金属基复合材料疲劳寿命细观预测

本文以细观力学的平均场理论为基础,利用增量方法分析了金属基复合材料的疲劳性能,在每个增量过程把基体看作各向异性弹性材料来处理。首先利用数值方法求得了任意椭球夹杂在各向异性基体中的Eshelby张量,然后利用Mori-Tanaka平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系。应用上述方法和基体的塑性混合强化模型及基体的疲劳寿命关系,本文分析了SiC/Al金属基复合材料的疲劳性能与微观结构的联系,并对复合材料的低周疲劳寿命进行预测。分析和预测结果和文献的实验相符合。      

含拼接铺层碳纤维增强树脂复合材料拉伸破坏机制

对于尺寸较大或形状复杂的结构,通常需要在纤维增强树脂（FRP）复合材料内部对铺层进行拼接处理。铺层拼接会在材料内部引起复杂的应力分布,具有突出的安全隐患。以同一位置处出现不同层数铺层拼接的单向碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料为研究对象,重点分析了铺层拼接对材料拉伸力学性能的影响机制。通过拉伸实验,测试了拼接对其力学强度的影响;用相机记录了破坏过程,并结合数字图像相关技术（DIC）对拼接位置附近的应变场进行了监测。利用有限元模型（FEM）模拟和分析结构的破坏机制,采用3D-Hashin准则和渐进损伤模型对CFRP复合材料铺层进行模拟;采用内聚力模型对胶层失效行为进行描述。实验结果表明,拼接结构的引入大幅降低了材料的抗拉强度。FEM模拟与实验测试结果吻合度高,说明了模型的有效性。综合实验结果和模拟分析得到,铺层拼接处产生应力集中,造成被拼接的两部分分离并伴随拼接铺层和连续铺层的层间剪切破坏;层间破坏发生后,拉伸载荷完全由连续铺层承载。因此,材料的最终承载能力由材料中连续铺层数决定。      

铺层混杂对复合材料层压板侵彻性能的影响

本文利用MTS和冲击侵彻测试装置，研究了由芳香族聚酰胺纤维、高强聚乙烯醇纤维制成的织物通过不同铺层方式与酚醛/PVB树脂复合的层压板的准静态和冲击侵彻性能。结果表明，芳香族聚酰胺织物层的加入能显著提高高强维纶织物树脂复合材料层压板的准静态侵彻刚度。随着芳纶混杂体积分数的提高，铺层混杂复合材料层压板的准静态侵彻阻力、穿孔能量（或单位面密度穿孔能量）将随之增加。从防护装具性能/重量比和性能/价格比的角度考虑，在芳香族聚酰胺与高强聚乙烯醇织物铺层混杂复合材料层压板中，高强聚乙烯醇纤维混杂体积分数可以确定为20%左右。     

基于轻量化目标的发射箱纤维增强材料铺层设计

目的以某型发射箱复合材料箱体为对象,探讨复合材料箱体的纤维增强材料铺层设计方法。方法以箱体质量为控制为目标,运用复合材料层合板力学理论结合有限元分析方法进行纤维增强材料铺层计算。结果将纤维的体积分数控制在43.6%,箱体玻璃纤维布铺层总数量为10层,可实现箱体的质量控制目标为(23±1)kg。结论获得的纤维增强材料铺层方式可有效保证箱体的质量一致性和尺寸控制要求。     

混杂复合材料非对称铺层结构性能研究EI北大核心

混杂复合材料是两种或两种以上不同基体或增强材料组成的复合材料。混杂复合材料因选用了不同的材料,在性能上常有互补性。通过研究典型基体材料和典型增强材料组成的混杂复合材料,和混杂复合材料的非对称铺层特性,形成混杂复合材料非对称铺层制件。在单一材料性能基础上,主要研究典型混杂复合材料的性能,混杂复合材料非对称铺层结构的性能。     

