不同应变率下Kevlar49纤维束拉伸力学性能的实验研究

利用M TS810材料试验机及旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置对Kevlar49纤维束进行了准静态拉伸及冲击拉伸实验研究, 首次在应变率为10-4/ s～ 103/s 范围内得到了Kevlar49纤维束完整的应力应变曲线。实验结果表明, Kevlar49纤维束的力学性能是与应变率相关的。在低应变率下Kevlar49纤维束对应变率不太敏感, 但比玻璃纤维束高; 在高应变率下Kevlar49纤维束对应变率敏感, 但不如玻璃纤维束强烈; 中应变率区是Kevlar49纤维束由应变率不太敏感到应变率敏感的过渡区。      

纤维束的冲击拉伸实验研究

本文所述实验采用岛津DT-5000型万能实验机和自行研制的摆锤式杆-杆型冲击拉伸试验装置对玻璃纤维,Kevlar49及碳纤维束做了应变率从10-4到 102 s-1量级之间的冲击拉伸实验。首次得到纤维束在高应变率下的拉伸应力应变曲线。结果表明:玻璃纤维的强度,极限应变以及临界应变能密度对应变率非常敏感,弹性模量也随应变率的升高而增加。Kevlar49纤维对应变率不太敏感,而碳纤维的性能则对应变率不敏感。     

计及温度与应变率效应的超高分子量聚乙烯纤维束的拉伸力学性能

文中针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束在计及温度(-60～80℃)和应变率(1×10^-5～3.3×10^-2s^-1)的25种工况下,基于轴向拉伸实验数据,研究了UHMWPE纤维束力学性能的温度和应变率效应及其破坏模式。结果表明,UHMWPE纤维束的力学性能具有一定的应变率和温度效应,但后者具备更为强大的影响力,其使UHMWPE纤维束在温度高于50℃时强度产生显著下降;此外,低温在提升UHMWPE纤维束拉伸强度的同时也会削弱其力学性能的应变率效应,在-40～-60℃范围内,UHMWPE纤维束拉伸强度和失效应变基本不受应变率影响。在UHMWPE纤维束的损伤破坏模式研究中发现,在脆-韧性转变存在的温度区间内(25～80℃),转变发生的临界应变率与温度之间具有密切联系,温度每升高约30℃,临界应变率就会提升1个量级。     

纤维应变率相关的统计本构模型的理论与实验研究

本文根据经典的纤维强度统计理论,并在某些假设的基础土,建立了纤维的应变率相关的统计本构模型及其对应的本构方程.由该模型得到了利用纤维束冲击拉伸试验确定单丝应变率相关的统计本构方程中力学参量的原理和方法.在应变率为10-4～103 l/S范围内,用玻璃纤维束的拉仲试验检验该模型和确定本构方程参量的方法.试验结果和分析表明,该模型的假设和有关理论是正确的,方法是可行的.该模型能较好地解释玻纤在应变率为10-4～1.1×102 l/S范围内的力学性能.     

SiC颗粒增强铝基复合材料冲击拉伸力学性能的试验研究

对ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料在应变速率为１５０～１０００ｓ＾－１范围内的冲击拉伸力学性能进行了试验研究，得到了材料从弹塑变形直至断裂的完整的应力应变曲线，结果表明ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料是一种应变率敏感材料，随着应变速率的提高，材料的屈服应力，破坏应力以及破坏应变均为相应提高，断口分析表明，ＳｉＣｐ／Ａｌ的破坏形式的比较复杂，是一种颗粒的脆性破坏与铝合金基体的韧性破坏共存，强界面与弱界面共存的混     

冲击拉伸下Fe3Al力学性能的应变率相关性研究

利用自行研制的旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置于Ｆｅ３Ａｌ实施了不同应变率的冲击拉伸试验，获得了不同应变率下的完整的应力应变曲线，结果表明在应变率从８０Ｓ＾－１至１２００Ｓ＾－１范围内，Ｆｅ３Ａｌ存在明显的动态韧性现象及应变率强化效应，其屈服应力，破坏应力以及破坏应变都随应变率的提高而增加，用最小二乘法拟合得到其屈服应力，破坏应力以及失稳应变与应变率的关系，并根据Ｂｏｎｄｎｅｒ－Ｐａｒｔｏｎ的理论建     

