TiC颗粒增强钛基复合材料细观动态力学性能

基于不动点迭代法提出宏细观多尺度计算方法对颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能进行研究。采用该多尺度计算方法可以将复合材料的宏观力学性能与材料的微观结构相联系,通过迭代法从宏观角度为单胞模型提供真实的物理边界条件,将该边界条件施加到单胞有限元模型,对其进行有限元分析可最终获得复合材料的宏观力学性能。在与试验结果比较的基础上,预测颗粒形状、颗粒的体积分数、颗粒大小以及界面强度对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响,为颗粒增强钛基复合材料力学性能的优化设计提供依据。     

Cf/Mg复合材料热膨胀系数及其计算

利用热膨胀仪测定压力浸渗法制各的单向碳纤维增强镁复合材料在20～300℃区间的平均热膨胀系数,讨论热处理工艺、碳纤维弹性模量、基体合金种类等因素对连续纤维增强镁基复合材料热膨胀系数的影响.结果表明,可以通过退火处理降低复合材料的热膨胀系数.同时,选择高模量石墨纤维或选择低屈服强度基体合金都可以获得低热膨胀系数的复合材料.对计算复合材料横向热膨胀系数的理论公式进行改进,与实验测试值比较,理论计算值更加接近实际测试值.提出计算层合板结构复合材料二维平面内热膨胀系数的模型,计算出不同铺层方式下层合板复合材料的热膨胀系数,结果表明当层合板采用[0/±15/±30/±45/±60/±75/90]s的铺层方式时,复合材料热膨胀系数基本达到各向同性.     

C纤维增强镁基复合材料热成形微观组织模型

以C纤维增强镁基复合材料在高温变形过程中的物理机制为基础,建立了C纤维增强镁基复合材料高温变形时以Yada模型为基础的微观组织模型。将该微观组织模型应用于镁基复合材料的高温变形,编写C++程序求解,根据实验数据对模型进行回归,确定高温状态及半固态下微观组织模型中的特征参数值。C纤维增强镁基复合材料的热模拟实验结果和定量金相实验结果证实,初生α相晶粒尺寸的样本数据的平均相对误差为6.89%,非样本数据的平均相对误差为7.08%。模型预测精度较高,能较好地描述镁基复合材料高温塑性变形时的微观组织演变行为。     

石墨烯纳米片增强镁基复合材料力学性能及增强机制

采用分子动力学方法(MD)对单层石墨烯纳米片(GNPs)与单面及双面Ni包覆单层GNP (Ni-GNP、NiGNP-Ni)增强镁基复合材料(GNP/Mg、Ni-GNP/Mg、Ni-GNP-Ni/Mg)在单轴拉伸作用下的力学性能进行了研究,并与含有空位缺陷的双面Ni包覆单层GNP (Ni-defected GNP-Ni)及双面Ni包覆多层GNPs (Ni-n GNPs-Ni)增强镁基复合材料(Ni-defected GNP-Ni/Mg、Ni-n GNPs-Ni/Mg (n为GPNs层数))拉伸性能进行了对比。研究结果表明:GNPs的加入可以显著增强镁基复合材料的力学性能,与单晶Mg相比,GNP/Mg纳米复合材料在300 K及应变速率为1×10⁹ s^-1时的拉伸强度和弹性模量分别提高了32.60%和37.91%,而Ni-GNP-Ni/Mg的拉伸强度和弹性模量分别提高了46.79%和54.53%;此外,Ni-defected GNP-Ni/Mg复合材料的弹性模量和拉伸强度较GNP/Mg有较大的提高,但其断裂应变提高的幅度较小;而Ni-GNP/Mg复...     

铝/空心微珠复合材料弹性性能的预测研究

根据复合材料的基本原理建立了复合材料弹性模量的本构方程，在这基础上利用有限元的方法预测了空心微珠增强铝基复合材料的弹性模量，并在模拟中考察了空心微珠体积百分比（Vf）、空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值（t／R）两个参数对弹性模量的影响。通过将有限元模拟结果与理论计算结果相比较，发现结果具有较好的一致性。由于有限元模型和公式是理想模型，其结果比实验值要高，为此，通过考虑空心微珠增强铝基复合材料的主要缺陷，从而使模拟值更接近于实验值。     

