短纤维增强发泡橡胶复合材料高低温压缩性能

为开发新型耐高温和耐低温材料提供理论依据,对同一发泡率、不同纤维体积分数和同一纤维体积分数、不同发泡率的锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料(SFRFRC)在213～398 K温度下的压缩性能进行测试。结果表明:在 213 K时,SFRFRC的压缩性能发生明显变化,已经由高弹态转变为玻璃态,而玻璃化转变温度在213～233 K之间。纤维体积分数和发泡率均对SFRFRC的耐低温性能有很大影响。短纤维的添加和适当改变发泡率都明显改善了SFRFRC在低温下的压缩性能。在定160 N和5 mm条件下,同一发泡率、不同纤维体积分数的SFRFRC,压缩永久变形随着纤维体积分数的增加而呈指数下降;而5 %纤维体积分数、不同发泡率的SFRFRC,压缩永久变形随着发泡率的增大而增大。      

有机短纤维增强橡胶复合材料研究进展

在总结前期工作的基础上,综述了最近五年来短纤维一橡胶复合材料在短纤维预处理与界面粘合、混合与分散、取向及其表征等方面的最新研究成果,并作简明展望。     

短纤维增强橡胶复合材料研究进展

综述了短纤维增强橡胶复合材料制备过程中短纤维的预处理、短纤维的混合、分散、取向方法及影响因素，并介绍短纤维增强橡胶复合材料的新进展。     

短纤维增强橡胶复合材料研究进展

综述了短纤维增强橡胶复合材料制备过程中短纤维的预处理、短纤维的混合、分散、取向方法及影响因素 ,并介绍短纤维增强橡胶复合材料的新进展     

短纤维橡胶复合材料强度的理论研究I 纵向拉伸强度的理论预测

首次在较宽的纤维用量和纤维长度范围内, 研究了短纤维橡胶复合材料的拉伸强度规律, 并基于Cox 剪滞法和复合材料的结构特点, 提出了一种新的混合定律模式, 对复合材料的纵向拉伸强度进行了理论预测。结果表明, 新的模型包含结构因素较全面, 理论计算值与实验值符合较好。此外, 探讨了复合材料的拉伸破坏机理, 认为复合材料的拉伸破坏主要由界面控制, 在复合材料中存在着界面剪切应力集中和纤维拉伸应力集中之间相互竞争增长的过程, 但前者的增长制约着后者的增长。本文是短纤维橡胶复合材料强度理论预测的第一部分。      

氧化铝短纤维增强铝合金复合材料的高温拉伸强度

本文在国产氧化铝短纤维的基础上,研究了 Al_2O_3/ZL109合金复合材料的高温拉伸强度。研究结果表明,与基体合金相比,Al_2O_3/ZL109合金复合材料具有较好的高温拉伸强度,工作温度可提高100℃以上。另外,分析了 Al_2O_3/ZL109合金复合材料高温拉伸的失效形式。     

基于深度学习的短纤维增强聚氨酯复合材料性能预测基于深度学习的短纤维增强聚氨酯复合材料性能预测

结合深度学习在图像识别领域的优势,将卷积神经网络（CNN）应用于有限元代理模型,预测了平面随机分布短纤维增强聚氨酯复合材料的有效弹性参数,并针对训练过程出现的过拟合,提出了一种数据增强的方法。为验证该代理模型的有效性,比较了其与传统代理模型在预测有效杨氏模量和剪切模量上的精度差异。在此基础上结合蒙特卡洛法利用卷积神经网络代理模型研究了材料微几何参数不确定性的误差正向传递。结果表明:相对于传统代理模型,卷积神经网络模型能更好地学习图像样本的内部特征,得到更加精确的预测结果,并在训练样本空间外的一定范围内可以保持较好的鲁棒性;随着纤维长宽比的增大,微几何参数的不确定性对材料有效性能预测结果会传递较大的误差。      

混炼参数对短纤维-橡胶复合材料性能的影响

混炼参数是短纤维-橡胶复合材料制备过程中重要的工艺参数,直接影响着短纤维的补强性能。通过实验对比分析了填充系数、上顶栓压力、冷却水温度、转子转速和短纤维添加份数5个混炼参数对短纤维-橡胶复合材料混炼过程和硫化胶物理机械性能的影响。结果表明随着填充系数、上顶栓压力等参数的增加,混炼过程中消耗的最大功率、单位能耗等不断增加,而硫化胶的物理机械性能则有最佳值。当填充系数为0.6,上顶栓压力为0.6MPa,冷却水温度为40℃,转子转速为70r/min,短纤维添加份数为3份时,短纤维-橡胶复合材料的物理机械性能最佳。     

