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.     

含固有缺陷复合材料有效弹性性能预报

根据缺陷在复合陶瓷中分布特点,将缺陷简化为刚度为0的椭球夹杂,嵌入到横观各向同性基体中,建立含缺陷复合材料的细观结构模型。应用相互作用直推估计法推导含缺陷胞元的有效刚度,结合刚度体平均化方法,假设胞元空间随机分布,得到复合材料的等效刚度表达式,分析横观各向同性基体中缺陷体积分数、取向和形状对材料等效刚度的影响,并进一步讨论缺陷周围基体各向异性的影响。结果表明,缺陷存在导致材料弹性性能明显降低,在缺陷体积分数较小时,弹性常数对缺陷体积分数更加敏感;缺陷形状对弹性常数有较大影响,当缺陷接近于薄片状时,缺陷厚度对弹性常数影响明显,而缺陷平面形状对弹性常数基本没有影响;当片状缺陷垂直于基体中弹性模量较大的轴时,缺陷对材料有效性能的降低作用更显著,考虑缺陷周围基体各向异性是很有必要的。     

颗粒性复合材料基体破坏极限应力

若颗粒增强金属基复合材料基体和增强体结合完好,在外载作用下材料会从基体断裂,应用三相模型法确定出外应力一定时二相胞元的外加应变,进而得到基体内的细观应力场,根据损伤过程的广义热力学力计算出损伤等效应力,当损伤等效应力等于基体单向拉伸断裂应力时,计算出复合材料的基体破坏极限应力.     

面向增材制造的微桁架胞元几何与力学性能分析

针对BCC、FCC及其衍化型共6种微桁架胞元结构进行了参数化建模及几何特性分析,通过有限元法对不同构型的胞元分别进行了压缩载荷条件下的力学性能分析,提出了等效比刚度的概念以表征不同构型胞元结构的刚度特性.结果表明:胞元构型对比表面积影响不大,但对相对密度有较大影响,FCC和FCCZ型胞元具有较优良的几何特性及减重效果.FCCZ胞元具有较高的比刚度,通过引入载荷方向上的Z模块,可显著提高微桁架胞元的等效比刚度,同时降低胞元构型对等效比刚度的影响程度.     

波形碳纳米管增强复合材料的有效刚度和局部应力的宏微观均质化数值模拟

采用分子动力学方法简化的碳纳米管等效纤维模型,利用具有精确周期性边界条件的均质化理论和宏微观均质化法分析正弦波形非连续碳纳米管的有效刚度和局部应力分布规律.结果表明,纳米增强复合材料的有效刚度和局部应力对碳纳米管的波形非常敏感,碳纳米管稍有弯曲就会导致复合材料有效刚度降低和应力传递能力的下降,为揭示复合材料中碳纳米管的增强机制和改善增强效果提供理论依据.     

基于均匀化方法的三维正交机织复合材料弹性性能预测

根据三维正交机织复合材料中纤维束的空间几何特征,提出了改进的单胞模型,此模型包含经纬纱正交单胞、接结经单胞与接触单胞3种结构。考虑到各个单胞中的纤维束空间结构与变形特点,对纤维束截面尤其是对挤压处的纤维束进行了合理等效,以达到模型通用和简化计算目的。基于均匀化方法分别求得各单胞弹性常数,进一步运用刚度平均化方法获得三维机织复合材料的工程弹性常数。数值结果与实验结果对比表明新建模型的预测精度较好,且相同纤维体积含量情况下,横向弹性模量随机织角的逐渐增大而增大但纵向弹性模量减小。     

颗粒增强金属基复合材料细观有限元建模方法的对比

以原位生成法制备的TiB₂颗粒增强铁基复合材料为研究对象,通过纳米压痕试验及有限元反演分析确定基体的幂硬化模型参数,建立二维细观真实结构模型和颗粒随机分布的体胞模型,然后模拟单轴拉伸试验,用等效宏观方法计算真应力-真应变曲线,对2种模型的模拟结果进行对比,并探讨边界条件对模拟结果的影响。结果表明：边界条件对模拟单轴拉伸时的真应力-真应变曲线影响较小;2种模型模拟得到单轴拉伸的真应力-真应变曲线差异较小,且与试验结果吻合,相对误差小于5%;真实结构模型模拟得到的弹性模量与屈服强度的误差小于体胞模型;不同模型模拟得到基体与颗粒的局部微观等效应力场及应变场有明显差异。     