二维编织碳纤维增强树脂复合材料一步法铺层展开

二维编织碳纤维增强树脂复合材料的铺层展开质量对铺覆过程和产品质量有直接且显著的影响。本文针对二维编织碳纤维增强树脂复合材料铺层展开问题进行了研究,建立复合材料材料、随体和全局坐标系,并基于连续介质理论根据坐标系间的转换关系构建了非正交各向异性本构模型;完成了二维编织碳纤维增强树脂复合材料力学性能试验,包括测量复合材料拉伸性能的单向拉伸试验和测量剪切性能的镜框剪切试验;开发了二维编织碳纤维增强树脂复合材料一步法铺层展开算法并基于FORTRAN语言编写了自主可控的一步法铺层展开求解器。计算了口盖零件展开构型,展开构型轮廓线与实验结果分布趋势相同且最大误差仅为5.0 mm,相对误差仅为1.9%;剪切角计算结果与实验分布趋势一致且最大误差仅为4°,验证了一步法铺层展开算法和求解器的有效性。     

纤维增强复合材料弹塑性性能的细观研究

基于Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夹杂理论,建立弹性阶段基体和纤维平均应力之间的桥联矩阵,导出了该矩阵各元素的显式。鉴于工程实际材料对柔度矩阵对称性的要求并考虑组分材料物理性能和细观几何特征等因素的影响,对所导出的桥联矩阵进行合理简化。引入与基体等效塑性应变相关联的修正参数,以此确定纤维和基体中应力分配。数值结果表明,本文中建立的复合材料非线性理论模型与实验结果吻合较好。      

纤维复合材料粘弹性动态性能的细观力学分析

建立了纤维增强复合材料粘弹性动态性能的细观力学模型.首先建立了树脂基体相各向同性的粘弹性模型,模型参数由纯树脂基体材料的蠕变试验获取,在此基础上分别建立了针对单向和正交铺层复合材料的横观各相同性、正交各相异性的细观粘弹性模型.对单向、正交铺层复合材料进行了静态和动态试验,分别通过试验和上述理论模型得到了其阻尼比、动态储存模量、损耗模量和损耗因子,理论预测与试验结果吻合.     

纤维增强高分子聚合物基复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力-应变场.对旋转体和非旋转体纤维增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算.分析了纤维的排列分布和纤维的几何形状对有效模量的影响.数值结果表明,轴向杨氏模量对细观结构不敏感,而纤维的形状排列方式对横观有效性能影响是显着的.      

复合材料层合板的铺层几何对结构声传输的影响

采用基于复合材料一阶剪切理论－Mindilin理论的板单元和基于Rayleigh表面分方程的边界元,对嵌在无限障板上的复合材料层合板在低频简谐平面声波斜入射情况下,建立了考虑流体结构耦合的传声计算模型,并利用该模型计算研究了对称角铺设、反对称角铺设和正交铺设等不同铺设方式对层合板传声损失的影响以及在板侧流体介质分别为空气和水时层合板的传声特性,指出层合板的铺层几何对其传声损失有较大影响,应在设计中引起注意。     

颗粒增强金属基复合材料的干摩擦性能与磨损机理

颗粒增强金属基复合材料(PMMC5)具有优良的耐磨性，在摩擦磨损领域有着广阔的应用前景。本文评述了近年来关于PMMCs干摩擦磨损行为的研究结果，从材料因素和外部条件两个角度分析了各种因素对材料耐磨性、摩擦系数和配偶件磨损的影响，总结了不同条件下复合材料的磨损机制，并提出了设计摩擦磨损性能优良的PMMCs体系的可能途径。     

Mechanical Properties and Strain Hardening Behavior of Few-Layered Graphene Nanosheets-Reinforced Powder Metallurgy Nickel-Based Superalloy Metal Matrix Composites