纤维体积分数对莫来石短纤维增强ZL107合金复合材料高温蠕变的影响

研究了莫莱石短纤维增强ＺＬ１０７复合材料中纤维体积分数的变化对其在３００℃时的高温蠕变性的能的影响。实验结果发现，随着纤维加入量从０到８％，２０％的增加，复合材料的高温抗蠕变性能随之提高。在本实验中，增强相的间接强化作用比直接强化作用更大。     

骨架增强复合材料的微观结构和性能

从骨架增强复合材料的微观结构特点出发,揭示出在相同结构参数时骨架增强复合材料相比颗粒增强复合材料具有更高的增强体体积分数∫和更多的界面Ａ;并从理论上证明在∫相同时,骨架增强复合材料的强度为颗粒增强复合材料的强度和单纯骨架材料强度的和。     

不同界面SiC纤维束复合材料的拉伸力学行为

利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺(CVI)制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料,并对其拉伸力学行为进行研究;同时,通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结果表明:该纤维束复合材料的界面存在较为明显的径向和环向热残余应力,而且这两种应力均随着界面厚度增加而减小,随着基体体积分数的增加而增加。拉伸实验结果表明:随着界面厚度增加SiC纤维束复合材料的拉伸强度有增大趋势,且纤维拔出长度也相应增加;但在界面厚度相同的情况下,过高的基体体积分数将导致复合材料拉伸强度和韧性下降。     

Tensile,creep and fatigue behaviours of short fibre reinforced polymer composites at elevated temperatures: a literature survey

Polymer composites are suitable alternatives to metals in some applications as they are cost effective, lightweight and corrosion resistant. Short fibre reinforced polymer composites (SFRPCs) are typically subjected to complex loadings in applications, including static, cyclic, thermal and their combinations. These applications may also involve harsh environmental conditions such as elevated temperature and moisture which can dramatically affect mechanical properties. In this paper, a broad survey of the literature on mechanical behaviour of SFRPCs at elevated temperatures is presented. The mechanical behaviours included consist of tensile, creep, isothermal fatigue, thermo‐mechanical fatigue and creep–fatigue interaction. Environmental effects such as moisture and ageing at elevated temperatures are also included. The studies reviewed include experimental works, modelling works and failure mechanisms studies. A critical assessment of the information from the literature presented for each type of behaviour is also provided.     

考虑纤维方向分布的玻纤增强PP复合材料拉伸性能

纤维方向及其分布对玻纤增强PP复合材料的力学特性具有至为关键的影响.提出了一种快速获取纤维数量及每根纤维方向的方法.通过引入方向张量,利用Moldflow软件进行玻纤增强PP树脂注塑成型模拟获得纤维方向的平均分布,结合显微方法观察判断特定点的纤维沿厚度方向的分层情况及定量判断纤维方向的分布.对轿车玻璃纤维增强注塑仪表板的纤维方向相对一致处取与纤维方向呈0°、45°、90°的样条,通过拉伸实验测得拉伸模量,利用所提出的方法研究了仪表板内玻纤方向的分布及其对拉伸模量的影响.研究结果表明:玻纤增强注塑仪表板的力学性能是各向异性的,其沿厚度方向纤维按方向大致可分为三层.     

考虑纤维方向分布的玻纤增强PP复合材料拉伸性能

纤维方向及其分布对玻纤增强PP复合材料的力学特性具有至为关键的影响。提出了一种快速获取纤维数量及每根纤维方向的方法。通过引入方向张量, 利用Moldflow软件进行玻纤增强PP树脂注塑成型模拟获得纤维方向的平均分布, 结合显微方法观察判断特定点的纤维沿厚度方向的分层情况及定量判断纤维方向的分布。对轿车玻璃纤维增强注塑仪表板的纤维方向相对一致处取与纤维方向呈0°、45°、90°的样条, 通过拉伸实验测得拉伸模量, 利用所提出的方法研究了仪表板内玻纤方向的分布及其对拉伸模量的影响。研究结果表明: 玻纤增强注塑仪表板的力学性能是各向异性的, 其沿厚度方向纤维按方向大致可分为三层。     

