形状记忆合金增强复合材料界面剪应力研究

为研究形状记忆合金长纤维增强复合材料界面剪应力的分布情况,基于单纤维双圆柱拔出模型,推导了脱粘区和粘结区界面剪应力表达式.基于复合材料内部温度分布均匀,马氏体体积分数只与纤维内部轴向应力和温度相关等假设,分别讨论了恒定外应力荷载条件下温度(303、323、343 K)、预应变水平(0％、2％、4％、6％)及固定脱粘长度对界面剪应力分布的影响.数值模拟结果表明,通过控制外界温度和预应变水平,可以改变模型最大界面剪应力的值,进而控制界面脱粘现象的发生.对进一步研究SMA长纤维增强复合材料界面力学行为提供了一定的理论参考.     

高超声速飞行器二维全尺寸流场数值模拟

基于有限体积法和Roe离散格式进行了数值计算,分析了不同马赫数和攻角下二维全尺寸飞行器的流场,模拟了发动机内部氢/空气燃料的燃烧反应。计算结果表明:设计马赫数条件下,通过采用三级楔形体(压缩角度8°/6°/7°)对气流进行压缩,能保证进气道有足够的气流捕获量,经过压缩后的高压气体与氢燃料充分混合反应,发动机能以良好的状态工作。     

SMA丝表面纳米SiO_2改性对SMA/环氧树脂复合材料界面粘结强度的影响

为了研究形状记忆合金(SMA)丝增强环氧树脂复合材料的界面粘结行为,首先通过单纤维拔出试验测定了SMA/环氧树脂界面的粘结强度,重点考察了埋入深度对界面极限粘结强度及其拔出行为的影响。然后,结合ABAQUS有限元分析方法,利用基于表面内聚力行为的单元对SMA丝拔出过程中应力分布随拔出时间的变化关系进行了模拟。最后,针对SMA/环氧树脂复合材料界面粘结强度较弱的缺陷,提出了利用纳米SiO2改性SMA丝表面提升材料界面粘结强度的方法,并通过拔出试验进行了验证。结果表明:随着埋入深度从1.0cm增加到1.5cm和2.0cm,最大拔出载荷显著增加,平均界面粘结强度却逐渐下降。当纤维埋入深度为2.0cm时,在0.300s时临界脱粘出现。利用在SMA表面涂覆纳米SiO2颗粒的方法可以增加纤维的表面粗糙度,进而有效提高SMA丝增强环氧树脂复合材料的临界拔出强度。研究结论为SMA丝在实际工程领域中的应用提供了理论指导。     

基于内聚力模型的形状记忆合金短纤维增强树脂基复合材料的模拟分析

通过单纤维拔出实验和单轴拉伸实验, 测定了形状记忆合金(SMA)增强树脂基复合材料的界面脱粘剪切强度和单向随机分布SMA短纤维增强复合材料的拉伸强度。根据蒙特卡罗法和边界条件控制方程, 编写了适于软件调用的单向随机分布短纤维增强复合材料的APDL语言生成程序, 建立数值模拟模型。基于指数型内聚力模型, 对SMA纤维与环氧树脂基体界面分离(即界面脱粘)过程进行了有限元模拟。结果表明: 相同纤维体积分数下, 随着纤维长细比的减小, 复合材料整体弹性模量逐渐降低; 温度驱使SMA纤维弹性模量发生变化, 可以有效提高复合材料整体弹性模量。     

纳米TiO2颗粒弱界面增强树脂基复合材料宏观力学行为有限元模拟

基于蒙特卡罗法, 编写了随机分布颗粒增强复合材料的二维代表体积单元生成程序, 建立了纳米颗粒增强树脂基复合材料的有限元模型, 其中采用双线性内聚力模型描述复合材料弱界面的应力与位移关系。通过纳米TiO₂ 颗粒增强环氧树脂基复合材料应力应变行为模拟结果与文献结果对比, 证明了模型的有效性。讨论了弱界面情况下, TiO₂颗粒质量分数与颗粒尺寸对复合材料宏观有效模量的影响, 并对复合材料弱界面渐进损伤过程进行了非线性分析。结果表明: 随着纳米TiO₂颗粒质量分数增加, 复合材料杨氏模量和断裂延伸率均有所增强, 但材料屈服强度有所降低; 相同颗粒质量分数情况下, 随着颗粒尺寸的增大, 颗粒与基体材料之间界面单元总长度减小, 复合材料断裂延伸率有所下降。