颗粒弥散强化金属陶瓷材料传热特性研究

为解决现代工业制造中,颗粒弥散强化金属陶瓷复合材料有效导热系数测量困难、传统模型理论模型有缺陷,测不准等问题,将平均积分法和热阻串并联法应用到新模型之中。开展了界面热阻、颗粒性状和孔隙对复合材料有效导热系数影响的分析,建立了复合材料等效导热系数的通用表达式,在模型预测复合材料导热系数上提出了新的方法。然后对界面热阻、孔隙、颗粒形状等因素对复合材料导热系数的影响进行了评价。研究结果表明,在颗粒弥散强化陶瓷复合材料中,复合材料的有效导热系数随着填充颗粒的体积分数增大而增大,随着气孔率的增加而减小,随着填充颗粒的形状因子增大而增大;计算值与实验数据相吻合,误差小、模型适用范围广,证明了公式的正确性。     

复杂多边形蜂窝结构等效弯曲刚度研究

研究了一种复杂多边形蜂窝结构的等效弯曲刚度。将蜂窝结构简化为正交异性薄板,首先计算薄板在均布弯矩载荷下的变形能,同时利用载荷平衡条件计算蜂窝各胞壁变形能之和,然后利用能量等效原理得到蜂窝结构等效弯曲刚度的解析表达式。蜂窝结构等效弯曲刚度随胞壁夹角及长度的变化非常明显,两正交方向的耦合弯曲刚度会随着胞壁夹角及长度的变化出现反转,等效弯曲刚度的绝对值会随着胞壁高度及厚度的增大而增大。最后利用有限元分析结果反推了蜂窝结构的等效弯曲刚度,验证了理论分析方法的正确性。     

一种考虑胶瘤的胶接简化有限元模型:应力与刚度分析

胶接接头中总存在胶瘤,由于建模复杂,胶接接头有限元分析中胶瘤常被忽略.但胶瘤能减少峰值应力,提高结构强度和刚度.为此,提出一种简化的胶接有限元模型,即用壳单元代表胶瘤,体单元代表被粘体和胶层,并用弹性理论建立壳单元等效厚度公式.以体单元精细模型结果作为对比的真实解,考察五种载荷工况下,单搭接头简化有限元模型的胶层应力和刚度.分析表明,壳单元等效厚度公式正确,胶接简化有限元模型精度高,可用于诸如汽车等大型结构中;用壳单元简单模型可定量分析胶瘤大小和形状对接头应力和总体刚度性能的影响.     

三维编织C/SiC复合材料弹性常数预报

基于纤维倾角模型 ,根据层合板理论推导出其弹性常数计算公式。三维编织C/SiC复合材料不同于树脂基复合材料 ,一是纤维模量低于基体模量 ,二是碳纤维在高温沉积热解碳和碳化硅后模量有较大幅度的下降 ,还有较多的空洞存在。考虑到这些因素对三维编织C/SiC复合材料弹性性能的影响 ,编制了相应的C语言计算程序 ,预报了三维编织C/SiC复合材料的纵向弹性性能 ,对程序计算结果进行了分析讨论。另外 ,通过力学实验来验证了理论分析的可靠性。     

Micro- to macroscopic responses of a glass particle-blended polymer in the presence of an interphase layer

A multi-scale model which can be used to evaluate the interaction between a microstructure and the heterogeneous deformation behavior of ternary composites on the micro- to macroscopic scale has been developed based on the large deformation finite element homogenization method. Using four different interphases consisting of a rubber, two different types of polymer and an elastic material with intermediate stiffness of particle and matrix, the elasto-plastic behaviors of the composites have been confirmed to be markedly influenced by the interphase properties and the interphase with a stiffness well below that of the matrix shows a suitable effect on the micro- to macroscopic deformation behaviors of the composites. Therefore, a computational simulation has been performed for the present interphase to clarify the effects of the macroscopic strain ratio, interphase properties and particle volume fraction on macroscopic characteristics such as deformation resistance, elasticity modulus and yield stress, and on microscopic characteristics such as shear band pattern, mean stress in the matrix and normal stress on the particle surface. The results provide guidelines for selecting interphase properties and processing parameters to achieve desired overall composite characteristics.     

