2.5D-C/C复合材料的高温层间剪切强度

采用双槽口压缩法(double-notched compression,DNC)研究两种2.5D-C/C复合材料在293K、973K、1173K和1373K的层间剪切性能。结果表明,DNC法可以获得准确的层间剪切强度,正交长纤维网胎穿刺2.5D-C/C复合材料室温层间剪切强度为14MPa,在293K至1373K温度范围内变化不大。而碳布网胎穿刺2.5D-C/C复合材料的室温层间剪切强度为32MPa,在973K至1373K的层间剪切强度比室温高。断口分析表明2.5D-C/C剪切失效发生在纤维/基体界面和基体内部。     

2D C/SiC复合材料蠕变寿命分布规律研究

运用统计学方法,对2D C/SiC复合材料高温拉伸蠕变寿命的分布规律进行研究。通过线性回归分析得到适合表征材料高温拉伸蠕变寿命的正态、对数正态和两参数Weibull三种分布模型的拟合参数;结合失效概率和拟合优度检验,利用信息理论,对三种分布模型进行综合评价,认为三种分布中两参数Weibull分布最适合描述2D C/SiC高温拉伸蠕变寿命的分布规律。     

2D-C/SiC高温弹性模量的预测

平纹碳布(正交纤维)经过叠层得到二维纤维预制体,预制体通过化学气相渗透法沉积热解碳界面和SiC基体,得到二维编织碳纤维增强碳化硅复合材料(2D-C/SiC)。将纤维与热解碳层进行一体化考虑,把基体与孔隙进行一体化考虑,分别计算纤维的就位模量和基体的有效模量;考虑基体和纤维的模量随温度的变化,在混合定则的基础上,将横向纤维当作孔隙、将横向纤维当作基体和1/2混合定则对2D-C/SiC进行三种简化,预测2D-C/SiC复合材料在室温和高温下的弹性模量。与试验结果进行比较发现,利用1/2混合定则预测的2D-C/SiC在室温和高温下的弹性模量与试验值最接近。     

基于弹性模量变化的3D-C/SiC复合材料疲劳损伤演化

三维碳纤维编织体增强碳化硅陶瓷基复合材料(简称3D-C/SiC)是一种新型的超高温结构材料,但对其疲劳损伤演化规律尚不清楚。采用应力比为0.1、频率为60 Hz的正弦波,在室温下对3D-C/SiC复合材料进行拉—拉疲劳试验,用共振法测试试样在疲劳过程中的弹性模量,并以En/E0为损伤参量,对3D-C/SiC复合材料的疲劳损伤进行表征。结果表明,En/E0随循环周次的变化可分为迅速降低、缓慢降低和陡然下降三个阶段,弹性模量的大部分衰减发生在第一阶段。不同疲劳应力下,以En/E0表征的损伤临界值约为0.72。提出以En/E0表征的疲劳损伤演化模型及疲劳寿命表达式,同时得到实验验证。     

平纹编织C/SiC复合材料层合板面内力学性能的可设计性研究

通过试验和理论分析,研究平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内承载特性.制备(0°/90°)主方向和(±45°)偏轴向试件,并分别进行室温下面内单向拉伸和剪切试验.试验结果显示平纹编织C/SiC复合材料层合板的力学性能与纤维方向角相关,(±45°)偏轴向试件的抗剪切破坏性能明显较高.基于微观结构的解析模型分析表明,孔洞和微裂纹的存在大幅度降低了SiC基体的有效弹性模量.经典层合板理论仍然适用于该材料类型层合板的刚度分析,从而证实碳纤维对层合板力学性能的控制作用.平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内力学性能具备良好的可设计性.     

增强体颗粒失效对SiCp/Al复合材料屈服强度的影响

采用Eshelby等效夹杂理论,分析SiCp/Al复合材料受载时作用在SiC颗粒上的应力.假设SiC颗粒失效符合Weibull统计分布,在综合考虑复合材料各种强化机制的基础上,引入颗粒失效对材料屈服强度的影响,建立SiCp/Al复合材料的屈服强度模型.结果表明,该模型预测的屈服强度与相应的实验结果吻合较好.同时模型显示在屈服状态下,颗粒直径较小时,复合材料的颗粒失效以界面脱粘为主,而随着粒度的增大,颗粒的断裂分数迅速增大,颗粒失效则转变为由颗粒断裂和界面脱粘共同控制.     

