SiC_p／6061A1复合材料基体相及增强相的实际外载应力

采用Ｘ射线应力分析技术测定ＳｉＣ颗粒体积分数为２０％的ＳｉＣｐ／６０６１Ａｌ复合材料由外加载荷作用而产生的基体铝合金相的实际外载应力，据此计算增强相的实际外载应力．结果表明，基体铝合金相的实际外载应力为平均外载应力的７５．９％，而增强相的实际外载应力为平均外载应力的１９６．６％两相弹性模量的差异是造成这种现象的主要原因     

高阻尼6061Al／SiCp／Gr复合材料中的内耗峰及其阻尼机制

采用喷射共沉积方法制备了606AL/SiCp/Cr混杂金属基复合材料（MMC），研究了其阻尼性能。结果表明：该材料在150℃附近有一温度内耗峰，且随频率增加该峰峰位向高温移动，峰高降低。通过Arrhenius方程测得内耗峰的激活能为1.17eV。分析认为，该峰具有弛豫特性，它是在热与应力的双重作用下，有位错拖曳点缺陷运动所致，符合位错诱生阻尼机制。     

SiCp／Al复合材料的微观结构与界面

对用压力铸造法制造的碳化硅颗粒增强铝合金（ＳｉＣｐ／Ａｌ）复合材料的微观结构和界面进行了研究。结果表明：碳化硅颗粒在复合材料中均匀分布，复合材料的基体中有较高的位错密度，碳化硅颗粒中有少量的层错。研究还发现ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料中界面结合良好，没有反应物生成，并且在界面处没有发现孔隙存在。在复合材料拉伸断口上没有发现裸露的碳化硅颗粒，说明在复合材料拉伸破坏时ＳｉＣｐ－Ａｌ界面没有开裂，反映了压铸ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料中良好的界面结合。     

SiCp／Al—Si复合材料中SiC／Si的晶体学位向关系

用TEM研究的离心铸和扩压铸造的SiCp/ZL109复合材料，发现Si优先在SiC表面上形核，长大，并形成大量“界面Si”及SiC/Si界面，SiC与Si之间不存在固定的晶体学位向关系，但存在（1101）sic//(111)si,[1120]sic//[112]Si优先出现的位向关系，而(001)sic//(111)Si不是优先出现的位向关系。     

SiCp／202Al复合材料的超塑性能及断口形貌

熔铸法（ＩＭ）制备的ＳｉＣ颗粒（１４μｍ）增强２０２４Ａｌ复合材料经轧制成材后，在４９０、５１０、５２０和５３０℃，初始应变速率在１．６７￣１０＾－４￣１．６７×１０＾－３ｓ＾－１的范围内进行了超塑拉伸试验。结果表明，在５２０℃、初始变速速率为８．３３×１０＾－４ｓ＾－１，超塑延伸率最大，为２９０％，ｍ值约为０．４９。同时，利用扫描电镜观察断口形貌，分析了变形机理。     

压铸态SiCw／Al复合材料中的热残余应力

利用X射线衍射方法,研究了压铸态SiCw/6061Al复合材料中热残余应力。结果表明,压铸态复合材料基体中存在三向不等的热残余拉应力,各向应力分量差异主要与晶须的择尤取向有关。晶须体积分数越高,则晶须的择尤取向程度越明显,因而复合材料中各向残余应力分量的差异就越大。     

自渗透制备SiCp／Al复合材料及其耐磨性

研究了以Ｋ２ＺｒＦ６为助渗剂，用自渗透法制备ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料的技术，全面考查了Ｋ２ＺｒＦ６的配比，ＳｉＣｐ粒度，温度，保温时间等工艺参数对自渗透过程的影响。借助于复合材料金相组织的分析，认为粉体预热温度６５０℃，铝合金液浇注和保温温度７８０－８００℃，保温２ｈ后随炉冷却是本试验的最佳工艺参数。     

原位形成Al3Ti颗粒对SiCp／2024Al复合材料性能及微观结构的影响

本文采用粉末冶金法制制备了含Ｔｉ的ＳｉＣｐ／２０２４Ａｌ复合材料。研究表明，在复合材料制备工艺条件下，部分Ｔｉ与Ａｌ反应形成了Ａｌ３Ｔｉ，粗大的Ａｌ３Ｔｉ／Ｔｉ复合颗粒的存在降低了复合材料的室温拉伸强度和塑性，但可以提高屈服强度和弹性模量。     

6061Al／SiC层合复合材料在交变温度场作用下热应力的有限元分析

对６０６１Ａｌ／ＳｉＣ层合复合材料在交变温度场作用下的热应力进行数值分析。采用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件中的结构单元，将金属铝视为弹塑性材料，且采用Ｍｉｓｅｓ随动强化塑性模型，同时计及温度对材料性能的影响，计算了不同温度下的残科塑性变形和热应力，并给出了２０５℃至２０℃交变温度场作用下的残余应力循环曲线，数值计算结果与实验数据复合材料好。本文的研究工作为该复合材料的疲劳寿命的预报提供良好的理论基础。     

