短纤维增强橡胶密封复合材料界面疲劳损伤行为

依据广义自洽方法,建立了包含芳纶纤维、界面相、橡胶基体和等效介质的代表性体积单元(RVE)模型。采用自定义材料子程序对内聚力疲劳累积损伤模型进行编译,分别在基体/界面相的界面和纤维/界面相的界面设置内聚力单元,研究界面相性能参数对纤维增强橡胶密封复合材料(SFRC)界面疲劳损伤行为的影响。探讨了界面相厚度和模量的确定方法,获得了不同界面相厚度和模量下SFRC界面脱粘起始位置以及脱粘起始疲劳次数。结果表明,较低的界面相模量能够抑制界面脱粘的产生;随着界面相厚度的增加,界面脱粘的起始疲劳次数增加,SFRC抗疲劳损伤能力得到提高。     

界面相性态对纤维增强复合材料内应力传递的影响

本文用有限元法研究了具有基体裂纹的纤维增强复合材料内的应力传递问题。假设纤维与基体的界面为非理想的，文中运用“弹簧层”模型首先分析了在不同的组分弹性模量比、纤维体积含量与边界约束条件下，界面相性态对复合材料的应力传宾影响，然后进一步考察了在几种典型的损伤模式下界面附近的应力分布情况。     

原子力显微镜表征纤维增强聚合物复合材料的界面相概述

纤维增强聚合物复合材料(FRPC)的界面相是一个尺度只有几十纳米到几微米之间的微小区域,是复合材料中应力传递的枢纽,对复合材料的整体性能起着至关重要的作用。因此,急需寻求一种高分辨率的纳米探测技术来表征该区域并研究其性能,这对复合材料的结构设计有着重要的科学意义和指导作用。文章概述了几种原子力显微镜(AFM)常见应用模式,并且阐述了采用AFM表征FRPC界面相的研究现状,总结了目前存在的问题并提出未来的研究方向。     

界面相性态对纤维增强复合材料内应力传递的影响

本文用有限元法研究了具有基体裂纹的纤维增强复合材料内的应力传递问题.假设纤维与基体的界面为非理想的,文中运用“弹簧层”模型首先分析了在不同的组分弹性模量比、纤维体积含量与边界约束条件下,界面相性态对复合材料内的应力传递的影响,然后进一步考察了在几种典型的损伤模式下界面附近的应力分布情况.     

含脆性界面相的颗粒增强金属基复合材料的损伤

通过引入双夹杂模型,将传统增量损伤理论扩展应用到三相复合材料颗粒尺寸效应问题,同时提出一个可以研究颗粒增强金属基复合材料的弹塑性变形及渐进式脱黏损伤模型,该模型还可以研究含脆性界面相的颗粒增强金属基复合材料弹塑性损伤变形行为的颗粒尺寸效应。研究发现,包含各种不同颗粒尺寸的颗粒增强金属基复合材料的脱黏损伤按照颗粒尺寸从大到小的顺序先后发生,并且该模型与SiC/Al复合材料的试验结果比较一致。     

含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力场的二重双尺度方法

提出了计算含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力的二重双尺度方法。在性能预报方面,首先对界面相和纤维进行均匀化得到均匀化夹杂,然后对均匀化夹杂和基体进行均匀化得到宏观均匀材料;在应力场描述方面,从宏观均匀场出发,利用双尺度渐近展开技术经过两次应力场传递,依次得到单胞和应力集中区域的应力场。与有限元方法相结合,计算了宏观轴向均匀拉伸载荷条件下含界面相的单向纤维增强复合材料的三维应力场分布。数值结果表明在此载荷条件下最大应力发生在每根纤维的中截面内,靠近纤维与界面相的交界处。讨论了界面相性能对应力场分布的影响,结果显示纤维、界面相与基体力学性能的等差过渡有利于缓解纤维在界面附近的应力集中。      

连续分布界面相对SiCp/Al复合材料热导率影响的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟, 建立了含界面相颗粒增强铝基复合材料测试模型, 研究了不同界面相种类、厚度对复合材料热导率的影响。结果表明: 当界面相与SiC/Al结合理想时, 且界面相在颗粒表面呈连续分布时, 复合材料热导率随着界面层热导率的增加而增大, 但增加的幅度由快变慢; 复合材料热导率随界面层厚度的变化取决于界面层厚度t与颗粒粒径a的比值, 当t/a很小或t/a较大时, 热导率随界面层厚度的变化很小, 当t/a较小时, 热导率随界面层厚度的变化则与界面层热导率有关。     

