2D-SiC/SiC复合材料拉伸加卸载行为

为了研究国产2D-SiC/SiC复合材料的拉伸损伤行为以及低周循环载荷作用下的力学性能,通过试验和建立加卸载细观力学模型,对其拉伸加卸载行为进行了探讨。建立了单向连续纤维增强陶瓷基复合材料加卸载细观力学模型,得到了初始加载、卸载和重新加载时的应力-应变关系;利用断裂统计方法得到了基体裂纹数随应力变化的关系和复合材料失效判断条件。经过应力转化,将该模型应用于国产二维编织SiC/SiC复合材料。对单向加载试件,采用正交试验方法和最小二乘法得到基体Weibull模量和界面剪切阻力,通过控制材料失效强度与试验结果一致,得到纤维Weibull模量。由上述参数确定的2D-SiC/SiC复合材料拉伸循环加卸载应力-应变曲线与实测曲线吻合很好。通过Matlab编程得到2D-SiC/SiC复合材料单向加载时基体开裂过程图。结果表明,2D-SiC/SiC复合材料失效时,基体裂纹分布相对比较均匀;基体裂纹数随应力单调增加,未出现持平段,表明材料失效时,基体裂纹还没有达到饱和。     

铸造SiCP/6061 Al 复合材料的冲击拉伸性能

在两种环境温度和三种冲击加载速率下, 对搅拌铸造法制备的碳化硅颗粒增强(w t 8% )6061 A l 基复合材料的冲击拉伸性能进行了试验研究。实验结果表明, 该材料的断裂应变随加载率和环境温度的升高而下降, 模量随加载率和环境温度的升高而上升。材料的应力-应变曲线呈现脆性。     

界面性能对陶瓷基复合材料拉伸强度的影响

基于陶瓷基复合材料拉伸试验现象引入了主裂纹损伤带的概念, 并将其宽度定义为界面脱粘长度. 由于界面性能对纤维应力集中有较大影响, 并且控制着材料的断裂模式, 分别给出了脆性断裂和韧性断裂的强度计算公式, 并引入了应力集中系数和界面脱粘能量释放率. 分析结果表明, 拉伸强度随着应力集中系数和界面脱粘能量释放率的增大而减小. 文中公式给出的预测值与试验值吻合较好, 表明断裂时纤维所承担的应力用脱粘段纤维平均应力来衡量是合适的.     

界面对纤维增强陶瓷基复合材料拉伸性能的影响

建立了桥联纤维细观力学模型, 研究了界面对纤维增强陶瓷基复合材料拉伸模量及强度的影响。分别引入纤维应力均匀系数和界面脱粘率作为界面完全脱粘和局部脱粘条件下界面性能的表征参数。研究表明, 应力均匀系数及界面脱粘率越大, 材料模量越低, 而断裂时纤维所承担的应力越高。基于混合率给出了拉伸强度表达式, 同时也分析了基体裂纹分布、界面脱粘和纤维拔出对强度的影响。计算结果表明, 本文强度模型给出的预测值与试验值吻合较好。      

单向纤维增强陶瓷基复合材料单轴拉伸行为

采用细观力学方法对单向纤维增强陶瓷基复合材料的单轴拉伸应力-应变行为进行了研究。采用Budiansky-Hutchinson-Evans（BHE）剪滞模型分析了复合材料出现损伤时的细观应力场,结合临界基体应变能准则、应变能释放率准则以及Curtin统计模型三种单一失效模型分别描述陶瓷基复合材料基体开裂、界面脱粘以及纤维失效三种损伤机制,确定了基体裂纹间隔、界面脱粘长度和纤维失效体积分数。将剪滞模型与3种单一失效模型相结合,对各个损伤阶段的应力-应变曲线进行模拟,建立了准确的复合材料强韧性预测模型,并讨论了界面参数和纤维韦布尔模量对复合材料损伤以及应力-应变曲线的影响。与室温下陶瓷基复合材料单轴拉伸试验数据进行了对比,各个损伤阶段的应力-应变、失效强度及应变与试验数据吻合较好。     

正交铺设陶瓷基复合材料单轴拉伸行为

采用细观力学方法对正交铺设陶瓷基复合材料单轴拉伸应力-应变行为进行了研究。采用剪滞模型分析了复合材料出现损伤时的细观应力场。采用断裂力学方法、 临界基体应变能准则、 应变能释放率准则及Curtin统计模型4种单一失效模型确定了90°铺层横向裂纹间距、 0°铺层基体裂纹间距、 纤维/基体界面脱粘长度和纤维失效体积分数。将剪滞模型与4种单一损伤模型结合, 对各损伤阶段应力-应变曲线进行了模拟, 建立了复合材料强韧性预测模型。与室温下正交铺设陶瓷基复合材料单轴拉伸应力-应变曲线进行了对比, 各个损伤阶段的应力-应变、 失效强度及应变与试验数据吻合较好。分析了90°铺层横向断裂能、 0°铺层纤维/基体界面剪应力、 界面脱粘能、 纤维Weibull模量对复合材料损伤及拉伸应力-应变曲线的影响。      

