含开孔复合材料构件的安全系数分析

通过对T300/5405含孔复合材料层压板拉伸强度试验数据的统计分析,指出开孔后拉伸强度符合两参数Weibull分布。在此基础上,讨论了开孔强度服从Weibull分布,应力服从正态分布时,复合材料基于基准许用值安全系数与可靠度之间的关系。给出了一些常用复合材料在不同应力变异系数和不同可靠度要求下的A基准值和B基准值安全系数的统计取值范围。试验数据对比分析结果表明:含孔层压板与光滑层压板在获得同样可靠度的要求下,安全系数取值范围相近。并且在相同可靠度要求下,A基准值安全系数小于B基准值安全系数。     

含开孔复合材料构件的安全系数分析

通过对T300/5405含孔复合材料层压板拉伸强度试验数据的统计分析,指出开孔后拉伸强度符合两参数Weibull分布。在此基础上,讨论了开孔强度服从Weibull分布,应力服从正态分布时,复合材料基于基准许用值安全系数与可靠度之间的关系。给出了一些常用复合材料在不同应力变异系数和不同可靠度要求下的A基准值和B基准值安全系数的统计取值范围。试验数据对比分析结果表明:含孔层压板与光滑层压板在获得同样可靠度的要求下,安全系数取值范围相近。并且在相同可靠度要求下,A基准值安全系数小于B基准值安全系数。     

双相钢的力学性能和对成形极限的影响

对两个来自不同生产线的冷轧双相钢DP780试样的主要力学性能进行比较,发现相同牌号的DP钢产品性能有显著差异。建立拉伸过程的有限元模型,将拉伸试验和有限元仿真相结合,利用材料失效点主应变二次导数的变化规律准确预测DP780在拉伸过程中的缩颈和破裂。研究发现相同牌号的DP钢产品成形极限亦有明显不同。最后从延伸长度和极限应变两方面定量分析应变强化指数n值和强度系数K值的变化对拉伸过程成形极限的影响。发现应变强化指数n值的变化对成形极限影响较大,强度系数K值的变化对成形极限影响较小。增大n值可以提高发生缩颈和破裂时的延伸长度和极限应变。     

硅对原位反应自生Mg_2Si/ZM5复合材料热处理态的组织和性能的影响

在真空感应炉中氩气保护下制备材料,用OM,SEM,EDAX及拉伸试验,探讨硅对原位反应自生Mg2Si /ZM5复合材料T6热处理后显微组织和性能的影响规律。结果表明,反应添加物Si在ZM5合金中形成了高熔点、高硬度的Mg2Si强化相,时效处理可促进(Mg17Al12)相沿晶内连续析出,明显地提高了材料的室温与高温强度,如含1.5%Si的复合材料经T6处理后室温屈服强度提高幅度为28.7%,高温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别为9.3%、14.0%;此外Mg2Si相的形貌随着硅含量的不同而变化,如含Si 0.5%为时,主要形成细小短棒状或片状共晶Mg2Si相,Si>1%时,则出现了粗大块状或汉字状初生Mg2Si相和片状或短棒状的共晶Mg2Si相;Mg2Si相是一种脆性相,使得该材料呈现出解理断裂,降低了材料的塑性。     

夹持力对填充孔复合材料层合板层间应力的影响分析

提出了采用螺栓填充孔形式研究复合材料层合板连接接头孔边层间应力分布规律,并建立了含零厚度界面胶层的三维有限元模型对受面内拉伸载荷的层合板孔边层间应力进行求解。结果表明:层间正应力沿孔分布主要受螺栓夹持力影响,相同夹持力下,不同界面层的层间正应力集中在同一范围内波动;层间剪切应力既受到螺栓夹持力影响又与界面层的类型有关系,如[-45/90]和[0/-45]界面层层间剪切应力整体取值大于其他界面层;螺栓夹持力引起的层间正应力主要为压应力,对层间强度有益,但同时产生的层间剪切应力不利于层间强度的提高,因此存在合适的螺栓夹持力使复合材料接头具有良好的孔边层间强度。     

含双向布复合材料开孔薄板拉伸性能研究

对含有双向布的三种不同铺层厚度的中心开孔复合材料薄板拉伸性能进行研究,分别得到三种复合材料带孔板的孔边应变分布规律以及试件的损伤演化和失效行为,并得到其断裂强度值。试验结果表明,试件的铺层对试件的刚度和强度影响较大,相对于[45/0/45]的铺层,[45/(0)/0/(0)/45]增加了两个0°单向布层,其刚度及强度得到大幅改善;[45/90/0/0/0/90]s增加了多个0°双向布层,使得其刚度最大,强度也有明显提升。用Abaqus软件对三种薄板的拉伸行为进行渐进损伤模拟分析,分析中采用Hashin准则作为材料的失效准则获得薄板的断裂载荷、应力分布及渐进损伤失效过程,得到的模拟结果与试验结果吻合较好。     