Herein, few-layered graphene nanosheets (GNS) with approximately 3, 6, or 9 layers are used to reinforce high-performance nickel-based superalloy metal matrix composite. A powder metallurgy method comprising solution-mixing, hot isostatic pressing, and thermal processing is used to prepare GNS-FGH96 composites with different numbers of GNS layers as well as referential FGH96 matrix materials. Compared with those of unreinforced FGH96, the mechanical properties of the GNS-FGH96 composites are enhanced, specifically, the ≈6 layers GNS-FGH96 composite exhibits an ultimate tensile strength of 1660 MPa and a yield strength of 1229 MPa, which are 9.79% and 6.87% higher, respectively, than those without the addition of GNS. Furthermore, the ≈6 layers GNS-FGH96 composite exhibits the highest elongation-at-fracture of 29.9%. The as-prepared GNS-FGH96 composites show a good balance of strength and ductility owing to the increased dislocation density between the FGH96 matrix and GNS reinforcement interface area, as well as the high structural integrity of the GNS. Thus, this study provides a novel approach for designing and creating high-performance graphene-reinforced FGH96 metal matrix composites that exhibit exceptional strength and toughness.     

液态模锻材料及其研究进展

液态模锻作为一种精密成型技术应用范围不断扩大,液锻件正在不断替代普通铸件和固态锻件用于各行各业。但液态模锻的材料范围不够明晰,导致铸造合金液态模锻研究与应用很多,而各种变形合金的液态模锻却鲜有报道。如果定义适于液态模锻技术成型的材料统称为液态模锻材料,并用流变充型能力、流变补缩能力以及开裂敏感性定量表征液锻材料的工艺性能,则各种合金钢、球墨铸铁、铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、生物材料及金属基复合材料都属于液锻材料,且都具有较好的液锻工艺性能。目前只有液锻铝合金、液锻镁合金、液锻锌合金和一些液锻合金钢研究应用活跃,并取得了工业应用。建议今后加强液锻材料的工艺性能预报、变形合金特别是宽结晶温度范围合金的液态模锻以及金属基复合材料的研究开发。     

压铸(Al63Cu25Fe12)p/AZ91复合材料的组织、性能和热处理特征

在CO2/SF6气氛保护下,采用压铸的方法将-200目的Al63Cu25Fe12准晶粉末注入到熔融的AZ91镁合金中,于720℃和一定的压力下保压30min,制备了新型的(Al63Cu25Fe12)p/AZ91镁基复合材料.结果表明,在复合过程中,准晶相分解出的自由Cu向基体扩散并与基体中的Al发生反应,生成的金属间化合物分布在准晶颗粒周围,同时Mg向颗粒中浸渗填充到颗粒的孔隙中;复合材料具有不同于基体镁合金的固溶时效特征,需要更长的时间才能达到时效峰值;复合材料经过热挤压和热处理后的力学性能显著提高,抗拉强度从AZ91铸态材料的189.54MPa提高到359.38MPa,但塑性有所降低.     

Interaction between plasticity and damage in the behaviour of [+φ, −φ]n fibre reinforced composite pipes in biaxial loading (internal pressure and tension)

In this paper, we propose a new model which describes the behaviour of [+φ, −φ]_n composite laminates. Tests were performed on glass-epoxy pipes subjected to biaxial tensile and internal pressure loading. Experiments showed that [+55, −55]_n pipes exhibit varying types of damaged elastoplastic behaviour depending on the stress ratio σ_zz/σ_θθ (axial stress/hoop stress). A plastic model is based on the definition of a yield criterion and an associated flow rule. Damaging occurs when transverse microcracks appear in the layer. A micromechanical model defines the anisotropy of the damage. Interaction between plasticity and damage was of major importance in the definition of damage kinetics. This effect was observed on proportional loadings as well as on sequential tests: a preliminary loading in pure internal pressure (σ_zz=0) induced large plastic phenomena which blocked crack propagation in additional internal pressure with closed ends effect (IPCEF) tests (R=σ_zz/σ_θθ=1/2), even though IPCEF caused considerable damage on an unloaded specimen.