双向等轴拉伸载荷下二维编织陶瓷基复合材料的应力-应变行为预测

将二维编织结构简化为(0°/90°)s正交铺层结构。采用含损伤变量的剪滞分析理论,解得双向等轴拉伸载荷下,0°层和90°层开裂后各层的应力分布;基于随机基体裂纹演化理论,随机纤维损伤和最终失效理论,确定了0°层和90°层沿纤维方向的应力-应变关系,以及切线拉伸模量与施加载荷之间的关系;然后,将切线拉伸模量代入正交铺层结构的剪滞分析中,进而预测出二维编织陶瓷基复合材料在双向等轴拉伸载荷下的应力-应变关系。预测结果表明:在双向等轴拉伸载荷下,二维编织陶瓷基复合材料的横向和纵向应力-应变曲线基本相同,与单向加载时的应力-应变曲线相近。     

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     

Z-pin增强陶瓷基复合材料拉伸和层间剪切性能

研究了Z-pin横向增强平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸和层间剪切性能。炭纤维平纹编织物和炭纤维Z-pin制备的预成型体, 通过化学气相渗透(CVI)工艺制成Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料。通过单轴拉伸试验及加-卸载试验研究材料拉伸力学性能参数及破坏规律。采用双切口压缩试验测试材料的层间剪切强度。结果表明, Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料拉伸应力-应变曲线具有非线性特性; Z-pin嵌入降低了平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸强度, 显著提高了陶瓷基复合材料层间剪切强度, 使原来单纯层间基体与织物表面的脱离转变为Z-pin的剪切破坏和层间基体与织物的脱离双重破坏机理。     

预应力钢绞线高温力学性能试验研究

该文采用非接触式应变视频测量系统,开展了冷拉1860级钢绞线高温力学性能试验研究。基于试验测试的钢绞线高温应力-应变全过程曲线,建议了预应力钢结构用钢绞线的比例极限、弹性模量、名义屈服强度、断裂强度的高温折减系数以及高温应力-应变函数关系。试验结果表明,高强冷拉钢绞线高温下应力-应变全过程具有显著的应力强化阶段和颈缩阶段,1.25%应变下的高温名义屈服强度适用于高强冷拉钢绞线,钢绞线在高温下的捻度松弛效应对其高温力学性能存在影响。该研究成果进一步完善了预应力张拉钢结构用冷拉高强钢绞线高温下基本力学性能指标体系。     

石墨添加对原位合成钛基复合材料高温力学性能的影响

利用钛与碳化硼及石墨之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔铸工艺原位合成制备了不同摩尔比值TiB和TiC增强的钛基复合材料。测定了原位合成钛基复合材料的高温力学性能。结果表明:由于增强体的原位合成,复合材料的高温拉伸性能与基体合金比较有了明显的提高。高温拉伸断裂与温度有关,温度较低时,增强体断裂是材料失效的主要原因;而随着温度的提高,增强体与基体合金界面脱粘成为材料失效的主要原因。高温拉伸时裂纹容易在短纤维状增强体TiB的端面处形核与长大从而使增强体与基体合金脱粘导致材料失效,因此加入石墨形成更多的TiC粒子有利于提高复合材料的高温力学性能。     

SiCW对TiB2／25SiCW陶瓷材料高温增韧效果的影响

采用热压工艺制备了ＴｉＢ２／ＳｉＣＷ陶瓷复合材料，结果表明：在ＴｉＢ２基体中添加体积分率为２５％的ＳｉＣ晶须，可显著的提高材料的断裂韧性和抗弯强度，实验表明，ＴｉＢ２／２５ＳｉＣＷ陶瓷材料的断理解韧在１０００℃内随温度的升高而增大，其原因是由于的升高使晶须径向残余压应力松驰，晶须拔出所需要的力ＦＰ减小，温度越高，晶须拔出越容易，能够被拔出的晶须量增多，拔出功增大，在低落曙下晶须以脆性断裂为主，在高     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料高温拉伸强度的理论分析

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,对该混杂复合材料的高温(300℃)强度性能进行了实验和理论分析。在综合考虑纤维长度变化规律、热应力诱发位错强化和纤维弥散硬化等因素对复合材料强度影响的基础上,对复合材料强度预测的混合律模型加以发展和修正,建立了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂复合材料的高温(300℃)强度预测模型。利用该模型得到的高温强度理论值所反映的规律与实验值所反映的规律吻合良好,该模型具有一定的正确性和实用性。      

