纤维增强复合材料中纤维的界面分离

提出了一种解析模型来预测由纤维剥离导致断裂时纤维增强复合材料的极限抗拉强度。解析分析是基于在出现纤维－基质界面处的破裂时断裂力学中的顺从方法。在下面假设的基础上建立模型：基质与纤维都表现弹性，且远离基质－纤维界面的区域处的基质应变等于复合材料应变。此外，假定纤维与基质间存在完全粘合且断面是无附着的。证明了对于存在或不存在界面破裂的情况，可获得纤维增强复合材料的分离应变能量释放率，提供了数值例子，且     

纤维束拉伸件几何尺寸对界面横向拉伸强度影响分析

纤维与基体的界面对复合材料的力学性能和耐久性有很大影响。相比于传统界面测试方法得到的界面剪切强度(IFSS),采用横向纤维束拉伸试验测得的横向拉伸界面强度可直观地反映纤维束与树脂间的界面性能,同时不受纤维组织微结构的影响,是树脂传递模塑(Resin transfer moul-ding, RTM)成型三维机织复合材料性能预测所需的重要参数。本工作建立了一种考虑纤维与树脂的热膨胀系数差异以及树脂固化收缩影响的横向纤维束拉伸试样的有限元模型,分析界面处的横向应力分布和破坏模式。然后用RTM工艺制备碳纤维束增强环氧树脂横向拉伸试验件,结果验证了模型的准确性。比较不同横向拉伸试样在界面处的受力状态,结果表明,十字型试样能有效改善边缘应力集中的现象,且在界面中心区域受力均匀,得到的横向拉伸强度更加精确。此外,讨论了十字型样品的伸出端宽度、长度等特征尺寸以及增强纤维类型对测试结果的影响。在选择纤维束横向拉伸试样时,为获得更加准确的界面横向拉伸强度,试样伸出端的宽度应尽可能大一些,但需要小于伸出端总长度的1/2以获得理想的破坏模式。     

界面相性态对纤维增强复合材料内应力传递的影响

本文用有限元方法,计算分析了办面相性态对纤维增强复合材料内纤维与机体的界面间应力传递的影响。分析结果表明,界面刚度系数是纤维增强复合材料内纤维与机体的界面间应力传递的主要影响因素。     

纤维涂层对复合材料力学性能的影响

对于ＳｉＣ纤维／ＭＡＳ微晶玻璃复合系统，发现在烧结温度下，纤维和基体之间有较严重的化学反应发生，界面结合强，力学性能较差．通过对ＮｉｃａｌｏｎＳｉＣ纤维加涂层，发现Ｎｂ２Ｏ５和ｃ涂层对复合材料的界面结合改善不大，而ＬＣＡＳ晶玻璃涂层能使纤维和基体间的界面结合明显减弱，力学性能大幅度提高，室温抗折强度和断裂韧性分别达３２７ＭＰａ和１３．９ＭＰａ·ｍ１／２．     

UHMW—PE纤维增强氧基复合材料界面研究

超高分子量聚乙烯纤维经过低温氧等离子体处理后，与环氧树脂基体的界面粘结性能明显改善。本文通过单纤维拔出实验，ＸＰＳ，ＳＥＭ，接触角测算研究了表面改性的作用机理。对影响界面粘结的作用力进行了定量分析，提示了表面刻蚀坑引起的界面机械铰链力，以及由多种含氧极性基团引起的化学键力和界面非极性分子色散力，它们分别对界面粘结强度的贡献，及其随等离子体处理参数的变化关系。     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响.结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行.     

纤维复合材料界面层结构,性质及作用

系统地评述了纤维复合材料界面层结构，性质及其对宏观性能影响的研究工作，针对不同体系中形成的界面层，总结了用不同表征手段考察其结构的工作；通过简要回顾界面应力传递机理并比不同界面性质评价方法的意义，根据模型复合材料实验结果，讨论了界面性质对界面层的依赖性，提出了控制界面层形态和性质的原则和方法。     

芳纶纤维表面分析及其对双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能的影响

采用反气相色谱和扫描电子显微镜测试分析了芳纶纤维的表面性能,结果发现K1和K2两种芳纶纤维的表面均比较光滑,总表面能基本相当,但极性表面能和色散表面能分量存在较大差异.层间剪切强度测试表明K2/5405复合材料的界面强度高于K1/5405复合材料,断口形貌分别呈现出不同的基体破坏和界面破坏模式.利用Good-Girifalco相互作用参数分析纤维和树脂的表面能与复合材料界面性能的关系,结果发现复合材料中两相间的相互作用参数增大,匹配性提高,界面性能亦有所提高.     