碳纤维增强复合材料层间界面缺陷超声成像技术

针对复合材料层压结构层间界面缺陷的无损检测与评估,通过分析超声波在碳纤维增强树脂基复合材料中的传播规律,研究入射声波在复合材料中的反射特性,利用入射声波在复合材料层间界面产生的反射信息,通过超声（B,T）扫描成像方法揭示复合材料层间界面缺陷及其三维分布。试验结果表明,采用短波长脉冲超声成像检测技术,可以有效地再现碳纤维增强树脂基复合材料层压结构中层间界面缺陷三维分布特征以及层间界面、铺层方向、纤维束取向等信息,为复合材料提供了一种有效的层间界面结构表征和缺陷检测方法。     

粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究

为了探讨MWNTs对镁基复合材料力学性能的影响和增强机理,采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料,对其力学性能进行了测试,并对显微组织进行了观察和分析.结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现团聚现象;MWNTs与镁基之间并没有反应发生,碳纤维与镁基体并未在界面处形成碳镁化合物;它们之间是无任何化学作用的机械结合;复合材料的硬度随着MWNTs含量的增加而增加,强度也相应提高;镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化.     

风电叶片材料的研制

利用环氧树脂和增强材料玻璃纤维、碳纤维手糊成型复合材料.测试了复合材料的拉伸强度和抗腐蚀性能.实验及测试结果表明,碳纤维复合材料的力学性能优于玻璃纤维的力学性能,且双向90°碳纤维铺层的拉伸强度最好.采用手工成型.的复合材料能较好地适合盐液腐蚀较多而酸碱性物质较少的地区.     

复合材料齿轮弯曲强度仿真与试验研究

三维编织复合材料的性能与编织参数密切相关,为了研究碳纤维编织复合材料齿轮的弯曲性能及其与编织参数的关系,提出复合材料及齿轮弯曲性能预测模型。基于代表性体积单胞法和均质化思想建立复合材料的细观、宏观双尺度模型,采用体积平均法、借助有限元手段预测复合材料及齿轮的弯曲性能。并且,采用四步法编织及模压成型方法制备两对碳纤维编织复合材料齿轮,通过试验获得特定编织参数下复合材料及齿轮的弯曲性能。预测结果与试验结果吻合良好,验证了预测模型的准确性。最后,进行了多组编织参数下复合材料及齿轮弯曲性能的预测,得到了编织角和纤维体积分数对复合材料及齿轮弯曲性能的影响规律,并给出了使复合材料齿轮弯曲性能最佳的编织参数。     

层合板静压痕及压缩强度试验与其数据统计分析

复合材料层合板在低速能量冲击后的压缩强度变化是航空器结构设计应用的重要依据。本研究运用标准静压痕及冲击后压缩强度试验方法,对工程中两类典型的碳纤维及玻璃纤维树脂基复合材料层合板进行了静压痕及压缩强度试验研究,并采用数理统计方法,对试验数据进行了处理,给出了冲击后有效弹性模量及压缩极限强度的分散性表征及其拟合分布,计算了A、B基准值。研究结果表明:冲击后两类复合材料层合板的有效模量与强度特性仍遵从正态分布的概率推断;但较玻璃纤维增强的树脂基复合材料层合板, 碳纤维增强复合材料呈现更明显的脆性。     

超声分散法制备纳米SiC增强镁基复合材料

评述了纳米SiC增强镁基复合材料的制备技术研究现状,在此基础上重点介绍了采用高能超声波分散技术制备镁基纳米复合材料的研究进展。对纳米SiC增强镁基复合材料的力学性能进行了测试并采用SEM、TEM、EDS和XRD等方法分析了其微观结构,指出了纳米SiC增强镁基复合材料制备中存在的几个重要问题,并对其未来发展趋势和应用前景进行了展望。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能

利用伺服式疲劳实验机和杆一杆型冲击拉伸实验机对TiC颗粒增强钛基复合材料TP650和基体钛合金的静动态力学性能进行研究,得到不同应变率下复合材料的应力一应变曲线.结果表明,复合材料和基体材料的屈服应力均随应变率的增加而提高,属于应变率敏感材料;TP650的破坏形式以颗粒附近基体的撕裂以及颗粒与基体合金的脱粘为主,几乎没有发生颗粒破碎现象.假设复合材料的微观结构为非均质单胞在空间的周期性重复排列,利用有限元软件对钛基复合材料的静动态力学性能进行数值模拟研究,计算结果与实验结果吻合良好.进一步通过数值模拟预测了颗粒形状和颗粒体积分数的变化对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响.     