Cu-Al2O3复合材料的高温塑性变形

用Gleeble-1500热模拟实验机研究了弥散强化型Cu-Al2O3复合材料的高温变形行为及其对材料组织结构及性能的影响。结果表明,由于Al2O3粒子对位错运动的阻碍作用,复合材料与纯Cu和Cu-A1合金相比具有更高的高温抗压强度;在复合材料的σ-ε曲线上,流变应力在一突降后稳定;稳定的Al2O3粒子可显著提高复合材料的再结晶温度,高温变形未发生明显的再结晶,动态回复是主要的软化机制;Cu-Al2O3复合材料的高温变形机制是位错滑移和晶界滑移相协调;高温变形对复合材料的显微组织和性能均有显著影响。     

活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用II——复合材料的制备及其表征

将活性填料Al应用到吉林碳纤维(JC)和M40JB纤维增强先驱体转化SiC陶瓷基复合材料的制备中。研究表明,经过7个周期的致密化处理,当复合材料素坯中不含活性填料时,JC增强复合材料比M40JB增强复合材料有更高的弯曲强度,因此,JC纤维更适合用作先驱体转化陶瓷基复合材料的增强纤维;当复合材料素坯中含有活性填料Al时,由于Al与碳纤维发生碳化反应,使纤维受损,在纤维与基体之间形成不良的界面结合,导致复合材料的强度发生退化。图象分析表明,M40JB与Al的反应层厚度约为0.94μm。为了防止碳纤维与Al发生反应,应对碳纤维进行适当的表面处理。     

活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用 II——复合材料的制备及其表征

将活性填料Al应用到吉林碳纤维(JC)和M40JB纤维增强先驱体转化SiC陶瓷基复合材料的制备中。研究表明,经过7个周期的致密化处理,当复合材料素坯中不含活性填料时,JC增强复合材料比M40JB增强复合材料有更高的弯曲强度,因此,JC纤维更适合用作先驱体转化陶瓷基复合材料的增强纤维;当复合材料素坯中含有活性填料Al时,由于Al与碳纤维发生碳化反应,使纤维受损,在纤维与基体之间形成不良的界面结合,导致复合材料的强度发生退化。图象分析表明,M40JB与Al的反应层厚度约为0.94 μm。为了防止碳纤维与Al发生反应,应对碳纤维进行适当的表面处理。     

MODELLING THE TENSILE FRACTURE BEHAVIOUR OF THE REINFORCING FIBRE YARNS IN CERAMIC MATRIX COMPOSITES

Abstract— Using experimentally determined data on fibre radius distributions, yarn geometry, matrix and fibre elastic moduli and frictional shear stress at the matrix/fibre interface (obtained by nano-indentation experiments), the failure probability of the composite fibre yarns (after matrix cracking) is estimated. Each fibre is divided into a fixed number of segments above and below the matrix crack. The failure probability on every segment of each fibre is computed using Weibull fibre strength statistics. A fibre is assumed to be broken when the cumulative failure probability for the complete yarn reaches a value of 0.5. The segment and fibre are then selected at "random", according to their individual failure probabilities. After fibre failure, the broken fibre can only carry the frictional load and the load drop is transferred to its neighbours according to their distances to the broken fibre. The remote stress is then modified to match again the cumulative failure probability of 0.5 and a new fibre is broken. This procedure is repeated until all the fibres are broken. In this way, it is possible to obtain the "characteristic" load carried by the yarn and its corresponding elongation. Fibre extraction and pull-out behaviour are also considered. The roles of different load-transfer laws (from global to highly localised) are examined. The model is applied to simulate the fracture tensile behaviour of individual yarns of SiC/SiC ceramic-matrix composites. The results are compared with those obtained from tensile experiments on SiC/SiC individual yarns. The computed fracture morphology, in terms of individual pull-out lengths, is also compared to the actual SEM fractography of a woven SiC/SiC composite.     

拉伸速率和温度对填充PECH复合体系模量的影响

研究了填充ＰＥＣＨ复合体系的弹性模量在不同测试温度和拉伸速率下随填料体积分数和粒子间距离的变化规律，同时考察了粒子堆积方式对弹性模量的影响，并运用逾渗理论解释了实验结果，测试温度和拉伸速率对体系的弹性模量有显著的影响，临界粒子间距离是温度和拉伸速度的函数，而且与粒子堆积方式相关，拉速和温度对填充聚合物复合体系中逾渗过程的影响具有等效性。     

热轧双相钢的低温拉伸

研究了 Si-Mn-Cr-Mo 系列热轧双相钢从室温到-180℃,三种不同应变速率下的低温性能和断裂特征。结果发现此钢具有良好的低温延性。在三种应变速率下,随实验温度的降低,在断裂强度和屈服强度增加的同时延伸率基本保持不变。在相同试验温度下,断裂强度与应变速率无关,而高应变速率使屈服强度有所增加,使延伸率稍有降低。用 SEM 和 TEM 对各种样品断口和位错组态观察表明:此钢的冷脆转变温度在-100—-140℃之间,并且随实验温度的降低,马氏体的位错组态发生了相应的变化。微观结构的变化反映了材料的加工硬化能力,并且与宏观力学性能的变化相对应。