晶须排列方式对复合材料力学性能的影响

应用二维平面模型和有限元分析方法研究了晶须在不同取向角单向排列和随机排列时对晶须增强树脂基复合材料应力应变和弹性性能的影响.结果表明:在晶须体积分数和外加应力相同的条件下,取向角θ的变化对应力应变集中系数有较大影响;晶须随机排列时,应力集中系数远大于单向排列时的应力集中系数,而应变集中系数同θ=30°时的系数接近;复合材料弹性模量随晶须取向角的增加而减小,当晶须取向角θ>45°时,弹性模量受晶须取向角的影响较小,晶须随机排列时的弹性模量值介于θ=30°和θ=45°的弹性模量值之间.     

晶须长径比对树脂基复合材料力学行为影响的数值模拟

在单向晶须增强树脂基复合材料的轴对称模型和已有研究成果基础上,利用有限元分析方法,研究该类复合材料中晶须长径比的变化对材料整体力学行为的影响.结果表明:晶须长径比对晶须应力作用明显大于对基体的影响;晶须的长径比h/r≤30时,随着晶须长径比的增大,发生在晶须端部处的集中应力急剧增加;但当长径比h/r＞30时,长径比的进一步增加对集中应力影响不大;随着晶须长径比的增大,界面剪切应力减小,分布曲线下移;但当长径比h/r＞30时,长径比的进一步增加对剪切应力影响不大;随着晶须长径比的增加,复合材料的拉伸强度逐渐增大.     

SiC晶须砂轮的晶须定向及切割性能的初步研究

SiC晶须因其具有高强度、高弹性模量、高耐磨性及好的相容性等优良的机械与物理化学特性,广泛地用作金属、陶瓷、聚合物及复合材料的增强增韧材料.然而把SiC晶须作为磨粒来制作砂轮,国内外对此研究较少.本文采用了紫外光固化快速成型技术制作超薄型晶须砂轮,研究了静电场的作用对晶须定向排列的影响.此外,本文还进行了光固化树脂结合剂晶须砂轮的切割试验.初步的切割试验表明,SiC晶须砂轮可以实现对玻璃和硅片等不同材料的切割.     

光固化树脂结合剂SiC晶须砂轮初探

SiC晶须因其具有高强度、高弹性模量、高耐磨性及好的相容性等优良的机械与物理化学特性,广泛地用作金属、陶瓷、聚合物及复合材料的增强增韧材料。然而把SiC晶须作为磨粒来制作砂轮,国内外对此研究较少。本文采用了紫外光固化快速成型技术制作超薄型晶须砂轮,研究了紫外光辐照度的变化对晶须砂轮强度产生的影响,以及静电场的作用对晶须定向排列的影响。此外,本文还进行了光固化树脂结合剂晶须砂轮的切割试验。拉伸试验表明,随着紫外光辐照亮的增强,试件的拉伸强度和抗弯曲强度得到了不同程度的提高;初步的切割试验表明,SiC晶须砂轮可以实现对玻璃和硅片等不同材料的切割。     

碳酸钙增强树脂基复合材料的摩擦磨损性能

以具有强度高、模量高、耐热与隔热性好等优良特性的碳酸钙晶须为增强体,采用热压成型工艺制备出晶须增强树脂基制动材料,采用JF150D-Ⅱ型定速摩擦试验机研究了碳酸钙晶须的含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,碳酸钙晶须含量在20%左右时,试样的摩擦系数为0.41,磨损率为0.36,具有较好的摩擦磨损性能;对碳酸钙晶须进行适当偶联处理后,能有效地改善复合材料的摩擦性能。     

纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织与力学性能

采用真空烧结法制备了纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料,用XRD、FESEM、EDS、万能试验机及维氏硬度仪等手段研究了纳米SiC晶须对复合材料显微组织和抗弯强度及断裂韧度的影响。结果表明:复合材料的显微组织具有典型的芯-壳结构,主要由黑色的硬质核心相,灰色的环形相,灰白色的粘结相以及部分分布于外环形相/粘结相界面、部分弥散分布于粘结相中的白色增强相组成;随着纳米SiC晶须添加量的增加,粘结相的体积分数减小,增强相的体积分数增大;与未添加晶须的金属陶瓷相比,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均有显著提高,当纳米SiC晶须的体积分数为7.5%时,复合材料的力学性能最佳,抗弯强度为2 346 MPa,断裂韧度为16.82 MPa·m~(1/2)。     

界面结合状态对晶须树脂基复合材料力学行为的影响

采用有限元法对晶须增强树脂基复合材料的应力/应变场,随界面结合状况的变化进行探讨.结果表明,界面结合力越强晶须端面应力集中现象越明显;界面结合完好时,晶须上承受的轴向应力较大,界面结合较弱时,晶须上承受的轴向应力明显减小,基体上承受的轴向应力受界面结合状况的影响不明显;当界面结合增强时,晶须上承受的界面剪切应力变大.     

