界面强度对纤维复合材料破坏及力学性能的影响

界面作为复合材料中的重要组成部分对其宏观力学性能及破坏模式有着不可忽视的影响. 本文采用自组装薄膜技术对玻璃纤维表面改性, 得到不同表面性质的玻璃纤维, 与环氧树脂基体复合得到不同界面强度的复合材料. 利用带偏光显微镜的拉伸仪, 研究在不同界面强度下玻璃纤维/环氧树脂基复合材料的破坏过程及力学性能. 结果表明, 复合材料在强界面情况下发生脆性破坏, 在弱界面情况下发生韧性破坏, 且增强纤维对复合材料性能的增强效果与界面强度有关.     

复合材料纤维与基体界面剪切强度的有限元分析

应用微脱粘法，可以实现单根纤维与基体界面的微脱粘，并测量到微脱粘力。本文采用单根纤维层套细观力学模型，依据最大应力失效，对微脱粘界面进行有限元分析，从而得出纤维与基体界面的剪切强度。     

微胶囊-纤维水泥基复合材料的动态压缩性能

微胶囊自修复水泥基材料具有良好的修复性能,但力学性能会随着微胶囊的加入有所减弱．纤维的加入可以增强材料的裂缝效果,与微胶囊形成有效互补．为研究纤维类型和应变率对微胶囊自修复水泥基材料压缩性能的影响,设计3种配合比类型,即聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维、聚酰胺(polyamide,PA)纤维及PVA-PA混杂纤维的实验试件,基于立方体抗压实验系统及分离式霍普金森压杆装置(split Hopkinson pressure bar,SHPB),研究不同应变率下的动态压缩行为．研究结果表明,在应变率为1×10^-5s^-1时,加入PVA、PA和PVA-PA后,自修复水泥基材料的压缩强度分别下降了12.96%、8.91%和9.03%;随着应变率的提高,材料的压缩强度不断增大,且材料的动态增长因子与应变率满足线性关系;在低应变率下,纤维能改善材料的能量吸收能力,耗散能及能量耗散因子有所提高．研究可为混凝土材料在动态条件下提高自修复性能提供实验依据．     

组元热失配对复合材料界面强度的影响

用粉浆浸渗－层叠热压工艺制得了９种不同组元热失配的复合材料，用金刚锥显微脱粘法测得复合材料的界面强度，研究了组元间不同热失配对界面强度的影响，结果表明，径向热失配愈大，复合材料的界面强度愈高，两者之间存在着近似的指数关系；轴向热失配对界面强度影响则较小，用热残余应力对界面强度影响的计算结果验证了上述结果，两者较吻合。     

纱线横向压缩性能测试仪的研制

利用通用物理实验仪器读数显微镜、朱利氏秤、水银压强计等,研制纱线横向压缩性能测试仪。该仪器可以测量纱线在各种不同压力下的直径,由此可以得到纱线直径随压力变化的曲线,还可以计算出纱线细度不匀率的各种指标。     

界面弹性模量对纤维增强复合材料力学性能的影响

研究界面弹性模量对纤维增强脆性基复合材料宏观力学特性和失效破坏机理的影响.从细观角度考虑材料介质力学参数的非均匀分布,对具有不同弹性模量界面的纤维增强复合材料的损伤破坏过程进行了数值模拟.结果表明,柔性界面可显著提高复合材料的宏观韧性;刚性界面不能有效改善材料的脆性.可观察到考虑柔性界面时的界面脱粘、裂纹偏折、纤维桥联和拔出等现象,而刚性界面复合材料的破坏路径表现出完全不同的特性,同时得到相应的声发射模拟结果.     

加捻纤维复合材料固化界面应力分析

含有加捻纤维束的复合材料由于固化而产生的热残余应力问题,可以用能量法获得解答。这种热残余应力可以表示为纤维、基体材料性质以及纤维束几何参数的函数。分析结果表明:加捻纤维束构成的复合材料,由于纤维适当加捻,可以大大减弱纤维与基体各具不同的热膨胀系数而产生的固化残余应力。     

三维编织蜂窝结构复合材料的压缩性能分析

采用1205tex黄麻织造了三维蜂窝状编织物,通过真空辅助树脂灌注成型工艺(VARTM)制备了不同开口角度的三维编织蜂窝结构复合材料。对三维编织蜂窝结构复合材料压缩性能进行了测试和分析,结果表明:三维编织蜂窝结构复合材料在压缩过程中,压缩曲线中的平台区有大量的压缩峰,表现出较好的压缩缓冲作用,提高了其抗压能力。不同开口角度对三维编织蜂窝结构复合材料压缩性能有明显影响,60°开口角度的压缩载荷明显高于30°和45°的复合材料,三维编织蜂窝结构复合材料的压缩破坏模式大致相同。     

复合材料层板冲击后剩余压缩性能声发射分析

利用声发射技术对复合材料层合板的低速冲击和压缩破坏进行了分析.测试过程中用声发射技术进行实时监测,结合载荷—位移曲线,分析了声发射能量,幅值和波形经过快速傅里叶变换后的峰值频率,并对典型信号的波形进行了频谱分析.结果表明:AE参数能很好的描述复合材料层合板低速冲击及其剩余压缩行为.     

