表现为弹性特性 , 避免了传统方法的强非线性问题。该模型计算过程简单 , 同时还考虑了奥氏体、 马氏体和基体间的相互作用 , 理论分析更接近实际。并分析了纤维的含量、 形状和尺寸等因素对宏观模量的影响 , 通过比较可知 , 所得结果可靠 , 为 SMA增强复合材料的设计和使用提供理论依据。      

有缺陷纤维增强复合材料的细观力学

本文沿着细观力学从各向同性到各向异性，从平面问题到三维问题，从线弹性到弹塑性的发展历程，对有缺陷复合材料的细观力学的主要研究领域进行了总结和评述。     

基于细观力学模型的石墨复合材料有效电导率预测

利用聚合物基复合材料的细观力学理论来预测石墨复合材料的有效电导率模型。基于细观力学对H-S模型和自洽(SC)模型进行了分析。修正自洽(MSC)模型是建立在考虑扁平夹杂Eshelby张量的自洽理论和渗流理论的基础上的。比较各种模型的适用条件,MSC模型最终选定预测石墨复合材料的有效电导率。体系关键指数依据实验结果确定。结果表明,预测结果与试验结果较为接近,MSC模型可以用来较好地预测石墨复合材料的有效电导率。该修正模型将能够提供较为可靠的指导方案用于石墨复合材料的设计和优化。     

有缺陷纤维增强复合材料的细观力学

本文沿着细观力学从各向同性到各向异性，从平面问题到三维问题，从线弹性到弹塑性的发展历程，对有缺陷复合材料的细观力学的主要研究领域进行了总结和评述。     

基于细观力学的缠绕复合材料弹性模量的预测分析

本文在细观力学模型的基础上,考虑到缠绕工艺,提出一种计算缠绕复合材料三维弹性模量的方法。该方法将代表单元分为层合部分和编织部分。层合部分用经典层合板理论计算刚度矩阵,编织部分采用四胞模型和均一化方法计算刚度矩阵,最后按两部分在代表单元中所占比例,将两部分的刚度矩阵平均化,得到代表单元的刚度矩阵。利用该方法预测了几种材料的弹性模量,并与实验结果对比,结果显示本文所提出的方法能较好地计算缠绕复合材料的弹性模量。     

三维机织复合材料的一种梁单元细观力学模型

根据三维机织复合材料中纤维束排列和变形的周期性特点,推导了一种细观梁单元模型。该模型考虑了纤维束的拉 (压) 弯耦合效应和纤维束之间的相互作用,可以描述纤维束和基体中的细观应力分布,并得到宏观的力学性能。针对一种典型的三维机织复合材料,首先根据编织参数,确定其细观几何结构,取最小周期的一段纤维束作为分析胞元,用上述细观梁单元分析了该段纤维束在面内拉伸荷载下的细观应力分布,计算出平均模量, 并用材料试验和细观实体有限元对本模型进行了检验,结果与本文的预测吻合良好。研究表明,拉、弯耦合效应引起的纤维束中的细观弯曲应力同平均轴向应力相比,不可忽略。      

一种在细观尺度上仿生的复合材料模型

本文分析了自然界常见的生物复合材料的结构,找出了有共性的规律,提出了双重螺旋的仿生复合模型。对该模型进行了理论分析,在细观尺度上将仿生学运用于复合材料的设计与制备。用碳纤维/Sn 复合材料对该模型进行了检验,结果发现,与均匀排布的单向长纤维复合材料比较,其抗拉强度显著提高(超过了40%)。     

金属基复合材料热弹塑性变分渐近细观力学模型

基于变分渐近法建立具有周期性微结构的金属基复合材料（MMCs）细观力学模型及相应的增量方程,以准确预测其典型的热弹塑性行为和初始屈服面。利用细、宏观尺度比很小的特点,对单胞变分能量泛函变化进行渐近扩展,计算得到有效瞬时弹塑性刚度矩阵和热应力矩阵;利用迭代均质化及局域化技术模拟MMCs的非线性热弹塑性性能,并通过有限元技术实现相应的数值模型。算例分析表明:该模型能较好地预测MMCs的初始屈服面,并模拟热弹塑性耦合行为,研究成果为MMCs的进一步研究和实际应用提供了技术支撑。      