利用搅拌铸造结合超声处理法制备镁基复合材料

在目前的研究中,利用搅拌铸造结合超声处理方法成功地制备出了不同体积分数(5vol%和10vol%)的微米颗粒增强的AZ31B镁基复合材料。利用350℃,12:1的挤压比对铸锭进行了挤压处理。利用金相和扫描电子显微镜对复合材料的微观结构进行了研究。复合材料的微观结构显示,增强体具有相对均匀的分布且晶粒获得了显著的细化。微米碳化硅颗粒的存在可以显著的提高基体合金的显微硬度﹑弹性模量以及抗拉伸强度。此外,复合材料的显微硬度﹑弹性模量以及抗拉伸强度随着微米颗粒含量的增加而增加。     

铸造法制备纳米碳管增强镁基复合材料的力学性能研究

在氩气保护下,采用搅拌铸造的方法制成了碳纳米管增强镁基复合材料,测试了力学性能,观察和分析了显微组织.同时,用TEM和EDS方法对碳纳米管涂覆层的界面结构和成分进行了分析.试验结果表明:采用化学镀镍处理,可在CNTs表面获得均匀且结合力较强的涂覆层,改善了与基体的润湿和结合状况.CNTs对镁基材料具有较好的增强效果,经过涂覆处理的CNTs,增强效果更明显.在本试验条件下,CNTs能细化晶粒组织,提高复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度和弹性模量.     

碳纤维增强镁基复合材料表面化学镀镍Ni-P合金层

    用碱式碳酸镍作为化学镀液主盐,在T300碳纤维增强AZ91复合材料表面化学镀Ni-P合金层.采用SEM扫描电镜、EDS能谱仪和X射线衍射仪研究镀层的成分和结构.结果表明,经过化学镀Ni-P的复合材料表面有大小均匀连续的胞状凸起,镀层均匀、致密没有缺陷,主要成分是Ni和P,其中Ni为非晶态结构,P含量为8.5％,镀层属于耐腐蚀性能较好的中等磷含量镀层.动电位极化曲线测试表明,化学镀Ni-P处理后复合材料的自腐蚀电位升高250mV,说明化学镀Ni-P层可以明显改善碳纤维增强镁基复合材料的耐腐蚀性能.     

基于晶体塑性的难变形材料不均匀变形多尺度建模研究进展

分析并综述了不均匀变形预测中的晶体塑性模型与求解算法,论述了考虑多相材料非均质特征与晶界异质性的晶体塑性建模难点与方法;分析并综述了用于微观组织形态演化预测的元胞自动机建模方法,并论述了考虑不均匀变形与组织形态演化交互作用机制的晶体塑性与元胞自动机耦合建模的关键难点及其解决方法。进一步论述了基于宏观有限元、细观晶体塑性有限元与微观元胞自动机的多尺度全耦合建模方法及其在钛合金复杂隔框构件等温局部加载成形多尺度耦合响应规律预测中的成功应用。最后分析了多尺度建模仍存在的问题,并展望了多尺度建模的发展趋势。     

镁基复合材料界面显微结构与优化

论述了采用不同增强物增强的镁基复合材料的界面微观结构，并对界面优化的方法进行了探讨。     

镁基复合材料国内外研究现状及展望

综述了近年来国内外镁基复合材料的研究进展，主要包括镁基复合材料的增强相(SiC、碳纤维、B4C、Al2O3、Al18B4O33和TiC)、制备方法和界面研究等几个方面，并指出了研究镁基复合材料中注意的问题和发展趋势。     

介观尺度模拟方法及其在金属材料微观组织演变中的应用

介观尺度模拟方法是表征金属材料微观结构变化或微观组织结构与力学性能之间关系的重要手段，可以在减少实验数量的基础上，将结果性实验向过程性实验转移，从而更直观地表征实验结果。针对金属材料常见的介观尺度模拟方法，对晶体塑性模型、蒙特卡罗法、相场法以及元胞自动机法进行了综述，回顾了不同方法的理论基础和发展历程，阐述了其特点及局限性；分别从金属材料织构演变、动态再结晶、固态相变和凝固相变等角度介绍了不同方法的典型应用场合，最后展望了该领域未来的发展趋势，以期为金属材料微观组织演变的介观尺度模拟提供更具参考性的方法。     

碳纤维复合材料轴的承弯性能试验研究

针对碳纤维复合材料轴的承弯特性,设计了两种不同铺层方式的承弯轴,并采用了ANSYS有限元分析软件对轴的承弯性能进行了仿真,得到设计的承弯轴能够满足扭转性能,并获得了承弯轴的弯曲强度及最大模量。根据设计的两种铺层研制了碳纤维复合材料轴,并进行了承弯性能的试验。试验结果表明:碳纤维复合材料轴的理论仿真与试验误差较小,±45°铺层多的轴相对于90°铺层多的轴的承弯性能更好。