纤维增强复合材料拉伸强度的Weak-Link比例预测

为了讨论weak-link比例对强度预测的适用范围,基于纤维增强复合材料的渐进破坏机理,考虑纤维强度的统计特性,采用Monte-Carlo方法对材料在热/机械载荷作用下的拉伸强度分布进行了数值模拟分析。研究结果表明：在形状参数β =10的条件下,如果希望通过weak-link缩放比例对大尺寸材料的强度分布进行预测,则复合材料的临界尺寸应达到25根纤维的规模。分析认为：小尺寸材料拉伸强度的分散性趋于稳定,即达到临界尺寸,是采用weak-link比例预测大尺寸材料强度分布规律的先决条件。研究方法为进一步发展基于损伤机理分析的复合材料在循环载荷作用下的疲劳寿命预测理论奠定了基础。     

纤维分布与界面强度对复合材料横向压缩性能影响分析

建立了纤维随机分布代表性体积单元微观力学模型,采用随机扩张算法生成纤维随机分布模型,微观有限元模型中采用内聚力单元和Drucker-Prager弹塑性准则分别对界面和基体的力学行为进行描述,分析研究了纤维分布形式与界面强度对复合材料横向压缩性能的影响。结果表明纤维随机分布是引起复合材料横向压缩强度不稳定的一个因素;基体剪切塑性损伤而不是界面损伤在复合材料横向压缩破坏过程中起主导作用,因而采用无界面单元模型可以简化建模、不需要考虑界面强度取值,并能很好地预测复合材料横向压缩强度与压缩损伤破坏形貌。     

三维编织隐层结构的拓扑分析

为提高复合材料预制件的机械强度，采用一种新型编织工艺．本文用拓扑分析方法，对预制件结构做了说明，并对工艺参量进行了理论预测，为设计功能复合材料和特殊结构复合材料提供了新的手段．     

不同孔隙率CFRP层合板冲击损伤分析

为了建立适用于织物纤维增强复合材料层合板的冲击损伤失效准则,在适用于复合材料单向板低速冲击失效准则的基础上,改进了纤维及基体破坏的失效准则.对于织物纤维增强复合材料层合板,分别考虑了经向纤维破坏、纬向纤维破坏、基体法向挤压破坏、分层破坏等冲击损伤形式.使用ABAQUS软件建立有限元模型,结合刚度突然退化模型,通过引入不同孔隙率复合材料的基本强度参数,较为准确地预测了不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的冲击损伤投影面积.     

含孔隙碳纤维/环氧树脂层合板力学性能模拟

为了探究孔隙率对织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板拉伸强度和压缩强度的影响规律,分别测量了孔隙率为0.33%、0.71%及1.50%的复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度并进行有限元模拟.试验结果表明:随着孔隙率的增加,复合材料层合板的拉伸强度和压缩强度均呈下降趋势.建立了适用于织物纤维增强复合材料的静态力学强度的失效准则,结合刚度突然退化模型,通过引入不同孔隙率复合材料的基本强度参数,使用ABAQUS软件建立有限元模型,对不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度进行了较为准确的预测.     

三维编织隐层结构的拓扑分析

为提高复合材料预制件的机械强度，采用一种新型编织工艺。本文用拓扑分析方法，对预制件结构做了说明，并对工艺参量进行了理论预测，为设计功能复合材料和特殊结构复合材料提供了新的手段。     

基体非线性对单向玻璃纤维增强复合材料压缩性能的影响

通过微观测试研究单向玻璃纤维增强复合材料(FRP)的纵向压缩破坏．并建立一个与纤维体积、基体和纤维的性质有关的模型来预测FRP的纵向压缩强度．实验中，设计了一个特殊加载装置用来放在Leitz光学仪器下观察压缩破坏过程，观察到一些纤维首先弯折，然后引起相邻纤维弯折系列响应，最后导致整个试件压缩破坏．强度预测与实验结果吻合较好，结果表明当纤维有微挠度特别是有微弯曲时，压缩强度与基体的非线性有关．     