PyC/SiC界面相对PIP法制备3D HTA C/SiC复合材料性能的影响

利用三维编织炭纤维预制件通过先驱体浸渍裂解法制备C／SiC复合材料。研究了热解碳（PyC）／SiC界面相对复合材料的微观结构和力学性能的影响。弯曲性能通过三点弯曲法测试，复合材料的断口和抛光面通过扫描电镜观察。结果表明：通过等温化学气相沉积法在纤维表面沉积PyC／SiC界面相以后，复合材料的三点抗弯强度从46MPa提高到247MPa。沉积界面的复合材料断口有明显的纤维拔出现象，纤维与基体之间的结合强度适当，起到了增韧作用；而未沉积界面相复合材料的断口光滑、平整，几乎没有纤维拔出，纤维在热解过程中受到严重的化学损伤，性能下降严重，材料表现为典型的脆性断裂。     

预测纤维复合材料有效模量的分级模型

为纤维复合材料的有效模量计算建立了一个宏观与细观相结合的分级模型: 即假定共焦点椭圆柱组合体的纤维/基体细观结构单元嵌在宏观上均匀化了的复合材料中。利用解析函数的保角变换与罗朗级数展开, 获得了轴向剪切模量的封闭公式。理论值与实验值吻合很好, 克服了经典模型理论与实验结果偏差太大的缺点。      

含界面相三维全五向编织复合材料拉伸行为模拟及失效机制研究

基于三维全五向（Q5D）编织复合材料的细观结构模型,通过引入界面相单元,建立了含界面相Q5D编织复合材料单轴拉伸损伤失效分析模型。应用Python语言实现对ABAQUS的二次开发,将Linde等提出的失效准则和Von-Mises应力准则分别用于纱线和基体的渐进损伤判断,并确定材料的整体失效模式;对于界面相,采用Quads准则进行损伤判断。利用周期性位移边界条件,对含界面相Q5D编织复合材料的纵向拉伸应力-应变行为进行了渐进损伤数值模拟,详细讨论了在纵向拉伸载荷作用下材料的细观损伤起始、扩展和最终失效的演化过程,分析了材料的细观损伤失效机制,预测了材料的极限破坏强度,并研究了界面相性能对材料整体力学行为的影响规律。研究结果表明,数值模拟结果与实验值吻合较好,验证了渐进损伤模型的有效性,为该类材料的力学分析和优化设计奠定了基础。     

金刚石—铜薄膜复合材料

用ＣＶＤ法合成了金刚石－铜的复合材料。实验证明,合成金刚石－铜复合材料相对厚度的合适范围ｈ／Ｈ＝５－７。复合材料的热传导系数随合成温度Ｔ０的增高而增大。在Ｔ０＝１２４３Ｋ时α≤７００Ｗ·Ｍ＾－１·Ｋ＾－１,近似于高压人工合成的金刚石 。     

电子封装用SiCp/6063复合材料的制备与性能研究

目的研究体积分数与热处理工艺对Si Cp/6063复合材料热物理性能的影响规律,制备一种提高电子封装热管理能力的铝基复合材料。方法采用挤压铸造法制备体积分数分别为55%,60%,65%的Si Cp/6063复合材料,对不同体积分数的铝基复合材料分别进行热处理,比较复合材料在压铸态、退火态和T6时效处理态的性能差异。结果碳化硅颗粒均匀地分布在铝基体中,碳化硅和铝的结合良好,组织致密,没有微小的空洞和明显的缺陷。Si Cp/6063复合材料在20~50℃的温度区间内,其平均热膨胀系数约在10×10-6~13×10-6℃-1,导热系数为200~220 W/(m·K),已经基本满足电子封装基板材料的性能要求。结论随着温度的升高,复合材料的热膨胀系数呈先增加后短暂回落再增加的趋势;复合材料的热膨胀系数随着增强体体积分数的增加而减小;退火处理后Si Cp/6063复合材料的热导率明显增加。     

复合材料三相同轴柱体界面模型分析

本文改进了Theocaris 等的工作, 进行了三相同轴柱体复合材料界面模型的理论分析。本文以指数律描述界面相层的弹性性能, 所得结果与文献中的已有结论一致。     

水基纳米TiO2复合相变材料的制备及性能

针对水作为冷藏保鲜领域常见的蓄冷剂存在相变时过冷度大、导热系数小的现象,研制了一种以水作为基液,添加纳米粒子及分散剂的复合相变材料,该材料配方质量比为水+0.7%纳米二氧化钛(TiO_2)+1.0%十二烷基苯磺酸钠(SDBS),相变温度为0.216℃,相变潜热为353.1 k J/kg。在水中加入纳米TiO_2使水在相变过程的过冷度降低了5~6℃,且导热系数较基液提高了62.7%,从0.598 8 W/(m·K)升至0.974 5 W/(m·K);同时添加分散剂SDBS,改善了水基纳米TiO_2的沉降问题,提高了材料的稳定性,防止相分离。结合理论与实验,总结分析了纳米TiO_2与分散剂SDBS不同质量比的水基纳米复合相变材料的热性能,确定纳米TiO_2与分散剂SDBS在水中的最佳质量添加比为7∶10。通过最优例材料静置后的颜色观察和导热系数测试,表明纳米TiO_2在水中具有良好的分散稳定性。     