二维编织SiC/SiC复合材料的剪切性能

通过单向以及循环加卸载面内剪切试验,结合试件失效分析,研究了二维编织SiC/SiC复合材料的面内剪切特性。将试件剪切响应分为弹性部分和非弹性部分,分别由卸载模量和残余应变表征,由此得到剪切应力-应变关系表达式。试验结果表明,卸载模量随应力以指数形式衰减,残余应变随应力以指数形式增大。预测剪切应力-应变曲线与试验曲线吻合很好。     

2D编织CVI SiC_f/SiC复合材料热力学性能多尺度分析

根据2D编织CVI SiCf/SiC复合材料微观单向结构RVE模型、细观含孔隙的编织结构RVE模型和微观组份材料性能,采用热固耦合双尺度渐进均匀化分析方法的分析程序,依次预测了复合材料微观、细观的热力学性能。分析得到了完整的SiCf/SiC复合材料宏观热力学性能,宏观弹性模量预测值与实验测量值相对误差7%以内,导热系数和热膨胀系数预测值基本落在试验结果统计范围内,为2D编织CVI SiCf/SiC复合材料构件热固耦合分析提供了基本材料参数。     

电铸制备SiC颗粒增强镍基复合材料的工艺与性能

采用电铸技术(氨基磺酸镍电铸液)成功制备了SiC颗粒增强镍基复合材料;用Leica Qwin图形分析软件和显微硬度计分析了电铸工艺参数对SiC颗粒增强镍基复合材料中SiC颗粒含量以及SiC含量对该复合材料显微硬度的影响;用场发射扫描电镜分析了复合材料的截面形貌和SiC分布.结果表明:在SiC加入量50 g·L-1、电流密度3 A·dm-2和磁力搅拌强度1.5次/min条件下,复合材料中SiC颗粒体积分数达到最高值27%,其显微硬度值也最高,为710 HV.     

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。     

车削SiCp/Al复合材料切削力预测模型研究

车削SiCp/Al复合材料切削力对刀具耐用度、零件加工质量有重要影响.为了准确预测SiC颗粒增强Al基复合材料车削时的切削力,提出了一种较为新颖的切削力预测模型.在该模型中,针对车削特点,将切削力产生归结于2个来源,即剪切变形区、前刀面摩擦区,重点分析了SiC颗粒对前刀面摩擦区的影响.利用PCD车刀和LG Mazak数控车床,进行了体积分数40%的SiCp/Al复合材料的车削实验.结果表明,该切削力模型在一定的切削参数条件下能够较准确地预测切削力.     

预浸料放置时间对芳纶复合材料层间剪切强度影响作用研究

芳纶Ⅲ复合材料制品的性能受成型工艺参数影响，通过对预浸料成型工艺流程分析，发现预浸料的放置时间为影响芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度(Interlaminar Shear Strength, ILSS)的主要参数。为了研究预浸料放置时间对芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度的影响规律和敏感度，采用短梁法层间剪切实验方法，获得预浸料不同放置时间情况下所对应的强度数值。根据实验数据建立该工艺参数对层间剪切强度的回归模型，通过对残差、预测值与实际值对比等检验分析，验证回归模型的可靠性及有效性。使用该回归模型能够准确地给出预浸料不同放置时间下芳纶Ⅲ复合材料的层间剪切强度，并且获得单参数灵敏度曲线。通过对灵敏度曲线的分析，可以确定参数的稳定性和不稳定性范围。实验结果表明，随着放置时间的增长，芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度呈现先增大后减小的趋势，0°/0°、0°/90°、±45°铺层情况对应的预浸料最佳放置时间在10～22 h内，在这一工艺参数范围内可以保证芳纶Ⅲ复合材料具有最大层间剪切强度。     