多尺度方法预测复合材料层板裂纹扩展

为了研究复合材料层板在细观和宏观尺度上的损伤分布,文中基于高精度通用单胞细观力学模型,发展了一种多尺度分析方法．该方法只需纤维和基体的材料属性、强度参数及纤维体积含量,而无需复合材料层合板的弹性参数和强度参数．文中使用该方法分析了复合材料结构的宏细观上的应力应变场;结合多尺度损伤模型,研究了复合材料的细观损伤以及宏观的裂纹扩展;通过二次开发ANSYS／LS-DYNA软件,文中将高精度通用单胞细观力学模型编译到用户自定义材料子程序中;使用这种方法分析了开孔层板轴向拉伸条件下的各个分层的应力分布、组分失效模式和裂纹扩展．并将计算结果与实验结果对比,结果表明: 数值模拟随时间变化的应力曲线与实验所得的曲线能较好的吻合; 预测的裂纹扩展与实验结果比较吻合．     

受拉纤维束力学模型变形破坏分析

对于复合材料中受拉纤维束以及工程中常遇到的平行杆系承载问题,给出两种普遍的分析方法。确定性方法得到杆系的应力应变关系及其强度;统计性方法得到杆系强度的分布函数、均值和方差。指出这两种分析方法之间的关系。假设了杆系强度分布函数,具体分析了二种平行杆系的变形破坏过程及其强度的统计特征。     

光固化中的纤维--树脂复合材料机械性能研究

对于快速成型中的光固化制作工艺,在光敏树脂中加入短纤维面制得的零件的机械性能可得到改善．制备了纤维——树脂悬浮液,探讨了纤维的添加对悬浮液粘度的影响,研究了纤维的分布方位及长度对复合材料固化物的弹性模量的影响．依据复合材料相关理论预测了固化层片及固化零件的机械性能．如弹性模量、强度．实验发现复合材料制作的样件的弹性模量和拉伸强度明显高于纯树脂固化样件,且其在后固化过程中的收缩量也比后者小．实验结果为光固化系统的制造提供最优的操作参数．     

Nicalon／Sic复合材料高温蠕变后的显微特征

本研究利用电子探针和扫描电子显微镜(SEM)对高温蠕变Nicalon/Sic复合材料进行了纤维/基体介面的成份和断口形貌分析。分析表明,Nicalon/Sic复合材料的蠕变断裂是一个复杂的、非突发性的脆性断裂过程。同时本文采用挤压法半定量地测定了纤维—基体结合键强度,从而揭示了FCVI纤维涂层提高材料断裂韧性的纤维拨出机理。     

Residual strength model for composite laminates

To research the approach of predicting composites fatigue life,the cumulative fatigue damage of fiber-reinforced plastic laminates(FRP) was investigated,and based on the complex exponential function,the residual strength model was obtained. This model can accurately describe the propagation of cumulative fatigue damage of FRP in three stages,especially in the initial stage and the ceasing stage. Applying this model in the experiment with two loading cycles,it can be found that the prediction result has good coincidence with experimental data. So a reliable residual strength model can be provided for studying the cumulative fatigue damage of FRP.     

Prediction of the biaxial failure strength of composite laminates with unit cell analytic model

A new method to predict the ultimate strength of fiber reinforced composites under arbitrary load condition is introduced. The micromechanics strength theory is used to perform the final failure prediction of composite laminates. The theory is based on unit cell analytic model which can provide the ply composite material properties by only using the constituent fiber and matrix properties and the laminate geometric parameters without knowing any experimental information of the laminates. To show that this method is suitable for predicting the strength of composite laminates, the micromechanics strength theory is ranked by comparing it with all the micro-level and the best two macro-level theories chosen from the World Wide Failure Exercise. The results show that this method can be used for predicting strength of any composite laminates and provide a direct reference for composite optimum design.     

Effect of pre-oxidation on strength and thermal shock behavior of ZrB2-SiC-graphite ceramic composites

A novelty technique,namely,pre-oxidation,has been proposed to improve the strength and thermal shock behavior of ZrB2-SiC-graphite ceramic composites,which is a promising candidate for ultra-high tempe...     