SiC和WS2颗粒协同改性铜/聚酰亚胺树脂基复合材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金法制备了总质量分数为20％SiC与WS2的铜/聚酰亚胺树脂基复合材料,WS2和SiC质量比分别为1:3,3:5,1:1,5:3,3:1,研究了固体润滑剂WS2与增强相SiC质量比对复合材料微观形貌和摩擦磨损性能的影响.结果表明:当WS2与SiC质量比为3:5时,复合材料中开始形成以WS2颗粒为核、SiC颗粒...     

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。     

双向载荷对SiC颗粒增强铝基复合材料变形行为的影响

利用有限元方法研究了单轴和双轴拉伸条件下,SiC颗粒增强铝基复合材料的变形行为,分析了SiC颗粒体积百分比和双向载荷比,对复合材料宏观力学性质的影响.结果表明,对同一颗粒体积比而言,复合材料的宏观等效应力应变曲线随三轴应力约束的增加而降低;与单轴加载不同,在双轴加载条件下,即使SiC颗粒的体积比很小,其增强效果也很明显.     

Whisker probes

A new technology for preparation of AFM probes based on whiskers is proposed. The technology posseses significant advantages to the whisker probes over standard ones as related to the shapes of the probes, as well as to the properties of the cantilevers on which the whiskers are grown.     

基于触须传感器的距离测量研究

提出了一种运用触须传感器进行距离测量的新方法。将触须看作一弹性梁,根据经典材料力学建立其力学模型,推导出测量接触距离的理论公式。触须通过移动或绕其根部转动来触碰物体,记录根部的位移或转角以及离根部一定距离处的偏移量,再根据所推导的公式,就可以算出触须根部到接触点之间的距离。最后运用ANSYS/LS-DYNA进行触须触碰物体仿真实验,验证该方法的可行性和有效性。     

锡晶须形成的影响因素研究

用电镀方法制备锡锰合金镀层,用扫描电镜观察其表面自然生长的晶须,分析基体表面粗糙度、搅拌、电流密度参数等对晶须生长的影响。结果表明,增大电流密度可提高晶须密度,这与镀层结晶组织密切相关。     

A Technique for Weighing a Single Whisker

ABSTRACT

Due to the extremely fine size of inorganic whiskers, it is very difficult to determine the mass or density of a single whisker or its fragment. Patashnick and Hemenway [1] described an oscillating fiber microbalance (and the basic theory involved) for the determination of particulate masses in the 10^?5 to 10^?11 g range. This communication reports a simplified version of the apparatus and the procedure used in our laboratories to determine the mass and density of fragments of single whiskers of α-A1₂O₃, platinum, graphite, and boron carbide.     

Sliding Wear of an Al Alloy SiC Whisker Composite

The tribological properties of a well-studied powder metallurgy metal-matrix composite, i.e., 20 volume percent SiC whiskers in 2124-T6 Al alloy matrix, were measured for the three principal orthogonal orientations under dry and lubricated sliding contacts. The sliding wear mechanisms were identified through analyses of wear tracks and subsurface microstructure by scanning and transmission electron microscopy techniques. The results for sliding wear of this 2124 Al-SiC whisker composite indicate a much higher wear when dry than when lubricated, and a strong wear anistropy, which is correlated with the ureal fraction of SiC whiskers on the wear plane. SEM and TEM analyses show direct evidence of adhesive wear through plastic deformation for dry sliding and abrasive wear through plowing and polishing for lubricated sliding.     

基于PSD的机器人触须传感器系统

提出了一种新型机器人触须传感器.它基于啮齿类动物触须的工作机制,以PSD为敏感元件,测量触须接触物体时根部产生的微小位移量.在PSD信号处理上,提出了以软件算法代替信号调理电路中的四则运算部分,有效地提高了系统的精度和稳定性.实验结果表明:触须根部位移量的大小与接触物的距离成反比,而两者的方向角越小位移量变化就越快,由此可以获得接触物的位置信息.     

基于触须传感器的移动机器人系统设计

设计了以PIC16F877为控制芯片、触须传感器为感知元件的移动机器人。利用仿生触须感知外部未知环境获得相关环境信息,再通过路径规划做出决策,实现移动机器人自主导航运动。另外,借助无线通信将机器人的运动参数和采样信号传送至PC机,完成对移动机器人的采样监测和控制分析。最后,进行了远程操控和自主避障实验。     

晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛模拟

建立了晶须增韧陶瓷刀具材料的微观组织蒙特卡洛波茨模拟模型,模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料的微观组织演变过程,分析了晶须分布状态、体积含量对微观组织演变行为的影响。结果表明:当晶须体积含量、长度及直径一定时,呈三方向分布的晶须对基体晶粒生长的抑制作用最强,两方向分布的晶须次之,单方向分布的晶须对基体晶粒的抑制作用最弱;当晶须长度和直径一定时,晶须对基体晶粒生长的抑制作用随着晶须体积含量的增加而增强。