纤维复合材料的热膨胀系数

提出了一种利用压电光声技术测量材料热膨胀系数的实验方法,并测试了单向复合材料C/C、C/Al的横向、纵向的热膨胀系数。根据已有的理论计算方法与实验结果对该方法的测试结果进行验证,证明了该检测方法的可靠性,进而又测量了C/C、C/Al材料在任一方向上的热膨胀系数。这种方法克服了理论计算过程复杂以及常规手段无法测量任一方向上热膨胀系数的缺陷。     

碳纤维复合材料湿膨胀系数试验方法

提出了一种复合材料湿膨胀系数的测定方法，讨论了影响复合材料湿膨胀系数的因素，通过对Ｔ３００－３２３１复合材料吸湿规律的试验研究，验证了该方法。结果表明，该方法可以很好地用于碳纤维增强复合材料的湿膨胀系数的试验研究。     

低膨胀系数材料二铝酸钙的合成及其显微结构研究

采用轻质CaCO3(或纯铝酸钙水泥)和α-氧化铝为原料合成了二铝酸钙(CA2)材料,研究了反应原料、热处理温度和成型压力对CA2烧结性能和显微结构的影响,检测CA2的热膨胀系数,并借助XRD、TG-DSC和SEM等测试手段分析和观察了材料的合成过程及显微结构.结果表明:采用轻质CaCO3(或纯铝酸钙水泥)和活性氧化铝为原料可以合成低膨胀系数CA2材料;坯体成型压力对试样烧结性能没有显著影响;反应原料和热处理温度不同导致CA2材料的烧结性能和显微结构有较大的差异.     

低膨胀聚酰亚胺复合薄膜的制备及应用研究进展

聚酰亚胺（PI）作为一种高性能的功能材料已被广泛应用，但其高的热膨胀系数限制了它在高温和精密状态下的使用，通过添加陶瓷等无机材料制成复合薄膜可有效降低其热膨胀系数。介绍了国内外低膨胀聚酰亚胺复合薄膜的制备和应用研究的最新进展，指出了低膨胀PI合成、改性及应用研究的总趋势。     

Development of a Model for Predicting the Transverse Coefficients of Thermal Expansion of Unidirectional Carbon Fibre Reinforced Composites

A model for predicting the transverse coefficients of thermal expansion (CTE) for carbon fibre composites is presented in this paper. The transverse CTE were calculated by finite element analysis using a representative unit cell. The analytical micromechanical models from literature were reviewed by comparing with the FEA data. It shows that overall Hashin model provides the best accuracy. However, the calculating process of Hashin model is very complicated and inconvenient for practical applications. By using FEA, Design of Experiments (DOE), and Response Surface Method (RSM), the transverse CTE of unidirectional carbon fibre composites were studied and a regression-based model was developed. The model was validated against the FEA and experimental data. It shows that the developed model offers excellent accuracy while reduces complicated computation process. The advantage of this model is that it provides a simple and accurate method for predicting the transverse CTE of composites, which helps effective and efficient design of composite structures.     

钛酸铝材料的结构、热膨胀及热稳定性

详细回顾了关于铁酸铝材料结构、热膨胀和热稳定性的研究。A12TiO5属于正交晶系假板钛矿结构。其晶格热膨胀各向异性行为，导致多晶铁酸铝陶瓷材料的微裂纹化，从而具有低膨胀、低热导率和优良的抗热震性等特性。但Al2TiO5低温下属于动力学稳定态，当温度低于1280℃易于分解为α-A12O3和金红石型TiO2。引入异质同构的化合物MgTi2O5或Fe2TiO5固熔于A12TiO5晶格，可以降低热力学分解温度和增加结构熵，有效地抑制Al2TiO5的分解。Al2TiO5在还原气氛下的分解机理上不明确，需要进一步的研究。     

