碳化硅颗粒和界面脱粘对SiCP/Al复合材料变形行为的影响

为研究SiC颗粒增强铝基复合材料的强化与断裂模式,采用修正的等效介质模型定量计算加入碳化硅颗粒后基体组织变化、颗粒尺寸分布和界面脱粘对12%的SiC(5 μm)/Al（体积分数）复合材料的弹塑性变形的影响。理论计算与实验获得的应力-应变关系符合得较好,研究表明,碳化硅颗粒加入后,基体载荷转移、基体晶粒细化和因热错配造成的高密度位错提高了复合材料的流动应力,界面脱粘则降低复合材料的流动应力;载荷转移、晶粒细化、位错强化是SiCP(5 μm)/Al复合材料的主要强化机制,而界面脱粘、基体韧性断裂是其主要的断裂模式。     

具有荷载作用历史的CFRP-钢界面粘结性能试验

为研究荷载作用历史对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构界面粘结性能的影响,开展4种界面剪应力水平、6种持载时间的CFRP-钢双剪试件长期加载试验,对达到规定加载时间的试件进行静力拉伸破坏.根据CFRP轴向应变数据,给出了界面剪应力分布及粘结滑移曲线,考虑到界面蠕变损伤对粘结滑移本构关系的影响,在双线性模型中引入系数β、η、γ,回归分析得到了这3个系数的表达式.结果表明:胶黏剂的蠕变变形会引起界面应力重分布,随着时间的增加CFRP应变增大,界面剪应力峰值减小;加载90 d后,在12.5 mm处B组、C组、D组、E组试件界面剪应力分别减小了26.6%、59.2%、73.8%、85.4%;当界面剪应力水平较高时,应考虑界面蠕变损伤对粘结滑移曲线的影响,界面剪应力水平越高持续时间越长,蠕变损伤越显著;当CFRP粘贴长度大于有效粘结长度时,界面蠕变损伤对极限承载力没有明显影响.     

ZA27/SiCp颗粒增强复合材料界面特性的研究

用有限元法分析了ZA27/SiC_p颗粒增强复合材料在外加载荷作用下基体与增强相界面应力场及基体内的塑性应变.结果表明：拉伸应力作用下界面法向应力引起极区基体与增强相脱；Von Mises等效应力在极区与赤道区之间的界面处使基体屈服；界面处残余法向应力较高，可能造成界面脱粘.基体内近界面残余切向应力具有抑制裂纹在基体中扩展的趋势.重载时复合材料在高温和高压应力共同作用下，基体发生严重的塑性流变，从而产生大量的横交错裂纹，并使增强相与基体在界面脱粘.     

绕纤维环形裂纹界面处的应力奇异性

基于弹性力学空间轴对称问题的通解,研究了长纤维增强复合材料中绕纤维且垂直于纤维的环形裂纹位于界面处裂纹尖端的应力奇异性.研究结果表明,应力奇异性特征方程与平面应变状态下相应模型的结果一致,只与Dundurs组合参数有关,材料性能对裂纹尖端附近奇异应力场的影响可用三个组合参数描述.     

界面贴合型缺陷的超声红外热波检测与识别

为了实现对复合材料内部界面贴合性缺陷的快速检测和识别,采用超声红外热波方法进行了检测研究.建立了一个含有表面微裂纹、边缘垂直裂纹、分层、脱粘等4种缺陷类型界面贴合型缺陷的复合材料有限元模型,进行了超声热波检测数值仿真.并分别制作了碳纤维增强复合材料分层损伤试件、玻璃纤维复合材料疲劳裂纹试件和T700/BA202环氧树脂基复合材料冲击损伤试件,开展了超声红外热波检测实验和缺陷识别研究.结果表明,超声热波方法适合于复合材料裂纹、分层、冲击损伤等界面贴合型缺陷的快速检测和识别,而对脱粘等非界面贴合型缺陷则无检测效果.微小裂纹(≤0.001 m)可以被检测出,对浅表面(0.001 m深)缺陷的识别精度达95％,且裂纹越长,裂纹面越大越容易被检出,对0.002 m长的裂纹的检测误差为13.88％,与超声C扫方法相比,超声热波方法对冲击损伤大小的识别误差为5.7％.     

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。     

预应力FRP增强RC梁界面剪应力分析

粘贴预应力纤维增强复合材料(FRP)片材对土木建筑结构进行加固和修复,可以提高工程效率.从理论分析着手,推导了预应力FRP片材增强RC梁界面层的剪应力的计算公式,分析了预应力作用下FRP片材和混凝土之间的界面层剪应力分布,并通过有限元对碳纤维薄板(CFL)增强RC梁作了数值实验验证.探讨了初始预应力施加量,FRP片材的厚度以及界面层厚度对界面剪应力的影响.     