高密度聚乙烯纤维表面活化及其与环氧复合材料的界面

采用铬酸氧化法处理聚乙烯纤维（ＨＤＰＥ）表面，并用ＳＥＭ和ＸＰＳ观察．结果表明，纤维表面活性提高，ＨＤＰＥ纤维／环氧树脂基复合材料界面粘接状况得以改善．界面粘接性能改善的主要原因可能是表面处理引入的多种含氧基团与环氧树脂分子中的环氧基团形成化学键力．     

PP/GF复合材料横晶结构对界面剪切强度的影响EI

利用单纤维断裂实验方法 ,测试了聚丙烯 (PP) /玻璃纤维 (GF)单纤维复合材料的界面剪切强度 ,研究了 PP/GF单纤维复合材料体系中 ,横晶结构对界面剪切强度的影响。结果表明 ,随着横晶结构的完善 ,界面剪切强度下降 ,当结晶时间较长时 (如长于 10 m in) ,存在横晶结构试样的界面剪切强度下降的幅度大于不存在横晶结构的试样 。     

纤维增强复合材料界面疲劳裂纹扩展的模拟研究

脱粘是纤维增强复合材料界面裂纹扩展的主要表现形式.基于剪切筒模型和常用的实验加载方式,研究了纤维增强复合材料中纤维与基体界面在拉-拉循环荷载作用下的裂纹扩展.借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,得到了疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及界面上摩擦系数与加载次数的关系.在分析中,考虑了疲劳加载引起的脱粘界面的损伤及损伤分布的不均匀性,同时还考虑了材料的泊松效应.     

界面对三维编织复合材料的吸湿行为的影响

研究了不同界面结合状况的三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的吸湿行为,通过对炭纤维表面氧化处理提高了复合材料的界面结合强度。对复合材料的断口和吸湿复合材料的表现形貌进行了SEM观察。结果表明,吸湿过程满足Fick扩散;强界面结合抑制了三维编织复合材料吸湿,降低了水的扩散系数。     

计入剪切变形的正交各向异性扁壳的基本解

本文采用Ｈｏｒｍａｎｄｅｒ算子法将控制计入剪切变形的正交各向异性扁壳的偏微分方程组转化为含有一个未知函数的高阶偏微分方程，然后，利用平面波分解法将偏微分方程转化为常微分方程来求解。以定积分表示的形式提出了计入剪切变形的正交各向异性扁壳的基本解。     

SiC(CVD)/Al复合材料界面剪切强度的测试

本文利用声发射技术,成功地测出 SiC(CVD)单纤维增强 Al 基复合材料在拉伸过程中纤维的平均断裂长度,并由萃取纤维的方法加以验证。再用微观力学模型,计算出纤维与基体之间的界面剪切强度。     

复合材料横向压缩性能的研究

本文考察了由两种力学性能不同的基体制备的玻璃纤维、碳纤维和碳/玻混杂纤维复合材料的横向压缩性能及破坏特征,导出了估算复合材料横向压缩强度半经验公式,其估算值与实测值比较吻合。      

树枝状非连续界面对纤维增强复合材料强度的影响

对于含有化合物产生的强界面复合材料,界面结合强度的提高往往使材料的拉伸强度降低.本文研究了这种非连续的复合材料界面对界面裂纹、纤维的强度的影响,分析了非连续界面影响材料强度的机理.     

IMPROVED TRANSVERSE SHEAR STRESSES IN COMPOSITE FINITE ELEMENTS BASED ON FIRST ORDER SHEAR DEFORMATION THEORY

A method for calculating improved transverse shear stresses in laminated composite plates, which bases on the first-order shear deformation theory is developed. In contrast to many recently established methods, either higher-order lamination theories or layerwise theories, it is easily applicable to finite elements, since only C⁰-continuity is necessary and the numerical effort is low. The basic idea is to calculate the transverse shear stresses directly from the transverse shear forces by neglecting the influence of the membrane forces and assuming two cylindrical bending modes. Shear correction factors are no longer required, since the transverse shear stiffnesses are also provided. Numerical examples for symmetric cross-ply and antisymmetric angle-ply laminates show the superiority of the method against using shear correction factors. Furthermore, results obtained with MSC/NASTRAN, which uses a similar but simplified approach, are surpassed. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

纤维增强复合材料的弹性应力分析

本文对受一平行于纤维轴向外加载荷的单纤维复合材料给出了弹性应力的剪套解,得到基体内轴向应力沿径向的分布,以及纤维轴向应力和界面剪切应力沿纤维长度上的分布,并讨论了纤维/基体弹性模量比对最大纤维轴向应力和最大界面剪切应力的影响,而且,还将该工作与前人的工作进行了比较,最后,该文还给出了多纤维复合材料的弹性应力解.     

复合材料横向剪切弹性模量的识别与层间剪切强度的实验研究

本文提出一种测试复合材料横向剪切弹性模量的参数识别方法。该方法是将复合材料的横向剪切弹性模量视作横向剪应变的函数，由横向剪应变的测量值反演横向剪切弹性模量。剪应变与剪切弹性模量间的函数关系用有限单元法得到。文中给出了参数识别计算格式和一种玻璃布层压板的识别结果。同时，文中提出了用五点弯曲实验测试层间剪切强度的方法，给出了实验结果。