纤维增强树脂基复合材料拼接结构拉伸性能

为了解拼接结构的力学特性,更好地设计高强度的拼接结构,测试了三种含拼接结构的单向碳纤维增强环氧树脂基(CF/EP)层合板复合材料的拉伸性能,通过监测结构在拉伸过程中的形态分析其破坏特点,并利用有限元软件对不同拼接结构的拉伸过程进行模拟,分析拼接结构受拉过程中的受力特点。所有材料均采用真空辅助灌注工艺(VARTM)获得。结果表明,拼接结构的引入大大降低了CF/EP材料的拉伸强度;由于拼接位置产生明显的应力集中,结构破坏从拼接位置开始,最终破坏模式为层间破坏;拼接位置处的剪切应力和侧向拉伸应力是结构发生初始破坏的主要因素;为了尽可能避免产生拼接位置处的剪切应力和侧向拉伸应力以提高结构强度,应尽可能设计为对称结构。     

随机短纤维增强复合材料弹性模量预测模型

为了研究纤维增强复合材料的力学性能, 借助混合率构造的Reuss-Voigt模型以及三维纤维取向简化模型, 建立了随机短纤维复合材料弹性模量预测模型。利用该模型对玻璃纤维增强尼龙6(PA6)复合材料进行弹性模量预测, 其预测结果与拉伸实验结果误差值小于5%, 表明该预测模型具有较好的准确性。     

氯盐环境下纤维编织网增强混凝土拉伸性能

通过拉伸试验研究了氯盐干湿、氯盐冻融循环和常规环境下纤维编织网层数、种类以及氯盐浓度和循环次数等因素对纤维编织网增强混凝土（纤维/混凝土）拉伸性能的影响。结果表明：三种环境下,增加纤维编织网层数均可提高纤维/混凝土的拉伸性能,且碳纤维编织网较玄武岩纤维编织网的增强作用更明显;氯盐浓度、干湿或冻融循环次数对纤维/混凝土拉伸极限荷载影响不明显;常规环境和氯盐干湿循环下,掺入短切聚乙烯醇（PVA）纤维和耐碱玻璃（AR-glass）纤维均可以提高纤维/混凝土的拉伸极限荷载;氯盐冻融循环下,掺入短切PVA纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载未有提高,而掺入短切AR-glass纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载增大。     

玻璃纤维芯-铅网增强橡胶复合材料动态性能

制备了具有不同结构和界面结合强度的玻璃纤维芯2铅网增强橡胶复合材料( GF- Pb/ R) , 并通过测试复合材料的力滞回线, 研究了其在3～20 Hz 时的动态性能。结果表明, GF- Pb 网增强结构可以同时提高橡胶的动态力学性能和阻尼性能, 其中GF-Pb 网垂向增强方式的性能改善效果明显, 当GF-Pb 网体积分数为4 %时, 其动刚度和损耗因子的提高率可分别达到49 %和25 %。GF- Pb/ R 复合材料阻尼性能是材料阻尼、界面微滑移阻尼、Pb 塑性变形阻尼等多种阻尼机制共同作用的结果。界面粘结强度显著影响了复合材料的力学性能和阻尼行为: GF-Pb/ R 刚度随界面结合强度的增大而提高; 损耗因子按照界面中等强度结合、强结合、弱结合的顺序递增。      

Prediction of the failure properties of short fiber reinforced composites with metal and polymer matrix

The statistical strength of short fiber reinforced composites such as metal matrix composites (MMCs) and polymer matrix composites (PMCs) with different fiber volume fractions is investigated in this work using combined cell models (CCM) and Weibull statistical approach. Statistical combined cell models (SCCM) have been developed, which were originally developed for fiber fracture in composites. This allows to calculate separately the two types of unit cells, i.e. unit cells with unbroken fibers, and with broken ones. The global mechanical behavior of metal or PMCs reinforced with randomly oriented short fibers (e.g., an Al/15 vol.% Al₂O₃ aluminium matrix composite and PMC with 20 or 30 vol.% glass-fibers) is calculated based on the rule of mixture. In all cases, predictions of the behavior by the SCCM are compared with experiments and they show good agreement.