应力氧化环境中3D C_f/SiC复合材料损伤演变

以裂纹的产生和扩展为线索,通过扫描电镜研究了疲劳氧化环境中3DCf/SiC复合材料损伤演变特征。结果表明:应力氧化环境中3DCf/SiC复合材料的损伤形式主要为:基体开裂,界面相脱粘和氧化以及纤维的氧化与断裂。基体开裂为氧化性气体与复合材料内部的界面相和纤维反应提供通道。界面相脱粘和氧化导致纤维伸长量增加,促使裂纹扩展。纤维氧化断裂和裂纹张开扩展相互促进,形成了裂纹扩展的动力。     

含初始脱粘缺陷复合材料加筋壁板渐进压溃过程的数值模拟

建立了预测含初始脱粘缺陷复合材料加筋壁板渐进压溃响应的数值分析模型。该模型综合考虑了复合材料层合板的纤维失效、基体失效和纤维-基体剪切失效三种典型的面内损伤模式,并通过编写用户自定义材料子程序VUMAT实现面内失效类型的判断和相应材料性能的折减;在壁板和筋条连接界面应用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算层间裂纹前缘的应变能释放率,并结合B-K混合模式准则控制缺陷的起裂以模拟脱粘的扩展演化过程;采用显式动力学方法准静态分析结构在压缩载荷下的屈曲、后屈曲直至最终压溃的响应过程。数值分析结果与文献试验、数值结果吻合良好,验证了模型的合理性和有效性,并详细研究了复合材料脱粘加筋壁板的损伤演化过程和渐进压溃行为。     

化学气相渗C／SiC材料结构与性能的研究

采用碳布层叠然后用化学气相渗方法制备了Ｃ／ＳｉＣ复合材料，这种材料纤维与基体间的界面是决策材料力学行为的重要因素，带有热解碳作为界面层的Ｃ／ＳｉＣ材料，在断裂进表现出大范围的脱粘，纤维与周围的基体不同发生断裂，有大量的纤维拨出，断口类似毛刷，无界央层材料表现为脆性平面断口，裂纹直接通过纤维和基体向前扩展，没有发生脱粘。     

碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤及声发射特征分析

针对碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤问题,基于声发射技术分析不同损伤阶段的声发射信号特征。根据加载过程中时间–载荷曲线以及试样破坏断面微观形貌,将损伤过程分为三个阶段:初始损伤阶段主要产生少量基体开裂与纤维–基体界面脱粘,裂纹迅速扩展阶段开始产生纤维剪断以及失稳变形,平稳损伤阶段主要产生失稳变形以及分层裂纹扩展。结合声发射信号的振幅、振铃计数研究损伤过程,并基于小波变换进行损伤信号的时频分析,发现不同损伤类型可通过声发射振幅及频率特征有效识别。     

平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的力学性能及损伤演化

通过平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的拉伸、压缩和剪切的单向与循环加–卸载实验,分别研究了材料在拉伸载荷、压缩载荷和剪切载荷作用下的力学性能和损伤演化过程。结果表明:在压缩载荷作用下,材料的压缩性能下降很小,基体开裂,纤维界面脱粘和纤维束断裂为主要的失效机理;材料在拉伸和剪切载荷作用下,损伤演化过程有所区别。材料拉伸损伤演化经历损伤初始阶段、损伤加速阶段和损伤减缓阶段,为韧性断裂,损伤破坏主要表现为:基体开裂、横向纤维束开裂,界面层脱粘、层间剥离和纤维断裂;在剪切载荷作用下,经历损伤加速阶段和损伤减缓阶段,基体开裂、界面层脱粘和纤维断裂为主要的损伤机理,试样最后在最窄截面位置形成平断面。基于实验研究结果,采用回归分析方法,分别给出了材料在拉伸载荷和剪切载荷作用下损伤演化方程式。     

原位拉伸扫描电镜法研究GA P推进剂的损伤行为

采用原位拉伸扫描电镜研究了GAP推进剂的损伤演化过程,并结合数字图像技术和分形维数的方法对裂纹演化进行了定量分析。结果表明,GAP推进剂在拉伸过程中的破坏首先发生在大粒径的AP颗粒集中分布区域,紧邻AP颗粒间少量的黏合剂基体断裂及脱粘;然后再到分散分布区域的AP颗粒及其附近位置处与黏合剂基体的脱粘;拉伸前期裂纹增加较为迅速,其后缓慢增加直到推进剂整体断裂;拉伸速率越慢,拉伸前期裂纹增加越快,且整个拉伸过程损伤程度越大;其中,拉伸速率为0.05 mm/min的拉伸过程损伤程度最为显著。     