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.     

基于内聚力模型的纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料的损伤分析

通过在纳米纤维和基体之间应用无厚度指数型内聚力单元,建立纳米增强陶瓷基复合材料的界面损伤本构关系。利用MARC有限元分析纳米纤维与基体之间含界面损伤时,单一纳米纤维及纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料受位移荷载作用时的应力-应变响应。结果表明:纳米纤维与基体之间的界面损伤演化主要由内聚力单元的最大裂纹张开位移控制,与单一增强情况相比,纳米纤维与纳米颗粒的双相作用更有利于提高陶瓷基复合材料的强度,内聚力模型能准确模拟纳米纤维与陶瓷基体之间的界面裂纹扩展,是研究纳米复合材料损伤的有效方法。     

基于ANSYS的公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土界面脱黏研究

公路桥梁伸缩装置受车辆荷载的长期冲击和环境因素变化极易发生疲劳破坏,锚固区混凝土和桥面铺装之间的界面脱黏尤为普遍。为防治"界面脱黏"病害,建立了桥梁伸缩装置锚固区的ANSYS有限元模型,通过计算6个不同位置公路-I级车辆荷载作用下桥面铺装与锚固区混凝土之间黏结界面拉应力和剪应力,分析了桥面铺装弹性模量、轮胎接触压力、水平力等因素对界面拉应力和剪应力的影响。结果表明,随着桥面铺装弹性模量的增大,黏结界面的应力逐渐减小,且黏结界面拉应力、剪应力与荷载压力值、水平力系数均呈现为正相关,其中水平力系数对界面拉应力的影响最明显,其次是车轮荷载大小。因此,选择弹性模量较大的桥面铺装材料、减小车辆超重情况及防止车辆在锚固区处紧急启动或刹车等均能延长伸缩装置的使用寿命。     

剑麻纤维/砂土复合材料三轴剪切强度特性

为改善砂土的抗剪强度特性,针对剑麻纤维加筋砂土复合材料,通过一系列不固结不排水三轴试验,对不同纤维掺量、纤维长度和砂土干密度条件下剑麻纤维/砂土复合材料的剪切强度特性进行深入研究,并对剑麻纤维加筋机制进行分析。试验结果表明：复合材料中纤维相对含量改变时,初始刚度变化不大;适量的纤维掺量和纤维长度可以在砂体内形成三维网状结构,对比未加筋试样黏聚力显著提高,表明纤维加筋可有效提高砂土的抗剪强度;由于密度增加使得剪切过程中纤维与砂颗粒间的咬合和滑动摩擦力增加使复合材料抗剪强度显著提高;围压增加纤维与砂土界面有效接触面积导致砂土抗剪强度与峰值偏应力明显增强。采用剑麻纤维加筋砂土可增强砂土间界面作用力,明显改善砂土抗剪强度特性。     

纤维拔出时Coulomb摩擦界面应力传递

假设纤维/基体界面分离区域内的摩擦剪切应力遵循Coulomb摩擦律，包括泊松效应的影响，建立了纤维拔出时的摩擦界面应力传递模型，获得了包含摩擦滑移和由纤维/基体热失配引起的法向残余热应力效应的纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.对纤维增强复合材料SCS-6/Ti-6Al-4V作参数化的数值计算，且和有限元结果进行比较.结果表明，随纤维轴向位置的增加，纤维轴向应力和界面剪切应力均减小；法向残余热应力、高纤维体积分数和短纤维延缓纤维失效.     

单纤维复合材料断裂实验表征界面研究

对不同表面处理剂处理的4种单纤维增强环氧基复合材料进行了断裂实验，从临界纤维长度、界面剪切强度和单纤维断裂实验中纤维断点周围基体形貌三方面对纤维和基体之间的界面粘结性能进行了分析和评价。实验观察得到的结果是KH-550处理纤维与环氧的界面粘结最强，其次是KH-550和KH-570混合处理纤维与环氧的界面、KH-570处理纤维与环氧的界面，最弱的是水处理纤维与环氧的界面。     

W丝／Zr-Ti-Cu-Ni-Be-Co非晶基复合材料的制备与塑性变形

采用渗流铸造方法制备了W丝／Zr—Ti—Cu—Ni—Be—Co非晶基复合材料，研究了复合材料的变形方式及其机理。结果表明：W丝／Zr—Ti—Cu—Ni—Be—Co非晶基复合材料在准静态压缩条件下表现出很高的塑性和断裂能，与纯非晶相比提高超过十倍。随着W丝体积分数的增加，复合材料的变形方式由剪切滑移转变为W丝的弯曲和劈裂。W丝对非晶基体单一剪切带滑移的阻碍，促进多重剪切带的产生和扩展是复合材料产生大量塑性变形的微观机理。     

