碳纳米管增强聚合物复合材料的界面脱黏及应力分布

碳纳米管和复合材料基体间的界面力学行为是影响复合材料宏观力学性能的重要因素,为此本文利用有限单元法对单壁碳纳米管增强聚合物复合材料的界面脱黏、切应力分布及拔出载荷进行了数值模拟。建立了一个轴对称三圆柱壳模型,引入ABAQUS中的Cohesive单元模拟了单壁碳纳米管和聚合物基体之间的界面层,分析了单壁碳纳米管的长细比、界面强度以及热残余应力等因素对碳纳米管与聚合物基体间的界面切应力以及拔出载荷的影响。模拟结果表明：当单壁碳纳米管的长度变化为50~100 nm、与基体之间的界面强度为50~100 MPa、环境温度变化为100℃ 时,碳纳米管的长细比、界面强度以及由于热失配所引起的残余应力对单壁碳纳米管与聚合物基体间的界面切应力以及拔出载荷有着显著的影响。     

储能飞轮的压应力增强技术研究

通过理论计算,研究了采用在飞轮上预制残余应力的方法提高飞轮储能能力的可行性,并采用局部不均匀冷却温度场技术,有效地改变了飞轮中的应力分布状态,提高了飞轮的储能能力。     

确定均质化法中精确周期性边界条件的新解法及其在复合材料刚度预测中的应用

通过引进新的特征函数,提出一种新的求解方法,将均质化法中计算特征函数的非奇次积分方程转化为奇次积分方程,得到具有精确的周期性边界条件的均质化方法。利用该方法预测孔洞材料、短纤维增强复合材料刚度的变化,所得结果与用经典方法得到的结果进行比较,验证该方法的可靠性。对于短纤维增强复合材料,分析纤维排列方式对刚度的影响,这是经典的Halpin—Tsai法和Mori—Tanaka法无法预测的,因而文中的方法具有更高的精确度和更广的适应性。     

碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展

综述了碳纳米管增强铜基复合材料的预处理和制备方法,探讨了复合材料的组织、力学性能与摩擦学性能、电学性能和热学性能;最后指出了碳纳米管增强铜基复合材料今后的研究方向。     

碳纤维增强复合材料应力检测方法对比研究

碳纤维增强复合材料在制备加工过程中,会在外力影响下出现分层、断裂等情况,这是应力状态对材料自身的影响。文章结合实验案例,对适用于碳纤维增强复合材料的3种应力检测方法进行研究。结果表明,拉曼光谱法和电阻法更适用于实验室的应力检测,光纤光栅法更适用于工程化的产品检测。     

碳纳米管增强铝基复合材料的研究进展

介绍了碳纳米管增强铝基复合材料的研究现状,通过对比不同制备工艺以及碳纳米管增强铝基复合材料的抗拉强度、硬度、伸长率等力学性能,总结了粉末冶金法、高能球磨法、热喷涂法以及其它新技术的优缺点,同时阐述了复合材料制备过程中存在的问题及解决方法;此外还介绍了碳纳米管的强化机制;最后讨论了碳纳米管增强铝基复合材料未来的发展方向和研究重点。     

弹性损伤中应变局部化现象的非局部力学模型及其数值模拟

利用非局部应力测度,建立一种新的非局部损伤模型。首先,提出一个以应变与损伤参量为非局部独立变量的自由能泛函,并由热力学定律,推导非局部弹性损伤本构方程及损伤演化方程。然后,通过二次线性化的方法,建立一个描述损伤演化的一维线性非局部弹性模型,给出支配方程。在此模型的基础上,采用Gauss函数形式的非局部核对损伤过程中的应变局部化现象进行数值模拟,得到一些有价值的结果。     

碳纳米管直径对丁腈橡胶复合材料性能影响的分子模拟

利用分子动力学模拟研究碳纳米管(CNTs)直径改变时对丁腈橡胶(NBR)基体力学及摩擦学性能的影响。采用恒应变法考察不同复合材料模型的力学性能,结果表明复合材料力学性能随着NBR基体中CNTs直径增大呈现先增加后减小的趋势。剪切模拟结果表明,剪切后复合材料基体中分子链发生了不同程度的断裂,出现了聚合物分子链向摩擦界面聚集的现象,其中较大直径CNTs增强NBR复合材料中分子链相对完整连续,摩擦学性能改善效果更好。较大直径CNTs对NBR基体具有显著的增强效果,限制了NBR分子链的活动能力,更多的分子链聚集在CNTs周围,复合材料体系致密性及稳定性提高,从而改善了CNTs/NBR复合材料力学及摩擦学性能。其中直径(6,6)CNTs增强NBR复合材料具有更高的剪切模量,力学性能优异,表现出了更好的摩擦磨损性能。     

弹性损伤中应变局部化现象的非局部力学模型及其数值模

利用非局部应力测度,建立一种新的非局部损伤模型.首先,提出一个以应变与损伤参量为非局部独立变量的自由能泛函,并由热力学定律,推导非局部弹性损伤本构方程及损伤演化方程.然后,通过二次线性化的方法,建立一个描述损伤演化的一维线性非局部弹性模型,给出支配方程.在此模型的基础上,采用Gauss函数形式的非局部核对损伤过程中的应变局部化现象进行数值模拟,得到一些有价值的结果.     