交变载荷作用下纤维增强密封复合材料界面脱黏研究

界面脱黏是纤维增强密封复合材料界面破坏的主要表现形式,其可视为一种特殊的裂纹扩展。本文基于剪滞模型研究了纤维增强密封复合材料中纤维和基体界面在交变载荷作用下的裂纹扩展规律。在考虑疲劳加载引起的脱黏界面损伤和损伤分布不均匀性以及材料泊松比影响的基础上,建立了等效Paris公式,得到了疲劳裂纹扩展长度、扩展速率、界面上摩擦系数和加载次数之间的关系。     

无纺布增强碳纤维层合板Ⅰ型层间断裂韧性研究

与传统的改善层合板层间断裂韧性的方法相比,无纺布层间增韧技术工艺措施更简便、应用对象更灵活,且兼具低成本优势。通过将PPS、PEI、PI三种无纺布加入碳纤维层合板中面层与未增韧试样对比,结果表明,PPS无纺布的加入对Ⅰ型层间断裂韧性能量释放率提高效果最为显著。并于试验中观察到了Ⅰ型加载下,该组试样裂纹尖端存在纤维桥联效应。结合SEM手段获取的层合板断面微观结构信息验证了短纤维无纺布中间层在基体中形成了三维交织的纤维网络,纤维的脱粘和拔出对分层裂纹起到了较好的阻碍作用,从而提升了层间断裂韧性。     

B_4C/2009Al复合材料的高周疲劳性能研究

本研究采用体积分数为17%的碳化硼颗粒(B_4C)增强2009Al复合材料,然后进行热挤压加工(挤压比为90∶1)。对复合材料室温下高周疲劳性能进行了测试,同时通过分析疲劳断口、观察微观结构深入研究其失效机理。在拉-压循环载荷条件下测试了B_4C/2009 Al复合材料的高周疲劳性能。B_4C/2009 Al复合材料的疲劳破坏机制为:微裂纹主要萌生于试样表面划痕和B_4C与Al之间界面的脱粘;微裂纹萌生后首先在基体中扩展,当微裂纹遇到B_4C颗粒时,裂纹发生偏折或者停止;随着微裂纹继续扩展,裂纹尖端塑性区变大,B_4C颗粒断裂和B_4C与基体界面的脱粘增多;最后,微裂纹不断扩展聚集造成了B_4C/2009 Al复合材料最终断裂。     

基于深度学习的平纹Cf/SiC复合材料原位拉伸损伤演化与断裂分析

为揭示平纹C_f/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_f/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于裂纹的三维可视化结果对材料损伤进行了定量表征。结果表明:平纹C_f/SiC复合材料的拉伸力学行为呈现非线性,拉伸过程中主要出现基体开裂、界面脱黏、纤维断裂及纤维拔出等损伤;初始缺陷易引起材料损伤,孔隙多的部位裂纹数量也多;纤维束外基体裂纹可扩展至纤维束内部,并发生裂纹偏转。基于深度学习的智能图像分割方法为定量评估陶瓷基复合材料损伤演化与失效机理提供了有效分析手段。     

含脱粘界面纤维增强复合材料应力传递的理论分析

取具有脱粘界面的连续纤维增强复合材料的特征体积单元为研究对象,在常规剪滞模型的基础上通过引入摩擦力概念,并考虑横向泊松效应及基体径向力作用的影响,得到了纤维、基体的轴向应力及界面剪应力沿纤维方向的解析表达式。结果表明:本文所用的改进剪滞模型能较准确地反映各相介质沿纤维方向的应力分布特征,特别是较清晰地描述了脱粘界面的应力渐变以及界面粘结与脱粘临界处出现的界面剪应力跳跃现象,取得了与有限元解较为一致的结果。     

基于SEM与数字图像相关方法的HTPB推进剂裂尖扩展过程分析

为了从细观角度获得端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂裂纹的扩展特性并分析裂纹的细观破坏机理,通过原位扫描电镜(SEM)对HTPB推进剂三点弯试验裂纹尖端损伤及扩展过程进行了观察,获得了不同变形阶段的裂纹扩展变形形貌,并采用数字图像相关方法分析了图片序列,获得了推进剂裂纹尖端变形场。结果表明,随着推进剂裂纹的不断张开,当挤压位移达到1mm时,裂尖附近应变极值为0.3474,固体颗粒出现脱湿现象,颗粒周边基体受到了较大的应变作用;当挤压位移为2.5mm时,应变极值达0.4168,颗粒和基体界面产生的微裂纹与主裂纹汇聚导致裂纹的扩展。数字图像相关方法和扫描电镜相结合,可用于推进剂在细观尺度下的变形场测量与裂尖扩展过程的破坏机理分析。     

复合材料及夹层结构阻尼特性初步研究

<正>1前言粘弹阻尼材料减震技术在防震、减震方面起着重要作用,相比复合材料的性能、结构的研究,纤维增强复合材料阻尼性能分析的研究进展比较缓慢。由于复合材料在航天、航空、水下潜艇、高速列车、能源等方面的应用,振动、冲击、噪声、疲劳等都急需材料的阻尼性能。纤维增强复合材料的阻尼机理不同于普通均质材料:(1)基体和纤维的粘弹性阻尼;(2)纤维/基体间的中间相阻尼;(3)复合材料微结构损伤(脱胶区、基体裂纹、断裂纤维)的滑     