聚碳酸酯拉伸力学性能的应变率相关性实验

在MTS809材料试验机和自行研制的旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验机上,对聚碳酸酯板材进行了准静态0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1和高应变率400s-1、800s-1、1700s-1加载条件下的单向拉伸试验,得到了不同应变率下聚碳酸酯板材的拉伸工程应力-工程应变曲线。试验结果表明:聚碳酸酯的拉伸力学行为呈现明显的非线性变形特征;在文中实施的0.001s-1～1700s-1应变率加载范围内,聚碳酸酯拉伸力学性能具有明显的应变率相关性,其屈服应力和与屈服应力相对应的失稳应变均随应变率的增加有显著的增大。     

纤维束拉伸件几何尺寸对界面横向拉伸强度影响分析

纤维与基体的界面对复合材料的力学性能和耐久性有很大影响。相比于传统界面测试方法得到的界面剪切强度(IFSS),采用横向纤维束拉伸试验测得的横向拉伸界面强度可直观地反映纤维束与树脂间的界面性能,同时不受纤维组织微结构的影响,是树脂传递模塑(Resin transfer moul-ding, RTM)成型三维机织复合材料性能预测所需的重要参数。本工作建立了一种考虑纤维与树脂的热膨胀系数差异以及树脂固化收缩影响的横向纤维束拉伸试样的有限元模型,分析界面处的横向应力分布和破坏模式。然后用RTM工艺制备碳纤维束增强环氧树脂横向拉伸试验件,结果验证了模型的准确性。比较不同横向拉伸试样在界面处的受力状态,结果表明,十字型试样能有效改善边缘应力集中的现象,且在界面中心区域受力均匀,得到的横向拉伸强度更加精确。此外,讨论了十字型样品的伸出端宽度、长度等特征尺寸以及增强纤维类型对测试结果的影响。在选择纤维束横向拉伸试样时,为获得更加准确的界面横向拉伸强度,试样伸出端的宽度应尽可能大一些,但需要小于伸出端总长度的1/2以获得理想的破坏模式。     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆 (SHPB) 试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能 , 并对试验的有效性进行了分析。结果表明: 玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系 , 强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加 , 体现了很强的应变率相关性 ; 纤维体积掺量为 0. 1 %的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了 26 % , 变形能力提高了 14 %; 纤维体积掺量分别为 0. 2 %、 0. 3 %的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出 25 %左右 , 而变形能力较素混凝土无明显优势 ; 在玄武岩纤维混凝土的 SHPB试验中 , 试件破坏时刻为 123. 3～239.μ45 s , 近似恒应变率加载时间比例约为 62 % , 且应变率曲线的波动范围控制在 23 %左右 , 能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求 , 表明 SHPB试验结果可靠。      

碳纤维静、动态加载下拉伸力学性能的试验研究

利用岛津试验机和自行研制的旋转盘式击拉伸试验装置,对Ｔ３００和Ｍ４０Ｊ两种碳纤维实施了应变速率范围为０．００１－１３００ｓ＾－１的静、动态拉伸试验,获得了两种材料在不同应变速率下的完整的应力变曲线。     

纤维丛上的Poisson结构

在文[1]的基础上。将纤维丛理论与广义Hamilton系统理论相结合,得到了Poisson丛,进而讨论了Poison丛的一些性质。     

Tensile Behaviour and Strength Distribution of Polyvinyl-Alcohol Fibre at High Strain Rates

Mechanical properties of Polyvinyl-alcohol (PVA) fibre bundles were studied at three high strain rates (270/s, 600/s and 1500/s). It was found that, except for the elastic modulus, which remains unchanged, both the maximum stress and the failure strain show an apparent increase with strain rate. Two failure modes of PVA fibre under tensile impact were observed. A four-parameter Weibull function was adopted to describe the strength distribution of PVA fibre and the Weibull parameters were obtained by a fibre bundle testing method. Consistency between simulated and experimental results indicates that such a function and the method are valid and reliable.     