带锚FRP受剪加固梁非剥离破坏模式BP网络预测

对带可靠锚固FRP受剪加固混凝土梁的非剥离剪切破坏模式做了细化分类,即包括FRP断裂控制的破坏、受压区混凝土（达到极限应力状态）压碎控制的破坏、FRP断裂与混凝土压碎同步发生的界限破坏等3种模式;利用BP神经网络建立了带锚纤维受剪加固梁破坏模式的智能预测模型,与31根非剥离破坏加固梁试验的对比结果显示：模型总体精度达到90%,说明建立的破坏模式网络预测模型适用于带锚纤维受剪加固梁非剥离剪切破坏模式的判别。     

Review：A Critical Assessment on the Predictability of 14 Micromechanics Models for the Stiffness and Strength of UD Composites

综述：14种细观力学模型预报单向复合材料刚度和强度能力的严格评估

黄争鸣,张春春

（同济大学 航空航天与力学学院,上海 200092）

创新点说明：

任何最初为预报复合材料刚度（弹性性能）所建立的细观力学模型,都可用来合理预报复合材料的强度,只需将基体的均值应力转换成真实应力即可。本文以三届世界范围破坏评估的数据为基准,对14种著名细观力学模型预报单向复合材料刚度和强度的能力进行了严格评估。桥联模型预报复合材料刚度和强度的精度都是最高的。此外,它还是唯一满足内应力计算一致性的理论。非一致性意味着复合材料的等效性能应该基于三维分析得到。本文还证实,具有最小纤维体积的代表性单元将导致对复合材料等效性能的最佳近似。

研究目的：

1、评估各种细观力学模型预报复合材料刚度和强度的能力;

2、指出应力计算一致性的意义与作用;

3、说明代表性的体积越小,效果越好。

研究方法和结果：

采用案例分析;完全基于纤维和基体材料的原始性能,14种细观力学模型预报9组复合材料刚度的平均误差最小10.38%,最大30.72%;预报这些复合材料强度的平均误差最小21.1%,最大45.1%。预报刚度的精度排序与预报强度的精度排序大体相同。桥联模型预报刚度和强度的平均误差分别都是最小的。

结论：

只要将基体的均值应力转换成真实应力后,任何细观力学模型就不仅可以预报复合材料的刚度,还可以合理预报复合材料的强度。但是,除了桥联模型,任何其他模型需要应用其三维理论分析复合材料的等效性能,二维理论只能得到近似结果。

关键词：复合材料;力学性能;细观力学;应力集中系数;真实应力;代表性单元;应力计算一致性

     

Effect of N on microstructure and mechanical properties of as-cast Ti-6Al alloy

Duetotheirhighspecificstrength,goodcorrosionresistance,goodhightemperatureproperties,titanium andtitaniumalloysareconsideredidealmaterialsforspace,oil,chemicalandmedicalindustries[1-3].They alsohavepotentialapplicationintheautomobileindus try[4-7].Titaniu…     

MECHANICAL PROPERTIES OF CARBON/GLASS FIBER REINFORCED POLY (METHYL METHACRYLATE) COMPOSITES

Artificial bone carbon/glass fiber reinforced PM-MA composites have been prepared by hot press moulding ofpre-preg which monofilments of CF and GF impregnated byMMA prepolymer. When the PMMA volume fraction in com-posites is 50%, theoretical and experimental results show thatstrength and modules of these hybrid composites are in accordwith “rule of mixture”.The tensile and flexure strength are thelowest when the raletive volume fraction of carbon fiber in rein-forcements is 50%, SEM examinations further explained re-sults.     

基于人工神经网络的SS400钢板力学性能预测

寻求微观组织与性能的定量关系一直是研究开发离线与在线预测系统的关键问题，针对热轧带钢SS400性能预测系统，提出了基于Matlab神经网络工具箱的神经网络解决方案．该模型采用前向神经网络，在利用BP算法的基础上，为了克服常规BP学习算法的缺陷，Matlab神经网络工具箱对常规BP算法进行了改进，采用更有效的数值优化方法，如Levenberg—Marquardt优化方法，建立了化学成分和生产的主要工艺参数与产品力学性能之间的关系．结果表明影响板带屈服强度、抗拉强度和延伸率三者的显著因素为钢板厚度和含碳量．     

玻璃纤维的含量对复合材料的力学性能影响及表征研究

为研究不同质量分数的玻璃纤维对增强聚丙烯复合材料力学性能的影响,选择直径为10μm的玻璃纤维制备复合材料小样.测试在不同质量分数时材料的拉伸强度、弯曲弹性模量等力学性能,并应用扫描电镜(SEM)对其微结构进行表征.结果表明:玻璃纤维质量分数对复合材料的取向分布有很大影响,随着玻璃纤维质量分数增加,拉伸强度增大,但弯曲弹性模量、弯曲强度变化不明显.此外,随着质量分数的增加,复合材料的脆性变大;SEM分析表明复合材料中玻璃纤维有一定的取向且分布相对均匀,玻璃纤维和复合材料基体结合良好.