非完善界面复合材料的损伤界面能研究

根据能量法求出地非完美界面复合材料应变能表达式，定义了损伤界面能。分别计算了体变所引起的损伤界面能密度与夹杂内应变能密度的比值和畸变引起的两者比值。发现这两个比值正是文献［８］中所定义的两个无量钢因子α１和αＧ。这就为αｋ和αＧ赋与了新的物理含义，从而揭示了非完善界面复合材料宏观模量随αｋ、αＧ增大而减小的物理本质，即操作界面能越大刚度越小。本末给出了常见夹杂形状的αｋ、αＧ因子公式。     

非完美界面复合材料的损伤界面能研究

根据能量法求出的非完美界面复合材料应变能表达式,定义了损伤界面能。分别计算了体变所引起的损伤界面能密度与夹杂内应变能密度的比值和畸变引起的两者比值．发现这两个比值正是文献[8]中所定义的两个无量纲因子αt和αG。这就为αk和αG赋与了新的物理含义,从而揭示了非完美界面复合材料定规模量随αk、αG增大而减小的物理本质,即损伤界面能越大刚度越小。文未给出了常见夹杂形状的αk、αG因子公式。     

纤维增强复合材料的界面分离准则

考虑泊松效应和分离界面上摩擦应力的作用，建立了描述界面弹性应力传递的摩擦桥联理论模型，获得了纤维和基体的所有应力解.基于界面分离过程的能量平衡，获得了分离能释放率的表达式.通过引入一个界面分离准则，给出了求解临界分离长度的方法，获得了临界分离应力和桥联本构关系的表达式.对纤维增强复合材料SiC/Ti-6Al-4V作数值计算，结果表明建立的模型比剪滞模型更准确.     

芳纶织物层压复合材料的动态压缩性能研究

用于抗冲击侵彻的低树脂含量芳纶织物层压复合材料（树脂质量分数在14%-20%）具有与一般结构复合材料不同的性质。利用分离式Hopkinson压杆装置对该复合材料进行了高应变率下的面外压缩试验,并在万能试验机下进行了准静态的压缩。获得3个高应变率及准静态下的应力—应变曲线,并观察不同应变率下的破坏形貌。结果表明：低树脂含量芳纶织物层压复合材料的应力和应变是与应变率相关的,与准静态相比,高应变率下的最大应力和失效应变都较小;高应变率范围内（1600-2200 s^-1）,随着应变率的增加,最大应力呈下降的趋势。     

纤维增强复合材料界面反应的控制

控制纤维增强复合材料的界面反应对于维持和提高复合材料性能具有重要意义.本文从界面化学反应动力学出发,首次导出了具有涂层的界面反应速率与涂层结构参数的关系.提出了涂层扩散阻挡数新概念,理论预测的扩散阻挡数与实验结果吻合.提出了控制界面化学反应的途径.     

剑麻纤维/沥青复合材料界面性能

使用经碱处理后的剑麻纤维改性沥青制备剑麻纤维/沥青复合材料,通过扫描电子显微镜观察复合材料界面的结合情况。结果表明:剑麻纤维可以有效抑制细微裂缝的发展,提高混凝土的强度;添加一定量的剑麻纤维后,复合材料中剑麻纤维可很好地包覆在沥青中,使集料表面形成比普通沥青混凝土更厚的沥青膜,促使沥青与集料更紧密结合在一起,从而提高沥青混凝土的强度和韧性、抗裂性能,即提高沥青混凝土的路用性能。     

PVA纤维混凝土的动态压缩性能试验研究

为了研究PVA纤维混凝土的动态压缩性能,采用Φ74SHPB(分离式霍普金森压杆)装置对三种体积掺量的PVA纤维混凝土进行不同应变率下的冲击压缩试验,获得了较高应变率下的应力-应变关系。试验结果表明,PVA纤维混凝土是一种应变率敏感材料,在冲击荷载作用下,其破坏应力、峰值应变、峰值韧度等技术指标都随应变率的增加而增大。