Evaluation of Thermophysical Properties of Functionally Graded Materials

In this work, by considering four-layered functionally graded material (FGM) specimens of Cu/Ni and PSZ/NiCrAlY, the transient characteristics and homogeneity of heat conduction media have been studied. The thermal diffusivities of the considered specimens have been measured by the laser flash method. As the temperature response curve of a FGM is very similar to that of a homogeneous material, it is difficult to distinguish a FGM from a homogeneous material by the shape of the temperature responses. Therefore, the thermal diffusivity obtained from the half-time method is usually taken as the corresponding value of the thermal diffusivity. The apparent thermal conductivity, obtained from the corresponding value of the thermal diffusivity and the average of the heat capacity of each layer, is different from the effective thermal conductivity, obtained from the sum of the heat resistances of each layer. As the values of the heat capacity of materials exist over a certain range, and the heat capacity distribution can be predicted when the materials in a FGM are known, the amount of error that will be caused when the effective thermal conductivity is replaced by the apparent value can be determined. Also, the heterogeneity of a FGM, based on an evaluation of thermophysical properties, has been discussed.Paper presented at the Seventh Asian Thermophysical Properties Conference, August 23–28, 2004, Hefei and Huangshan, Anhui,P. R. China.     

高岭土基Al-Si合金复合相变蓄热材料的性能

以含Si量为12%的铝硅合金为相变材料、高岭土为基体复合制备相变蓄热材料,通过热分析(DSC-TG)、热循环、扫描电子显微镜(SEM)和导热分析(LFA),研究相变材料Al-Si合金的含量与复合相变材料的相变潜热及热稳定性之间关系。结果表明,在空气中,当Al-Si合金含量分别为50%、33%、25%、20%和17%时,经过5次、10次、15次、20次热循环后,复合相变材料的相变潜热逐渐减小,在15次热循环后相变潜热趋于稳定。此外,复合相变材料的微观形貌随热循环次数的增加趋于稳定,导热系数随加热温度的增加呈线性降低,且在600℃时,合金含量为25%和33%的复合相变材料的导热系数分别为6.51W/m·K和3.45w/m·K。综上所述,Al-Si合金含量为25%和33%的复合相变材料可在特殊行业得到良好的应用。     

聚合物基复合材料导热模型的研究现状及应用

综述了描述聚合物基复合材料导热性能的经典模型和新模型,详细列举了各模型的特点,比较了模型之间的区别,具体分析了影响复合体系导热性能的各种因素.结合对碳纳米管复合材料的研究给出了一些常用模型的应用建议,同时提出了当前研究中存在的模型通用性差的问题,指出今后聚合物基导热复合材料的研究趋势应为开发新的高导热纳米填充物和纳米复合技术以使填充物在基体中能形成有效的导热通路,从而改善复合体系的导热性能.     

A Multiscale Model for the Effective Thermal Conductivity Tensor of a Stratified Composite Material

Thermal modeling of composites has three essential objectives: (i) comprehension of their thermal behavior; (ii) composite scaling in order to satisfy specific requirements; and (iii) optimal analysis of experimental results from thermal characterization. For a complete study of the material, each of these three points must be taken into account at the fiber scale ( 10m), the yarn scale ( 1 mm), and the composite scale ( 10 cm). This work presents multi-scale modeling of the effective thermal conductivity tensor of a stratified composite material made from carbon fibers, phenolic resin, and carbon loads. The longitudinal and transverse thermal conductivities of the yarn are computed from optical microscopic imaging of the material. The isotropic thermal conductivity of the loaded matrix is computed by the Bruggeman model. Then, the thermal conductivity tensor is determined by a finite element method taking into account the morphology of the fabric. Computed values are close to experimental values measured by classical methods. Finally, analytical relations are proposed to obtain an efficient model which can be used in a multiphenomenon simulation of the composite structure.Paper presented at the Fifteenth Symposium on Thermophysical Properties, June 22--27, 2003, Boulder, Colorado, U.S.A.     

高温真空多层隔热材料制备及其热物性研究

研制成功一种用于高温目的的真空高效隔热材料(以下简称高温多层隔热材料),该材料由铝箔或镍箔与石英纤维席复合而成。测量了该材料从室温到1000℃的有效导热系数,研究了铝箔和镍箔表面发射率、层密度和真空度对多层隔热材料有效导热系数的影响。结果表明该材料有效导热系数低于一般隔热材料约1～2个数量级。