Mechanism of functional responses to loading of carbon fiber reinforced cement-based composites

Single fiber pull-out testing was conducted to study the origin of the functional responses to loading of carbon fiber reinforced cement-based composites. The variation of electrical resistance with the bonding force on the fiber-matrix interface was measured. Single fiber electromechanical testing was also conducted by measuring the electrical resistance under static tension. Comparison of the results shows that the resistance increasing during single fiber pull-out is mainly due to the changes at the interface. The conduction mechanism of the composite can be explained by the tunneling model. The interfacial stress causes the deformation of interfacial structure and the interfacial debonding, which have influences on the tunneling effect and result in the change of resistance.     

Fatigue properties of special kind of reinforced concrete composite beams

The special reinforced concrete composite beam consists of a steel fiber reinforced self-stressing concrete composite layer and a reinforced concrete T-beam, and constructional bars are set up at their bonding interface. Fatigue properties of the composite beam under the action of negative moment were experimentally studied. Through inverted loading mode the load-bearing state of a composite beam was simulated under the action of negative moment. With the ratios of constructional bars being 0, 0.082% and 0.164% respectively as parameters, the effects of constructional bars on the properties of composite beam, such as fatigue life, crack propagation, rigidity loss as well as damage behavior of bonding interface, were studied. The mechanism of the constructional bars on the fatigue properties of the composite beams and the restriction mechanism of crack widths and rigidity loss were analyzed. The test results show that the constructional bars can enhance the shear resistance of the bonding interface between composite layer and old concrete beam and restrict expanding of steel fiber reinforced self-stressing concrete, which are beneficial to synergistic action of composite layer and old concrete beam, to reducing the stress amplitude of bars and the crack width of composite layer, and to increasing the durability and fatigue life of the composite beam.     

脱脂棉纤维增强壳聚糖棒材

以三氟乙酸在无水条件下溶解脱脂棉纤维,在壳聚糖的醋酸溶液中析出.脱脂棉纤维均匀稳定地分散在粘稠的壳聚糖溶液中,采用原位沉析法制备得到脱脂棉纤维增强的具有层状叠加结构的壳聚糖棒材.经力学性能测试表明,当脱脂棉的质量分数为02%时,复合棒材的弯曲强度达1368 MPa,与纯壳聚糖棒材相比提高了48%.SEM表明,脱脂棉纤维与壳聚糖基体界面结合性能好,复合棒材在受到外力作用时,壳聚糖基体传递应力,而脱脂棉纤维可以有效承担外界应力的作用,从而使得微量的脱脂棉纤维有效地提高了壳聚糖棒材的弯曲强度,该材料有望用于临床骨折内固定.     

端部锚固对温度作用下CFRP-混凝土界面黏结行为影响

为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型.结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结...     

液晶改性芳纶增强环氧树脂的相容性与力学性能

针对环氧树脂复合材料存在的应力开裂以及与基体界面相容性差等问题,采用液晶和离子单体对芳纶纤维进行改性,再与环氧树脂及固化剂按一定比例混合,制得液晶改性芳纶增强环氧树脂复合材料.正交试验结果表明,常温下固化20min,芳纶、环氧树脂与固化剂的质量比为0.07∶35∶11,复合材料的弯曲应力为445.6MPa,应变为0.975%,比水解芳纶增强环氧树脂复合材料、芳纶增强环氧树脂复合材料的弯曲应力分别提高了29%和33%.扫描电镜研究表明,复合材料中分散相在基体中的分散性较好,有良好的界面相容性,断面处的断裂方式由脆性断裂变为韧性断裂.红外光谱研究表明,加入液晶改性芳纶的复合材料出现了磺酸基团和氮氮双键的特征吸收峰.     

Mechanical Properties of Phenolic-Resin Composites Reinforced with CF/BF Interlayer Hybrid Fibers

Phenolic-resin composites reinforced with carbon fiber (CF) and basalt fiber (BF) interlayer hybrid fibers plain fabric were fabricated. The tensile strength, compressive strength and interlaminar shear strength of the prepared composites were studied. The results indicated that hybrid fibers reinforced composites possessed the advantages of both CF and BF. When resin content was 35% by volume fraction, the comprehensive mechanical performance of BF/CF reinforced phenolic resin composites reached the optimal values with the warp and weft direction tensile strength, compressive strength and interlayer shear strength being 252 MPa and 487 MPa, 105 MPa and 129 MPa, 21 MPa and 20 MPa, respectively. The scanning electron microscope (SEM) observations showed that the BF/CF hybrid fibers reinforced composites had better interfacial adhesion.