三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤演化

利用声发射技术,对三维编织C/SiC复合材料在拉伸过程中损伤发展、演化进行了实验研究。实验采集了三维编织C/SiC复合材料拉伸过程的声发射信号。运用多参数分析法,分析了三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤的声发射特性,宏观上揭示了材料拉伸损伤的发展、演化过程和规律。研究结果表明三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤演化可被分为两个主要阶段,损伤初始阶段和损伤严重阶段。     

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其影响

采用扫描电镜和透射电镜研究了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,并借助纤维顶出试验和有限元方法,分析了界面反应层厚度对界面剪切强度和残余热应力的影响.结果表明:SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应产物主要为TiC,其又分为二层,晶粒较粗大的TiC层靠近基体钛合金,晶粒细小的TiC层靠近SiC表面的碳涂层;随着反应层厚度的增加,界面抗剪强度提高,纤维和反应层内的径向残余热应力有所增大,反应层内的环向残余热应力分布有所改变.     

超声法研究SiC体积比对SiCp/Al复合材料力学性能的影响

在分析拉伸实验测试SiCp/Al复合材料弹性常数不利因素的基础上,提出用超声法测试sicp/Al复合材料的弹性模量和剪切模量等力学性能参数,并分析SiC体积比对其影响程度.实验采用超声回振法提高时间测试精度,以分辨SiC体积比对复合材料力学性能的影响.实验结果表明,SiC体积比在5%～12%时,SiCp/Al复合材料的...     

快速凝固结合粉末冶金法制备SiC_p/AZ91复合材料的组织及性能

用快速凝固结合粉末冶金法制备了SiC颗粒增强镁合金基复合材料(SiCp/AZ91)棒材,研究了SiC颗粒含量对复合材料室温力学性能及显微组织的影响.结果表明:制备的复合材料棒材中SiC颗粒在基体中分布均匀,但仍存在局部颗粒团聚现象;随SiC颗粒含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均逐渐降低;热挤压过程中,镁、SiC和SiO2之间发生了界面反应,在界面生成Mg2Si等脆性相,影响了复合材料的界面性能.     

旋转超声铣削C/SiC界面结合强度研究

针对C/SiC复合材料零件机加工后疲劳强度大幅降低问题,提出基于旋转超声铣削的抗疲劳加工方法。基于剪切滞后理论构建了超声振幅与C/Si C复合材料界面结合强度的理论模型,阐明了超声振动对界面结合强度的弱化机理。通过静拉伸试验、残余应力检测、疲劳试验和断口观测验证了旋转超声铣削疲劳强化效应。实验结果表明,高频冲击作用使得C/SiC抗拉强度和表面残余压应力显著提高,纤维基体脱黏应力与界面结合强度有效降低,纤维增韧效应显著,抗拉强度和疲劳强度相较传统铣削分别提升了17.5%和9.4%。     

三维编织C/SiC复合材料剪切和弯曲性能的实验研究

对三维编织C/SiC复合材料进行剪切试验和两种弯曲试验,得到材料的剪切性能和弯曲性能以及相应的失效规律.在剪切试验中发现两种剪切试验的剪切模量相差较大,但由于两种剪切的破坏面相同,所以剪切强度相差不大.通过分析得到由两种弯曲试验获得的弯曲模量不同的原因.通过分析还得到拉压模量不同的材料的四点弯曲模量计算公式,发现计算值在试件上下表面应变相差不大时与均质材料的计算结果相差不大.     

单向陶瓷基复合材料横向弯曲试验研究

编织复合材料由于其复杂的纤维编织结构,其界面力学性能的测试与表征较困难。为了研究编织复合材料的界面力学性能,探明复合材料界面剥离强度,文中设计并制备了单向模型复合材料,开展相关横向弯曲试验。结果表明,C/SiC采用PyC界面时,其界面剥离强度约为3 MPa,远低于界面剪切强度。通过对界面强度的综合分析,揭示了编织复合材料的界面力学性能。文中研究不仅对拓展C/SiC的应用具有重要的经济意义,而且可为编织复合材料界面力学的研究提供一定的理论和试验支撑。