拉刀的强度计算

拉刀在切削过程中所受的作用力,一般只能引起它的拉伸,但在某种情况下拉伸又与弯曲共同发生。若拉刀齿和拉刀中心是对称分布的话,而拉刀本身(图1)则仅承受拉力。在这种情况下,拉刀的强度计算,与一般计算拉力相同。所不同的只是在计算时必须考虑齿槽间由於横截面尺寸突变所产生的应力集中现象。应当指出,某些工具钢整个体积部分淬硬能力是不一样的,因此材料横截面内不同的机械性能也不相同。内部的强度低会引起整个零件强度的降低[2]。经计算结果证明,横截面尺寸在20公厘以内时,计算这类淬硬性不充的材料的拉力时,应加以修正,将极限拉力降低1…     

Oliver＆Pharr压入硬度与材料单轴强度关系的研究

通过量纲分析和有限元数值计算,系统研究了Oliver＆Pharr压入硬度与材料单轴强度间的关系,结果表明盯。σE,y＋σE,b与Oliver＆Pharr压入硬度日以及压入比功形Wo／W之间存在近似的函数关系,即材料屈服强度和拉伸强度之和与Oliver＆Pharr压入硬度之比近似为压入弹性功与压八总功之比的函数。利用该关系,材料的屈服强度和拉伸强度之和可以由一次压入测试结果来获得,这使得利用压入技术对材料强度水平进行直接比较成为可能,因而克服了过去仅仅基于压八硬度值,只能对材料强度水平做相对比较的缺点和不足。     

短玻璃纤维增强PA66的偏轴拉伸模量和强度研究

对含30%质量分数短玻璃纤维注塑增强PA66材料,按照与注塑方向成0°、30°、45°、60°和90°裁取试验件,进行偏轴拉伸试验,得到了5组试验件的载荷-位移曲线、拉伸模量和拉伸强度。应用45°偏轴拉伸测定了材料的剪切弹性模量。通过对偏轴拉伸模量和强度对比,以及应用复合材料计算剪切模量的结果对比应用各向同性计算的结果,证明了短纤维复合材料并不能当做传统各向同性材料来处理分析,是具有各向异性的材料。分析表明,连续纤维偏轴拉伸模量计算方法对于短纤维复合材料仍然适用,蔡-希尔失效判据也能较好的适用于这种材料。从试验结果和偏轴模量以及强度计算发现,60°是最差承载角。     

数值模拟中应用最小厚度准则预测板料成形极限

在数值模拟中应用最小厚度作为成形极限判据,研究最小厚度值与应变路径的关系。如果对从单向拉伸到双向等拉之间的各种近似线性应变路径均应用相同最小厚度值作为判据,那么得到的极限应变点呈近似线性分布。对实验数据点与计算点的相对位置关系进行分析,发现两者之间的比值存在着近似指数函数的关系。对拉-压区和拉-拉区分别采用两段指数函数对最小厚度值进行修正,使其成为与应变路径相关的变量。采用修正后的最小厚度准则作为数值模拟中极限应变的判据,对ST14钢等三种材料成形极限的预测取得了较好的结果。     

碳纳米管增强聚合物复合材料的界面脱黏及应力分布

碳纳米管和复合材料基体间的界面力学行为是影响复合材料宏观力学性能的重要因素,为此本文利用有限单元法对单壁碳纳米管增强聚合物复合材料的界面脱黏、切应力分布及拔出载荷进行了数值模拟。建立了一个轴对称三圆柱壳模型,引入ABAQUS中的Cohesive单元模拟了单壁碳纳米管和聚合物基体之间的界面层,分析了单壁碳纳米管的长细比、界面强度以及热残余应力等因素对碳纳米管与聚合物基体间的界面切应力以及拔出载荷的影响。模拟结果表明：当单壁碳纳米管的长度变化为50~100 nm、与基体之间的界面强度为50~100 MPa、环境温度变化为100℃ 时,碳纳米管的长细比、界面强度以及由于热失配所引起的残余应力对单壁碳纳米管与聚合物基体间的界面切应力以及拔出载荷有着显著的影响。     

ZChSnSb11-6/20钢复合材料不同结合界面结合强度仿真与试验

针对巴氏合金与钢体组成的复合材料,建立了不同结合界面(不同的生产工艺条件)下工件结合强度理论计算模型。以微小单元作为模型构建的基础,利用COMSOL Multiphysics软件对其结合界面进行了有限元应力场仿真模拟,得到了不同生产工艺条件下界面应力分布情况。仿真结果表明：三种结合界面下提出的理论计算公式与模拟计算值之间的相对误差值在15%内。采用电弧喷涂技术制备了不同结合界面和不同表面粗糙度的ZChSnSb11-6/20钢复合材料,得到了不同结合界面许用结合强度。试验结果表明：对于同一表面粗糙度,其结合强度随结合界面接触面积的增大而增大,圆弧面（B型）和截球面（C型）两种结合界面的结合强度值较接近,差值在2MPa之内;光面（A型）结合界面的结合强度最小,约为B型、C型两种结合界面结合强度的60%。通过对比分析,对所构建模型进行了模型评价,得到了模型评价对照表。     

颗粒增强脆性基体复合材料的细观强度模型

用细观力学的方法研究颗粒增强脆性基体复合材料的强度和损伤失效,认为复合材料由随机二相胞元和基体构成,分析基体、颗粒中的局部应力场,根据损伤理论分别得到基体和颗粒的损伤等效应力.在界面脱开成为裂纹源并向基体内扩展的情况下,计算出弧形界面裂纹的能量释放率.最后分别提出基体、颗粒和界面的失效强度准则.结果表明, 复合材料的强度与二相胞元的方位角、颗粒体积含量、界面脱粘角、颗粒直径有关.     