一种用于线膨胀系数测量的高稳定性激光干涉系统

介绍了一种可以对材料长度变化进行测量的高稳定性双光程激光干涉系统,由于该干涉系统的测量光路和参考光路具有相似的传播路径,光程差仅由被测试样的长度引起,干涉系统具有较强的抵抗环境温度变化和振动等外界干扰的能力。通过平晶反射膜测量试验,对干涉系统的稳定性进行了验证,结果表明在6. 5 h内测量数据的标准偏差为4. 2 nm。该激光干涉系统可用于材料尺寸变化(如线膨胀系数)的高准确度测量。     

Characterisation of Thermal Expansion Coefficient of Anisotropic Materials by Electronic Speckle Pattern Interferometry

Abstract:  Carbon fibre composites find wide applications in aerospace, sporting goods industry and biomedicine. Mechanical and thermal properties of such materials are highly anisotropic; therefore, adequate experimental measuring methods are requested to determine them. This paper describes the application of electronic speckle pattern interferometry to full-field, real-time characterisation of the coefficient of thermal expansion (CTE) of anisotropic materials. The topics such as correlation fringes tilt and influence of small rigid body rotation were theoretically described and experimentally verified. A series of measurements was carried out to determine the CTE tensor for unidirectional and bi-directional carbon fibre laminates and to prove the feasibility of the method. The measuring set-up developed includes a temperature control unit for cooling and heating and a one-dimensional in-plane speckle interferometer.     

粉末冶金法制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料及其热膨胀性能

通过添加适量的Al_2W_3O_(12)负热膨胀粉体来优化碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的热膨胀系数。实验采用固相法制备负热膨胀性能的Al_2W_3O_(12)粉体,并按10%,20%,30%的体积比添加至SiC_p/Al复合粉体中,利用粉末冶金工艺制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料。实验结果表明:制备的复合材料组织分布均匀,致密度良好。室温到200℃内,在Al基体质量分数不变的前提下,Al_2W_3O_(12)的加入有效降低了复合材料的热膨胀系数。     

不同添加剂对钛酸铝热膨胀系数影响的研究

钛酸铝是一种优异的高熔点、低膨胀无机非金属材料．为提高其强度、抑制其热分解,往往在钛酸铝中引入添加剂．本文研究了单一添加剂和复合添加剂对钛酸铝膨胀系数的影响．结果表明：引入少量的稀土元素氧化物能显著降低钛酸铝的热膨胀系数．引入1～4mol％CeO₂或2mol％La₂O₃可使钛酸铝的膨胀系数降至接近于零．这就为开发零膨胀材料提供了新的方法．在钛酸铝中引入1～4mol％Fe₂O₃,其膨胀系数保持不变．在含有4mol％Fe₂O₃的钛酸铝中再引入SiO₂,钛酸铝的膨胀系数增大,而加入另一种稀土元素氧化物则能降低其膨胀系数．三种添加剂的适当配比能将钛酸铝的膨胀系数调整至最小．这对于引入复合添加剂对钛酸铝的改性是很有意义的．     

预测纤维增强气凝胶复合材料热导率的研究进展

SiO2气凝胶复合材料具有纳米尺度结构和极低热导率,作为隔热保温材料在航天航空、建筑和其他工业领域具有重要的科学和应用价值。根据纤维在气凝胶基体中的不同分布方式,概述了预测 SiO2气凝胶复合材料的气固耦合热导率的研究进展;基于纤维和气凝胶的消光系数的不同计算方法,概述了预测 SiO2气凝胶复合材料的辐射热导率的研究进展。并提出了纤维增强气凝胶复合材料体系存在的跨尺度、多物相、分级及相互耦合等仍需进一步解决的难题,结合最新发展的格子 Boltzmann 方法(LBM),指出了预测 SiO2气凝胶复合材料等效热导率的可能发展方向。