泡沫镍力学性能的实验研究

本研究在室温下控制位移,先以5mm/min的位移速度对泡沫镍进行了单轴拉伸、压缩实验,然后在不同应变率情况下进行了一系列单轴拉伸实验,得到了相应的应力-应变曲线,讨论了材料的应变率相关性.结果表明在普通拉伸试验范围内(准静态),改变变形速度会影响应力-应变曲线,屈服应力、强度极限随变形速度增大而下降;单轴拉伸时,应力应变关系明显分为线弹性变形、塑性变形、线性硬化和破坏4个阶段;单轴压缩时,具备其他泡沫材料受压典型应力-应变曲线的3阶段特征,即明显的弹性变形段、屈服平台段和紧实段.     

Experimental evaluation of the strength distribution of E-glass fibres at high strain rates

A bimodal Weibull distribution function was applied to analyse the strength distribution of glass fibre bundles under tensile impact. The simulation was performed using a one-dimensional damage constitutive model. The results show that there were two concurrent flaw populations in the fracture process. The regression analysis using the bimodal Weibull distribution function was in good agreement with experiment.     

The Experimental Study of the Strain-Rate Dependence of a Unidirectional Reinforced Gr/Al Metal Matrix Composite

Loading and loading-unloading tests of a unidirectional reinforced Gr/Al metal matrix composite have been carried out using a self-designed tensile impact apparatus, and quasi-static tensile tests have been performed on the Shimadzu-5000 testing apparatus. The stress/strain curves of composites have been obtained in strain rate range from 0. 0005 s^{– 1} to 1300 s^–1. The experimental results show that complete stress/strain curves of the material can be divided into two parts: the nonlinear elastic brittle deformation and residual deformation. The tests results also clearly indicate that the Gr/Al composite is a rate-sensitive material; namely the strength, failure strain and residual strength of composite all depend on strain rate. Statistical analysis and models were used to obtain the mechanical parameters for composites and their relationship with strain rate from experimental results. The simulated stress/strain curves from the model are in good agreement with the test data. The theoretical model and test results show that the shape parameter and the scale parameter ₀ are both independent of strain rate. The constituent, Gr fibers in Gr/Al composites, can be regarded as a rate-insensitive material, and the strain rate effect of Gr/Al composites is mainly caused by the Al alloy matrix.     

试样厚度对碳纤维复合材料拉伸力学性能的影响

本文对两种不同厚度的碳纤维复合材料进行了力学性能试验,并对其断裂过程及性能进行了对比分析。结果表明:厚度为1.40 mm的碳纤维复合材料比厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料力学性能优越,其断裂后的纤维股比较细,纤维股完全发生断裂,贡献出其所有的应力;而厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料断裂后的纤维股都比较粗,纤维辅层之间未能完全发挥到其极限应力。厚度为1.40 mm的碳纤维复合材料比厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料的抗拉强度平均提高了65%;弹性模量提高了8.8%;延伸率提高了0.5%。     

金属纤维／聚合物导电复合材料的性能研究

以铜纤维和不锈钢纤维为导电填料，分别填充了ＡＢＳ、ＨＩＰＳ和ＰＰＳ对脂基体，制得导电复合材料。研究了金属纤维含量及工艺条件对复合材料的导电性能和力学性能的影响。结果表明，选择合适的工艺条件以保证金属纤维有较大的长径比并在树脂中有良好的分散状态，是制造性能优良的导电复合材料的关键。     

Experimental evaluation of the strength distribution of fibers under high strain rates by bimodal Weibull distribution

This paper proposes a bimodal Weibull distribution model for strain- rate- and temperature-dependent fiber strength. The relationships of the mechanical quantities between fiber and fiber bundles at different strain rates and temperatures under tensile impact are established. A method for determining mechanical parameters of fibers by tensile impact tests of fiber bundles is established. Experiments on E-glass bundles have been performed at six strain rates (90, 300, 800, 1100, 1300 and 1700 s⁻¹) at three different temperatures (−70, 14, 80°C). According to the statistical analysis and models, the mechanical parameters for the fiber and their relationships with strain rate and temperature are obtained from the tensile impact experimental results. The emulated stress/strain curves from the model are in good agreement with the test data. The theoretical model and test results show that the shape parameters, β^d₁ and β^d₂, are not only strain rate independent but also temperature independent. The scale parameters σ^d₀₁ and σ^d₀₂, which change with strain rate and temperature, are not constant.