纤维增强复合材料的弹性应力分析

本文对受一平行于纤维轴向外加载荷的单纤维复合材料给出了弹性应力的剪套解,得到基体内轴向应力沿径向的分布,以及纤维轴向应力和界面剪切应力沿纤维长度上的分布,并讨论了纤维/基体弹性模量比对最大纤维轴向应力和最大界面剪切应力的影响,而且,还将该工作与前人的工作进行了比较,最后,该文还给出了多纤维复合材料的弹性应力解.     

电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

复合材料界面的应力传递及界面物质的作用

以光导纤维为模型纤维,利用激光干涉法测定了载荷作用下的玻璃纤维增强聚合物复合材料的纤维应力、材料成型时纤维预应力的产生过程及纤维应力随环境温度的变化。实验表明,纤维的应力随界面物质分子特征及界面层结构的不同而不同。其原因是在应力传递过程中,不同界面层具有不同的应力梯度及变形能力。在两相模型中,引入了应力传递系数 k。能形成韧性界面层的ESPCEG 及γ-UPMS 是较好的处理剂。     

力、热载荷作用下纤维在复合材料中的界面应力传递行为

采用三维光弹性实验应力分析和有限元计算两种方法,在拉拔载荷和热残余应力联合作用下,对单丝拔出树脂基复合材料三维冻结切片界面剪应力进行了研究。实验结果和计算表明,在单纤维与基体界面的埋入端及埋入末端附近出现界面残余剪应力的极值;力、热载荷作用下纤维界面剪应力呈抛物线分布,单丝埋入端附近是应力的主要传递区域,最先达到危险应力,出现界面脱胶破坏,然后剪应力沿纤维埋入长度由纤维埋入端附近向埋入末端逐渐传递;界面热残余应力对界面剪应力的影响是使纤维埋入末端应力集中程度降低,使界面剪应力最大值增大。      

界面相性态对纤维增强复合材料内应力传递的影响

本文用有限元方法,计算分析了办面相性态对纤维增强复合材料内纤维与机体的界面间应力传递的影响。分析结果表明,界面刚度系数是纤维增强复合材料内纤维与机体的界面间应力传递的主要影响因素。     

氧化铝短纤维增强铝合金复合材料界面的研究

本文在浸渗法制备复合材料的基础上,研究了氧化铝短纤维增强铝合金复合材料的界面.研究结果表明,在复合材料中,纤维与基体之间存在明显的界面层,合金元素通过适当的化学反应可改善浸润状况,有利于纤维与基体的结合.试样断口分析还表明,复合材料的界面结合状况良好,可传递足够的载荷到纤维上,发挥其增强作用.     

纤维增强复合材料中纤维的界面分离

提出了一种解析模型来预测由纤维剥离导致断裂时纤维增强复合材料的极限抗拉强度。解析分析是基于在出现纤维－基质界面处的破裂时断裂力学中的顺从方法。在下面假设的基础上建立模型：基质与纤维都表现弹性，且远离基质－纤维界面的区域处的基质应变等于复合材料应变。此外，假定纤维与基质间存在完全粘合且断面是无附着的。证明了对于存在或不存在界面破裂的情况，可获得纤维增强复合材料的分离应变能量释放率，提供了数值例子，且     

湿热环境对碳纳米管复合材料界面应力传递的影响

基于碳纳米管的热膨胀系数及弹性模量分别为温度变化的函数,基体的热、湿膨胀系数及弹性模量分别为温度变化和湿度变化的函数,应用连续介质力学的经典弹性壳理论及传统纤维拉拔模型,分析了湿热环境对碳纳米管复合材料界面应力传递的影响.数值计算表明,湿度、温度的效应及碳纳米管的层数等参数对界面应力的传递均有显著影响.     

单纤维界面强度光弹性实验和理论研究

利用光弹性实验和有限元计算两种方法对单丝拔出复合材料模型的界面剪应力进行了研究。从计算和实验两个方面证明,当在纤维自由端施加一轴向拉力后,在单丝与基体界面的埋入端附近将出现剪应力的最大值。然后,沿着单丝的埋入方向,剪应力迅速降低,在界面区的中间趋于最小值,并且基本稳定不变。由此证明,单丝增强复合材料中界面的应力传递主要集中在单丝的埋入端附近,并且在这一区域最先达到危险应力,发生界面的脱胶破坏,引起整个试件的失效。     

涂层对复合材料残余应力的影响

由于复合材料组分的热物理性能不同引起的残余应力是影响复合材料性能的一个重要因素,有必要对其进行认真的研究.本文利用热弹性力学值解,提出了在单向纤维增强复合材料体系中,纤维表面附着涂层的复合材料残余应力的分析模型.     

Al2O3f／Al复合材料的超声特性

测定了体积含量Ｖｆ不同（５．４，９．１和１３．６％）的Ａｌ２Ｏ３短纤维增强的铝基复合材料的纵波声速，横波声速和密度，并由此得出它们的切变模量μ和杨氏模量Ｅ，结果发现，随Ｖｆ增加，纵波声速减小，横波声速增加，与纯铝相比，μ和Ｅ均明显增大，还给出纵波超声声速和超声衰减在１００～３００Ｋ温区内的温度响应曲线。     

碳纤维复合材料界面性能研究

复合材料的界面问题具有其自身的特殊性、复杂性和重要性, 它不仅与材料的工艺有关, 而且也显著影响着复合材料的损伤和破坏过程。本文采用激光喇曼光谱技术测量了碳纤维复合材料内纤维单丝的微变形, 研究了应力传递机理及剪应力的分布。实验结果显示拉伸应变小于0. 8% 时, 纤维内的应变与端部的拉伸应变成线性关系。      

加载情况下SiCW/Al 复合材料中基体的实际承载系数

根据剪滞后模型及复合材料中晶须的实际分布状况, 分析了基体的承载系数。结合X 射线应力测量原理,建立出基体承载系数的X 射线应力测量方法。计算表明, 压铸态及挤压态SiCW 体积分数为20% 的6061A l 复合材料中基体的承载系数分别为0. 783 及0. 569。试验证实, 两种复合材料基体承载系数分别为0. 742 及0. 557。试验结果与理论计算基本吻合。      

Al—Al2O3—玻璃复合材料的制备与性能

采用无压烧结工艺，制备了Ａｌ－Ａｌ２Ｏ３－玻璃复合材料。研究了Ａｌ－玻璃，Ａｌ２Ｏ３－玻璃的润湿性。发现玻璃能促进Ａｌ与Ａｌ２Ｏ３结合；Ａｌ－Ａｌ２ｏ３－玻璃复合材料具有良好的强度和耐磨损性能。     

颗粒增强钛基复合材料界面碳浓度分布研究

本文研究了TiC颗粒增强钛基复合材料的界面反应,发现围绕TiC颗粒周围的界面层是非化学计量比.同时也讨论了反应层宽度与加热温度之间的关系.     

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。     

三维编织碳纤维/环氧复合材料的吸湿特性及外应力的影响

采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C_3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C_3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。 结果表明,与环氧树脂不同,C_3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C_3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。