平纹编织C/SiC材料复杂应力状态的力学行为试验研究

利用Arcan夹具,实现对2D平纹编织C/SiC复合材料拉剪、压剪加载试验,研究材料在复杂应力状态下的力学行为,分析材料的损伤演化和失效模式。试验结果表明,材料在拉剪复杂应力状态下不同角度的应力—应变曲线呈现非线性关系;在压剪复杂应力下,随着加载角度增大,应力—应变曲线非线性程度增大。断口分析表明纯剪切形成平齐断口,受拉应力影响材料在拉剪复杂应力状态下形成斜断口。试验分析表明,适当的压应力能提高抗剪切破坏能力。偏移型椭圆失效判据与试验值吻合较好,该失效判据能较好地描述材料在复杂应力状态下的破坏行为,能较好反映材料的强度特征。     

搭接长度对Z-pins增强陶瓷基复合材料接头连接性能的影响

本文对搭接长度分别为15mm,20mm,23mm,37ram,60mm的Z-pins增强陶瓷基复合材料接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验研究和数值模拟.试验结果表明接头的最终失效形式有两种:(1)搭接长度大于、等于20mm的接头由搭接板断裂而失效;(2)搭接长度等于15mm的接头由搭接面的脱胶而失效.在搭接长度为20mm～60mm之间,接头的最大破坏载荷与搭接长度之间呈线性关系变化.采用有限元的方法对搭接接头的破坏过程进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,进而得到了介于上述两种破坏模式之间的搭接接头的搭接长度.     

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.     

3D C/SiC复合材料拉伸性能的声发射研究

采用声发射平均频率和相对能量以及幅值识别了3D C/SiC复合材料的拉伸损伤模式, 探讨了拉伸加卸载过程中材料的费利西蒂(Felicity)效应。通过分析具有不同拉伸性能试样的损伤过程, 研究了不同损伤模式的时间分布特征对材料拉伸性能的影响关系。分析结果表明, 3D C/SiC复合材料中基本不存在凯瑟(Kaiser)效应, Felicity比随着应力水平的升高而降低, 相对应力水平高于65%时出现突降。3D C/SiC复合材料高性能的决定性因素不是声发射波击总数, 而是高幅高能量信号发生的时间和次数。在加载前期(应变<0.15%)损伤较少是材料高强度的必要条件, 纤维簇断裂在加载中后期的分散分布有利于提高拉伸强度。      

在役钢筋混凝土桥梁的耐久性评估

通过分析影响在役钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的原因,结合在役钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的模糊性和随机性,引进了模糊概率评估模型,以在役钢筋混凝土桥梁耐久性为评估目标,建立了评估模型。将在役钢筋混凝土桥梁耐久性状况划分成4级,选取了4个影响耐久性的主要因子,并选用了梯形分布作为各影响因子的隶属函数。在模型中,还提出了模糊权重的概念,可充分考虑权重的模糊性。模糊概率模型不仅继承了经典模糊综合评判法的思想和优点,同时也克服了其在实际应用中评估影响因子权重取值的局限性,因而具有明显的合理性。运用不同的方法对实际算例进行评估,结果表明:在评估在役钢筋混凝土桥梁的耐久性方面,模糊概率模型显现出其良好的可靠性和简便性。     

2D和2.5D编织陶瓷基复合材料加载速率效应和应力-应变行为模拟

对A、B、C三种工艺制备的2D和2.5D编织陶瓷基复合材料进行了准静态拉伸试验,试验采用的加载速率分别为0.02mm/min、0.2mm/min、1mm/min、5mm/min、25mm/min、125mm/min。获得了不同加载速率下,2D和2.5D编织陶瓷基复合材料的应力-应变曲线。基于所获得试验结果,讨论了加载速率对2D和2.5D编织陶瓷基复合材料力学性能产生影响的原因。试验结果表明:A、B工艺的2.5D编织陶瓷基复合材料对加载速率的变化不敏感;C工艺的2D编织陶瓷基复合材料对加载速率变化不敏感,而A工艺的2D编织陶瓷基复合材料对加载速率变化较为敏感,随着加载速率的增加,材料的初始弹性模量有较大程度的增大,破坏应变有所减小。基于基体强度分布理论,模拟了对加载速率不敏感的2D编织陶瓷基复合材料在拉伸载荷下的应力-应变行为。     

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.     

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。     

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.     

基于正交试验的合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响

为探究合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响,在室内开展了纤维增强橡胶湿喷混凝土力学性能的测试研究,系统分析了玻璃纤维掺量、聚丙烯纤维掺量及橡胶颗粒掺量对湿喷混凝土力学性能的影响规律。结果表明：湿喷混凝土的强度指标随着玻璃纤维掺量的增加不断增大,随着聚丙烯纤维掺量的增加表现出先增大后减小的特征;玻璃纤维掺量对抗压、抗折强度的影响程度最大,橡胶颗粒掺量次之,而聚丙烯纤维掺量的影响程度最小;对于抗拉强度而言,玻璃纤维掺量的影响程度依然最大,橡胶颗粒掺量次之,聚丙烯纤维掺量最小;玻璃纤维和橡胶颗粒掺量为抗压强度的显著性影响因素,玻璃纤维和聚丙烯纤维掺量为抗拉和抗折强度的显著性影响因素;强度指标不仅受到单因素的影响,还受到因素间交互作用的显著影响;强度指标多目标优化结果表明,湿喷混凝土同时加入3种材料的最优配比为：玻璃纤维掺量0.25%、聚丙烯纤维掺量0.21%、橡胶颗粒掺量3.80%;纤维能够承担部分载荷,而添加适量橡胶颗粒能够填充试样内部孔隙,两者的共同作用增强了试样的力学性能。