晶须与颗粒混合增强陶瓷基复合材料的相平均应力及微区应力分布特征分析

采用三维有限元法在MSC-MARC软件中模拟不同性质的晶须和颗粒混合增强陶瓷基复合材料时微区应力分布特征,并计算增强相及基体平均应力。结合Eshelby夹杂理论和Mori-Tanaka方法推导增强相及基体的平均应力的理论公式,将两种方法所得的结果进行比较。结果表明,理论模型与有限元法得到的各相平均应力非常吻合,不同形状的增强相分担的应力差异很大,晶须增强相能够分担大部分的平均应力,对降低基体应力、提高多相混合增强陶瓷基复合材料的强度起主要作用。数值模拟结果同时给出微区应力场分布特征,显示晶须位置变化和晶须弹性模量变化对微区应力分布均有一定影响,有利于对多相增强复合材料进行失效分析。颗粒增强相具有调节晶须分布位置,有效改善微区应力分布特征的作用。     

颗粒增强复合材料有效弹性模量的预报

用细观力学的方法对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行研究,把材料简化为三相模型,陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Mori-Tanaka法建立二相胞元的刚度预报模型.结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有5个独立的弹性常数.据二相胞元方位的随机性,由应力应变换轴公式和物理方程确定复合材料的平均应变,进而得到复合材料的等效弹性模量和等效泊松比以及等效刚度模量的理论计算公式,并通过对所建模型的分析,确定各参量与陶瓷颗粒含量之间的关系.     

环芯法测量深度方向上的残余应力分布

叙述了环芯法采用逐层铣槽方式测量残科应力的应力应变关系，并讨论了积分法和应变增量法两种方法测量主应力的误差问题。     

某型坦克齿轮接触疲劳强度可靠性的Monte Carlo数值模拟

利用MonteCarlo技术与X^2检验,模拟和检验某型坦克传动箱主动齿轮接触应力与接触疲劳强度分布规律,表明接触应力服从正态分布,接触疲劳强度服从三参数威布尔分布。基于应力、强度分布规律的模拟结果,进一步由Monte Carlo方法模拟得到齿轮接触疲劳可靠度在0．99以上。Monte Carlo模拟计算精度取决于模拟次数,当模拟次数达到10^4时,可靠度的模拟误差小于10^-3。对随机参数的敏感性分析表明,影响接触疲劳可靠度的最主要的参数是节点区域系数ZH和材料的疲劳极限应力σHlim。提高齿轮加工精度和选用疲劳极限应力σHlim。较高的材料都会有利于提高坦克传动箱主动齿轮的接触疲劳可靠性。     

模拟板带轧制三维变形的流面条元法

提出模拟板带轧制过程三维变形的一种新的数值方法——流面条元法。沿着金属的流动轨迹,将变形区划分为若干流面(曲面)条元,为方便分析和计算,又将其映射为平面条元。横向位移和高向位移的纵向分布被分别构造为四次曲线和二次曲线,其横向分布均用三次样条插值函数表示,高向分布均用二次曲线拟合。根据塑性力学流动理论,分析推导了变形区三维变形和应力的数学模型。与曾经提出的流线条元法相比,考虑了应力与变形沿高向的不均匀分布,实现了精确的三维分析和计算。仿真实例表明,该方法和模型符合实际,为板带轧制过程的三维力学仿真提供了一个新的实用工程数值方法。     

MODELING AND OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS FOR DELAMINATION IN DRILLING GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC (GFRP) COMPOSITES

Glass fiber-reinforced composite materials are used in varieties of applications due to their excellent properties. Drilling is an indispensable process for this kind of materials. Delamination due to drilling is an important concern and is to be reduced. In the present work, drilling tests were carried out on computer numeric control (CNC) drilling machine. The parameters considered for the drilling investigations were spindle speed, feed rate and diameter of the drill bits. Multiple regression analysis is used for the modeling of process parameters in drilling of GFRP composites. Taguchi's S/N ratio analysis and desirability-based approach are used for the optimization of process parameters for studying the delamination in drilling of GFRP composites. The results revealed that the factor feed rate and drill diameter are the most influential parameters which affects the delamination in drilling of GFRP composites. The interaction between the parameters also affects the delamination in drilling of GFRP composites.     

基于多重打靶技术的连续法求解非线性自治系统的周期解

提出用基于多重打靶技术的地法注解非线性自治系统的周期解,论述了求解的基本原理,基中对基于多重打靶技术Ｎｅｗｔｏｎ迭代格式进行了特殊处理,将自治系统的待定周期作为初始向量的一个分量,通过多重打靶迭代求出。对Ｖａｎｄｅｒｐｏｌ方程和二自由度耦合激振动进行了计算,计算结果与Ｌａｕ等人用量增量谐波平衡法所得的结果完全吻合。     

恒幅和单峰超载疲劳裂纹尖端区域残余应力场的数值模拟

采用弹塑性有限元方法,对恒幅及不同超载比的单峰超载作用下的裂纹扩展进行有限元模拟.通过模拟得到的裂纹扩展过程中裂尖塑性区及应力(残余应力)场分析产生裂纹闭合的原因以及对裂纹扩展的影响.结果表明,从残余应力角度分析裂纹扩展是可行的,为建立基于残余应力的裂纹扩展模型提供分析基础.