纤维增强复合材料中桥联纤维对裂纹的阻裂机理

基于应力强度因子K叠加原理，在考虑纤维桥联和拔出两种主要增韧机理的前提下，建立了裂纹尖端附近桥联纤维对复合材料基体微裂纹扩展的阻滞作用的理论模型；从裂纹扩展、纤维桥联及纤维断裂拔出的实际破坏的物理过程出发，推导出桥联纤维对裂纹扩展阻滞效应的简单实用的解析计算公式；解析公式及算例计算结果表明：纤维的体积分数、纤维和基体界面间的摩擦力大小等对微裂纹扩展的阻滞作用具有明显的影响，纤维的体积分数及界面摩擦力越大，对微裂纹扩展的阻滞效应越好。     

纤维增强陶瓷基复合材料概述

连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一,以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。综述了纤维增韧陶瓷基复合材料的选材原则、主要的增韧机理、制备方法以及目前主要的界面改性方法。得到以下结论：纤维的选择必须满足工作环境的要求,纤维与基体之间要在热力学上相匹配;主要的增韧机理为载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出;复合材料的主要制备方法是热压法、CVI法和聚合物浸渍裂解法;目前最有效的界面改性方法是纤维表面涂层。用氧化物纤维作为增韧体,研究更加简单适用于大规模生产的制备方法,研究更加简单的涂层工艺是今后研究纤维增强陶瓷基复合材料的重点。     

一种单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹数量和位置的预测方法

正本发明公开了一种单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹数量和位置的预测方法,首先对单向碳化硅纤维增强钛基复合材料的基体沿长度方向划分为M个基体单元,分别确定各个基体单元在无损伤基体应力状态下、第一基体应力状态下、第二基体应力状态下各个基体单元单个循环的损伤量;然后计算单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹对应各     

纤维补强陶瓷

经过纤维补强后的陶瓷,因为强度和弹性模量都比较高,外加负荷大部传递到纤维上,其裂纹尖端应力也会被纤维和周围基体结合面所分散,就不会再扩展。因此,它不怕碰压,即使烧得通红扔在冰水中也毫无损伤,还可以象金属那样进行车、铣、磨、切、钻等加工。用碳纤维或石墨纤维补强硼酸盐玻璃或锂硅酸盐玻璃陶瓷复合材料的强度已经超过10000公斤/厘米~2,断裂功可达到3000焦耳/米~2。用于航天飞行器鼻锥部的纤维补强陶瓷能承     

CF/纳米SiO_2改性树脂复合材料界面性能研究

本文以纳米SiO2改性树脂作为树脂基体,以连续碳纤维作为增强体制备复合材料,研究了纳米SiO2掺入树脂中百分含量对树脂基体与增强体之间的界面性能的影响。通过对树脂基体与增强体纤维浸润性、微脱粘、层间剪切强度和扫描电子显微镜,对复合材料界面性能测试和表征。结果表明,随着纳米SiO2含量的增加,常温下,基体树脂和增强体纤维浸润性能下降,单丝纤维与树脂微球的界面剪切强度和复合材料单向板层间剪切强度在某一含量范围均有所提高。     

三维针刺CFRP复合材料的制备及显微结构研究

以三维针刺碳毡作为预制体,采用树脂浸渍-热压固化工艺快速制备了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)。通过光学和扫描电子显微镜观察了材料的显微结构,使用阿基米德方法测定材料的密度和气孔率,并利用压汞仪分析了材料的孔隙分布。结果表明,树脂浸渍-热压固化是一种理想的制备CFRP复合材料的方法,制备出的材料密度可达1.45 g/cm3,孔隙率仅为3%,且孔隙主要为由热应力引起的纤维束内贯穿裂纹和基体-纤维界面脱粘两类。     

平纹编织C/SiC复合材料的断裂韧性

采用紧凑拉伸试件进行循环加载,研究了化学气相渗透工艺制备的二维平纹编织碳布增强碳化硅(C/SiC)复合材料的断裂韧性.基于实验结果,应变能释放率可分为弹性应变能释放率和不可逆应变能释放率,分别分析了弹性应变能释放率和不可逆应变能释放率随裂纹扩展的变化规律.发现在裂纹扩展初始阶段,裂纹分叉引起不可逆应变能释放率远高于弹性应变能释放率.随裂纹进一步扩展,不可逆应变能释放率迅速下降;最终两部分能量释放率都达到相近的平稳值,且不可逆应变能释放率大于弹性应变能释放率.对试件断裂表面进行扫描电镜分析,发现在裂纹尖端区域基体主要是剪切损伤,纤维具有很长的拔出长度.