含强约束界面相共晶复合陶瓷的有效热膨胀系数

基于共晶复合陶瓷的细观结构特点,建立了含夹杂、强约束界面相、基体氛围和有效介质的四相模型;借助复合材料有效热膨胀系数的稀疏解,确定了棒状共晶体内的有效热应力场和两个热膨胀系数的解析表达式;将棒状共晶体看作具有随机方位的横观各向同性夹杂,将棒状共晶体边界处的基体颗粒看作球形的各向同性夹杂,对含强约束界面相共晶复合陶瓷的有效热膨胀系数进行了预报。结果表明共晶复合陶瓷的有效热膨胀系数具有明显的尺度效应。     

含共晶界面复合陶瓷细观力学研究

概述了含共晶界面复合陶瓷细观力学研究的意义,并从复合材料细观应力应变场、细观损伤、裂纹扩展模型及尺度效应研究等四个方面重点论述了复合陶瓷当前研究现状。根据含共晶界面复合陶瓷的弹性常数及有效应力场,从应变场的角度总结并指出了共晶基复合陶瓷的发展趋势、研究方向和有待解决的新课题,为建立更加完善的细观力学模型提供研究思路。     

铸件鼠尾形成机理的分析

鼠尾的形成是由于铸型型腔局部表面干砂层受热膨胀，当膨胀力大于滑移阻力时，干砂层产生了剪切滑移。滑移的阻力主要来自相邻的干砂层。阻力随干砂层长细比的增加而急剧减小。提高型砂的热强度，减少干砂层的长细比，能有效增加鼠尾产生的临界应力σc，有效防止鼠尾的产生。当干砂层长细比小于1/2或热压应力不大于水分饱和凝聚区的湿压强度时，绝不可能产生鼠尾。     

基于HyperWorks 的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异。文中基于HyperWorks 商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能。研究结果表明,铺层材料对复合材料层合板的层间剪切性能影响较大,而铺层顺序对复合材料层合板的层间剪切性能影响较小。     

铜铋合金与ZrO2陶瓷扩散焊接头的组织与剪切强度

在1.3Pa的真空环境下,用扩散焊接法进行了Cu-x%Bi合金(x=0,0.5,1.0,2.0)与ZrO2陶瓷的连接,并采用扫描电镜、电子探针及剪切试验机等研究了铜铋合金与ZrO2陶瓷扩散焊接头的组织及剪切强度。结果表明:在焊接压力作用下挤入接合界面的铋,在焊接后部分残留在界面上,对焊接热应力有缓释作用,可提高接头的剪切强度;当接头的使用温度高于373K后,由于界面上铋的软化,接头的剪切强度急剧下降,难以在高温环境中使用。     

切向加载下螺栓连接复合板的失效分析*

极限载荷和孔周应力是导致螺栓连接复合板失效的主要因素。基于Hashin失效准则和有限元模型建立螺栓连接复合板的渐进损伤有限元模型,通过位移载荷响应讨论预紧力、界面摩擦因数和孔隙变化对极限载荷的影响,分析不同铺层角下孔周应力分布规律。结果表明：随预紧力增大,螺栓连接复合板极限载荷先增大后减小,随摩擦因数增大,螺栓连接复合板极限载荷逐渐增大;不同孔隙下准线性阶段位移载荷响应基本一致,孔隙对极限载荷的影响主要体现在滑移阶段及剪切变形阶段;孔隙增大会减小螺栓与螺孔间的有效接触面积,影响螺栓连接的压力分布和强度;纤维铺层方向与应力分量同向时可有效减少外载荷导致的该方向应力分量的变化,且主应力分量皆在承压区域达到其最小值;应力分量方向与纤维铺层方向相同且该方向无外载荷作用时,应力分量随着角度从承压区到非承压区递增变化。     

铝/铜合金复合材料的多坯料挤压成形

探讨了采用多坯料挤压法制备铝／黄铜复合棒材的可能性, 研究了挤压成形特点、界面结合情况, 分析了沿界面附近合金元素的扩散行为。结果表明, 挤压力变化规律与材料填充焊合腔、挤压复合成形特征相吻合; 复合材界面附近合金元素的扩散明显, 并形成具有不同衬度特征的扩散层; 挤压温度升高, 扩散层厚度增大; 棒材沿纵向和横向复合均匀, 界面为冶金结合, 焊合质量良好。挤压温度过高或过低导致界面结合强度降低。