CORROSION FATIGUE FRACTURE BEHAVIOUR OF A SiC WHISKERALUMINIUM MATRIX COMPOSITE UNDER COMBINED TENSIONTORSION LOADING

We describe an investigation into the fatigue fracture behaviour under combined tension–torsion loading of a SiC whisker-reinforced A6061 aluminium alloy fabricated by a squeeze casting process. Special attention was paid to the environmental effects on fatigue fracture behaviour. Tests were conducted on both the composite and its unreinforced matrix material, A6061-T6, under load-controlled conditions with a constant value of the combined stress ratio, α = τ_max /σ_max in laboratory air or in a 3.5% NaCl solution at the free corrosion potential. The corrosion fatigue strength of both the matrix and composite was less in the solution than in air. The dominating mechanical factor that determined the fatigue strength in air was either the maximum principal stress or the von Mises-type equivalent stress, depending on the combined stress ratio. However, in the 3.5% NaCl solution, the corrosion fatigue strength of both materials was determined by the maximum principal stress, irrespective of the combined stress ratio. In the case of the matrix material, crack initiation occurred by a brittle facet normal to the principal stress due to hydrogen embrittlement. However, in the composite material, the crack was initiated not at the brittle facet, but at a corrosion pit formed on the specimen surface. At the bottom of the pit, a crack normal to the principal stress was nucleated and propagated, resulting in final failure. Pitting corrosion was nucleated at an early stage of fatigue life, i.e. about 1% of total fatigue life. However, crack initiation at the bottom of a pit was close to the terminal stage, i.e. about 70% or more of total fatigue life. The dominating factor which determined crack initiation at a pit was the Mode I stress intensity factor obtained by assuming the pit to be a sharp crack. Initiation and propagation due to pitting corrosion and crack growth were closely examined, and the fatigue fracture mechanisms and influence of the 3.5% NaCl solution on fatigue strength of the composite and matrix under combined tension–torsion loading were examined in detail.     

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。      

复合材料加筋板热变形和热应力分析

复合材料及其结构的热响应是近年来复合材料力学研究的热点课题之一。本文用有限元法研究了复合材料加筋板的热变形和热应力。基于Mindlin假定导出了一阶剪切变形层合板梁理论。这两种理论也适用于中厚板和深梁。考虑的热载可以是瞬态的也可以是稳志的,实际工程应用表明,根据本丈模型研制的计算机程序具有较高的计算精度和效率。      

铸造SiCP/6061 Al 复合材料的冲击拉伸性能

在两种环境温度和三种冲击加载速率下, 对搅拌铸造法制备的碳化硅颗粒增强(w t 8% )6061 A l 基复合材料的冲击拉伸性能进行了试验研究。实验结果表明, 该材料的断裂应变随加载率和环境温度的升高而下降, 模量随加载率和环境温度的升高而上升。材料的应力-应变曲线呈现脆性。     

球状颗粒强化复合材料Al-6061/Al2O3的强化作用

研究了6061/Al₂O₃复合材料中球形Al₂O₃颗粒的强化作用。该强化颗粒的加入大大提高了材料在固溶处理后未时效状态的强度。对组织的观察和位错密度的测量表明,该强化作用与位错强化模型的计算结果一致。强化颗粒的加入还显著提高了材料在各种时效状态的加工硬化率。将Ashby提出的含异质颗粒复合材料的几何必须位错模型与位错强化模型结合,可以很好地解释加工硬化率的提高。     

陶瓷／金属封接残余应力的计算和测试

陶瓷／金属封接过程中容易产生残余应力,将影响到封接强度和产品的可靠性。应用薄壳理论和ANSYS有限元分析软件对典型结构的应力分布进行了计算,同时应用X射线衍射法对该结构的应力进行了测试。结果表明,计算值和测量值的趋势基本一致,都是在陶瓷侧的外表面靠近界面的地方存在着最大的轴向拉应力。     

两级载荷作用下复合材料界面的脱粘

研究了两级拉伸疲劳载荷作用下,纤维增强复合材料界面的脱粘。首先基于剪切筒模型,建立了求解纤维与基体应力的控制微分方程,并求得了相关解答。然后借助断裂力学中描述疲劳裂纹扩展的公式和能量耗散率理论,给出了界面脱粘长度、加载次数以及脱粘应力之间的关系式。最后通过实例模拟了两级拉伸疲劳载荷作用下的界面裂纹扩展,分析了界面疲劳裂纹扩展速率、脱粘长度在不同加载方式下的变化规律,以及材料泊松比的变化对界面脱粘的影响。从而为进一步研究工程结构的疲劳破坏和材料的最优设计提供一定的理论依据。      

FREE EDGE EFFECT ON RESIDUAL STRESSES AND DEBOND OF A COMPOSITE FIBRE/MATRIX INTERFACE

SUMMARY

In this study, the free edge effect on the fibre matrix interface of a single fibre metal matrix composite has been investigated. It was found, using both an approximate elasticity model and finite element analysis, that the interracial radial residual stress has a reversal in sign, from negative to positive with a high gradient, in the neighbourhood of a free edge. An additional finite element analysis, using contact element at the interface, predicted that the stress reversal would produce a sizeable circumferential interfacial debond, assuming zero interfacial tensile strength. Finally, an ultrasonic non-destructive evaluation technique has indirectly illustrated the existence of this interfacial debond prior to any mechanical loading. The method of phase alteration of back-reflected ultrasonic shear wave has provided a new approach for detecting microscopic scale failure in composites.     

粘弹性基体复合材料层合板的固化残余应力和曲率变化

粘弹性基体复合材料层合板因铺层取向差异而产生的固化残余应力会随层合板在室温下放置时间的推移而变化, 这一过程可通过非对称层合板的曲率变化得到反映。本研究通过非对称板的曲率变化实验来观察板内残余应力的变化过程, 并根据细观复合材料力学理论和适宜的变形分析方法建立一种与残余应力最终稳定分布相对应的铺层修正折减模量矩阵, 用于进行层合板固化残余应力和曲率变化的渐近值预测, 并依此确定固化后残余应力的变化范围。