基于Hirsch模型的复合材料弹性模量的改进算法

基于颗粒增强型复合材料的特征，在Hirsch纤维状复合材料弹性模量预测模型的基础上，修正并提出了一种新的复合材料弹性模量计算表达式。为验证该算法的实用性，引用了文献试验数据进行预测计算。结果表明：对于由喷射共沉积法制备获得的6066/SiC复合材料，计算结果处在Voigt模型和Reuss模型的上下限之间，并与试验值相一致，从而验证了所提出计算模型的正确性。      

冲刺2018 山高刀具实力全面提升 山高刀具大中华区总经理Bo Udsen先生媒体见面会在北京举行

<正>10月16日,山高刀具大中华区总经理Bo Udsen先生媒体见面会在北京举行,来自全国各地的媒体记者近30人出席。Bo Udsen为山高刀具丹麦前董事总经理,于8月1日起,Bo Udsen被正式任命为山高大中华区董事总经理,他将在上海任职并向负责亚太地区的山高刀具副总裁汇报。     

SiCp/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型#br#

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料（SiCp/2024Al）在大应变率和变形温度范围内的热变形行为,分析了热变形参数（变形温度和应变率）对流动应力的影响。研究发现：变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响;抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小,而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果,结合热力学和统计损伤力学理论,建立了描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型,预测的流动应力与试验结果吻合较好,表明所建立的模型能够准确地描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为。     

平纹编织C/SiC复合材料的剪切性能

采用IOSIPESCU纯剪切试件,改进反对称四点弯曲装置进行循环加卸载,试验研究了CVI工艺二维平纹编织C/SiC复合材料的面内剪切特性。分析了不同应力水平下卸载模量、残余应变的变化。基于试验研究结果,将剪切应变分解为弹性应变与非弹性应变,分别分析弹性应变和非弹性应变的变化规律,给出了剪切应力应变关系表达式。试件断裂时,最窄截面位置形成平断面,断面扫描电镜分析发现,基体和界面裂纹是主要损伤机理,0°纤维束最后断裂。     

陶瓷共晶棒体的有效弹性常数及其尺度效应

基于含界面相复合材料的柔度张量预报公式,根据陶瓷共晶棒体的微观结构特点,利用各类简单载荷作用下的等效条件,研究陶瓷共晶棒体的有效弹性常数及其尺度效应。结果表明,杨氏模量和剪变模量随纤维夹杂直径的增大而减小,泊松比随纤维夹杂直径的增大而增大。     

Localization of strain in metal matrix composites studied by a scanning electron microscope-based grating method

The deformation characteristics of the metal matrix composites Ag/Ni and Al/Al₂O₃ are studied at microstructural level by a scanning electron microscope based grating method and finite element (FE) simulation. The measured strain was found to localize in narrow bands in the ductile matrix of both composites. In the case of the Al/Al₂O₃ composite, the bands are preferentially initiated in Al regions adjacent to the interface of large Al₂O₃ particles, leading to local strain maxima. The band positions found in the Ag/Ni composite are also affected by the less deformable Ni phase, but strain localization first occurs by sliding of single Ag grains sometimes located away from the Ni phase. Using a FE model of real phase geometry and measured border displacements as boundary conditions, the simulation agrees reasonably with the experiment. The differences in the case of the Al/Al₂O₃ composite are due to particle cracks and voids at the particle/matrix interface. This effect was found in the experiment but not considered in modelling. For the Ag/Ni composite the band positions agree fairly well. However, the level and gradient of strain is clearly different as the crystallographic orientation of the Ag grains was not accounted for in modelling.