复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

二维机织碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料损伤分析

利用声发射技术全程监测二维机织C／SiC复合材料拉伸实验,通过声发射多参数分析法和断口显微观察,结合材料拉伸应力-变曲线,分析了二维机织C／SiC复合材料拉伸损伤演化过程和损伤机理。结果表明：材料拉伸损伤演化经历3个阶段：第一阶段为无损伤阶段,材料无损伤发生;第二阶段为损伤初始阶段．损伤主要为微裂纹开裂．并且微裂纹开裂基本上均匀发生在样品工作段;第三阶段为损伤加速阶段,损伤主要为宏观基体、界面开裂和纤维束断裂．井且集中发生在断口区域。损伤第二阶段与第三阶段的转换点在拉伸强度的76％左右,转换点的确定对二维机织C／SiC复合材料工程应用有重要意义。     

Z-pin增强陶瓷基复合材料拉伸性能及损伤研究

研究Z-pin横向增强平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸件能及损伤.碳纤维平纹编织物和碳纤维Z-pin制备的预制体,通过化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)工艺制成Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料.采用单轴拉伸试验及加一卸载试验研究材料拉伸力学性能参数及破坏机理.结果表明,Z-pin嵌入引起的面内纤维断裂、损伤以及弯曲变形,降低了平纹编织陶瓷基复合材料的抗拉强度;Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料抗拉应力应变曲线具有非线性特性;卸载再加载过程中损伤基本没有增加,残余应变与卸载应力成二次关系,卸载模量与卸载应力成Boltzmann关系.     

三维编织Cf/SiC复合材料的拉伸破坏行为

通过三维编织碳纤维(carbon fiber，Cf)／SiC复合材料样品单向拉伸以及单向拉伸加卸载实验．结合样品断口观察．从宏观上分析了三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时的力学响应，为进一步描述三维编织Cf／SiC复合材料力学行为奠定了实验基础。实验结果表明：三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时，卸载模量衰减与应力呈线性关系，残余应变的增加与应力呈二次函数关系。微裂纹主要在编织节点处萌生，沿纤维束界面扩展，最终在编织节点处汇合，导致样品发生破坏。     

非热压罐预浸料T700SC/#2510层板的低速冲击损伤特性

通过试验研究了一种非热压罐(Out of Autoclave,简称OOA)预浸料T700SC/#2510层压板的低速冲击损伤特性。针对三种典型铺层方案,获得了层压板的凹坑深度-单位厚度冲击能量(d-e)、损伤面积-单位厚度冲击能量(S-e)和冲击后压缩强度-凹坑深度(σ-d)曲线,以及三个批次的该OOA预浸料准各向同性层压板在标准冲击能量6.7J/mm下的剩余压缩强度结果。结果表明,T700SC/#2510材料体系冲击表面损伤不明显,但内部损伤却较大;该OOA预浸料的d-e曲线、S-e曲线和σ-d曲线均存在拐点现象;准各向同性铺层可以吸收更高的冲击能量,但也导致了更大的内部分层损伤;该OOA预浸料的CAI强度满足第二代OOA预浸料的指标。     

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。     

Z-pin增强陶瓷基复合材料拉伸和层间剪切性能

研究了Z-pin横向增强平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸和层间剪切性能。炭纤维平纹编织物和炭纤维Z-pin制备的预成型体, 通过化学气相渗透(CVI)工艺制成Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料。通过单轴拉伸试验及加-卸载试验研究材料拉伸力学性能参数及破坏规律。采用双切口压缩试验测试材料的层间剪切强度。结果表明, Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料拉伸应力-应变曲线具有非线性特性; Z-pin嵌入降低了平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸强度, 显著提高了陶瓷基复合材料层间剪切强度, 使原来单纯层间基体与织物表面的脱离转变为Z-pin的剪切破坏和层间基体与织物的脱离双重破坏机理。     

湿热环境下复合材料的混合型层间断裂特性研究

采用混合型挠曲(MMF)试件,研究了材料吸湿和环境温度对T300/5405复合材料混合型层间断裂韧性的影响。给出了在不同温度下,不同吸湿含量试件分层临界扩展时的Ⅰ型分量和Ⅱ型能量释放率分量散点图。结果表明:在吸湿和温度的综合作用下,分层尖端存在塑性变形;常温下,吸湿对材料的层间断裂韧性影响不明显,在高温环境中,随吸湿量增加,层间断裂韧性显著增加;温度对干态材料的断裂韧性影响较小,试件吸湿后,随温度升高,韧性增强。      

织物细观结构参数对三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响

提出倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能预测模型,考虑材料实际的编织结构和相邻纤维束之间的孔隙,讨论织物细观结构参数对倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响.通过两个重要细观结构参数分析探讨不同结构参数对纤维体积含量和曲屈率的影响,并进一步给出纤维体积含量和曲屈率对弹性性能的变化关系.另外还对编织陶瓷基复合材料制造过程中材料的高温损伤进行初步分析.     

三维机织陶瓷基复合材料的面内剪切性能及损伤研究

采用IOSIPESCU纯剪切试件, 考虑纤维的编织结构和失效机理, 研究了三维机织碳/碳化硅(C/SiC)复合材料在面内剪切载荷作用下的力学性能和损伤过程. 材料具有明显的非线性应力-应变行为和残余变形等特性. 材料主要的损伤机制为基体微裂纹开裂, 界面脱粘和纤维断裂, 其中界面裂纹是材料应力-应变等力学行为的主要影响因素. 基于连续介质损伤力学分析方法, 提出了简单的损伤演化模型并对损伤演化过程进行了描述.