氧化铝陶瓷SHPB加载下的数值模拟研究

利用微裂纹扩展区模型,在JH-2本构模型中增加了类似于TCK本构模型的拉伸损伤因子,编制了材料本构模型子程序,并将其嵌入到LS-DYNA970有限元软件中,对SHPB实验进行了数值模拟。结果表明,Weibull参数k对陶瓷试样的拉伸损伤有较大的影响,当Weibull参数k值小于1×1020时,试样破坏是压缩破坏;当Weibull参数k超过1×1028时,试样破坏是拉伸损伤破坏。当载荷超过陶瓷压缩强度时,含初始裂纹氧化铝陶瓷的破坏形式是拉伸损伤和压缩破坏共同作用的结果;当载荷小于陶瓷压缩强度时,JC陶瓷破坏是拉伸损伤作用的结果。     

涤纶增强橡胶基复合材料各向异性超弹性本构研究

基于一种适用于平纹涤纶增强橡胶复合材料的各向异性超弹性本构模型，将应变能分解为橡胶基体应变能、织物纤维拉伸应变能与织物增强橡胶剪切应变能3部分，并根据单轴拉伸试验数据确定了本构模型参数。编写了有限元材料子程序进行仿真分析，并与试验数据对比验证了本构模型的合理性。该模型从宏观出发，能更好地表征复合材料编织物在拉伸过程中由于大变形所引起的非线性各向异性力学行为，具有结果准确、简单实用等优点，为织物增强橡胶复合材料的设计应用提供了理论依据。     

基于节点插值子胞模型的纺织复合材料力学性能预测(英文)

节点插值子胞模型是一种通过虚位移原理和代表性体积单元建立宏观和细观应变之间关系的细观力学方法。采用节点插值子胞模型进行二维纺织纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能预测。分别建立二维平纹和交叉编织复合材料单胞的细观结构分析模型,分别采用三次B样条和正弦曲线来模拟经纱和纬纱的截面和弯曲形式,并根据纤维和基体中的孔隙含量对其模量进行折减,采用节点插值子胞模型进行宏观力学性能预测,并分析了细观结构参数和纤维体积含量对材料力学性能的影响。节点插值子胞模型的预测结果与有限元法比较表明:采用节点插值子胞模型进行二维平纹和交叉编织陶瓷基复合材料力学性能预测的有效性和可行性。     

热处理对铸铁基多孔陶瓷复合材料组织与性能的影响

研究了热处理对铸铁基多孔陶瓷复合材料组织与性能的影响。结果表明，热处理正火、淬火均可不同程度地提高该特种复合的整体强度与耐磨性，而不影响铸铁一陶瓷的界面结构及材料的透气性。     

按钢筋混凝土框架结构的破坏状态诊断材料损伤参数

本文假定钢筋混凝土框架结构在破坏过程中混凝土材料遵循单轴受力的Mazars损伤本构模型规律，引入适当的反演目标函数，具体运用分数法和本文提出的变量转换搜索区间递减法对处于丰坏状态的钢筋混凝土框架结构的混凝土材料的一个或多个损伤参数进行反演分析获得成功，从而为定量地分析结构中材料的损伤提供了有效的途径。     

航空发动机陶瓷基复合材料疲劳迟滞机理与模型研究进展

对陶瓷基复合材料疲劳迟滞机理与模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用情况,综述了单向、铺层和编织陶瓷基复合材料细观疲劳失效模式与疲劳迟滞机理。总结出纤维增强陶瓷基复合材料基本的细观失效模式是:基体裂纹、纤维/基体界面脱粘和纤维断裂、铺层陶瓷基复合材料中的铺层/铺层界面脱粘以及编织陶瓷基复合材料中的纱线/纱线界面和纱线/基体界面脱粘。脱粘后的各类界面在循环载荷下的界面滑移是导致疲劳迟滞行为的根本原因。然后,详细分析了陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为力学建模研究历史与现状,指出了其中存在的问题。最后,对陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为研究的发展趋势进行了展望。     

冲击载荷作用下泡沫铝材料模型的参数研究

通过霍布金森杆冲击试验,研究将修改后的Liu与Subhash关于聚合物泡沫的本构模型应用于泡沫铝材料的可行性,对不同相对密度下的材料模型参数进行拟合,并研究参数变化对应力应变关系的影响.结果显示:该本构模型可以应用于泡沫铝材料模型的研究;材料相对密度和模型参数变化对应力应变关系影响比较大;拟合曲线和试验曲线基本吻合,拟合得到的参数值对工程具有一定的参考价值.     

陶瓷基复合材料旋转爆震燃烧室壁面冷却研究

为了降低旋转爆震发动机燃烧室壁面温度，设计了陶瓷基复合材料燃烧室主动冷却结构。对燃烧室主动冷却结构的传热特性进行数值模拟，获得主动冷却燃烧室壁面温度响应和温度分布规律。对燃烧室主动冷却结构进行了模型简化，将模拟旋转爆震波获得的不同壁面温度下的热流密度参数加载在冷却模型上，提高了壁面温度模拟的计算效率。结果表明：燃烧室内壁面热流密度随着壁面温度的升高而降低，扩散区的平均热流密度最大；陶瓷基复合材料燃烧室主动冷却结构可以有效降低燃烧室壁面温度，在相同冷却流量下，矩形冷却截面的冷却效果优于圆形冷却截面，可以将燃烧室壁面的温度降到1 200 K以下；燃烧室壁面最高温度在燃烧室中段区域。     

用人工神经网络模拟三维编织复合材料的力学性能

三维编织复合材料由于其材料结构及编织工艺的复杂性和众多工艺参数的影响，目前尚未建立成熟的力学模型。本文采用人工神经网络ＢＰ算法，将编织工艺参数作为人工神经网络的输入，将弹性模量及强度性能作为输出，建立了编织工艺参数与力学性能的人工神经网络关系模型，并讨论了ＢＰ算法及网络结构。这种人工神经网络关系模型对于三维编织复合材料的实验、生产和应用。工艺参数的选取以及理论模型的研究都有重要的参考价值。本文最后     

含损伤SMA增强智能复合材料的一维增量本构关系

基于对马氏体相变热流-温度曲线的唯象模拟．以及马氏体体积分数与热力势对温度偏导数之间的线性关系。提出了一种新的马氏体相变动力学模型。借助细观力学模型，研究了纤维断裂和剥离对宿主材料刚度和热膨胀系数的影响．并给出了相应的数学表达式。引入了纤维断裂损伤度、纤维剥离损伤度和界面影响系数等表征损伤程度的物理量。并最终建立了考虑这些损伤影响的形状记忆合金增强智能复合材料的一维增量本构关系。本文的结果为进一步研究智能材料结构的损伤及失效问题提供了相应的理论支持。     

金属基复合材料的切削加工

选用四种切削性能优良的刀具材料：细晶粒硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石，对两种典型的金属基复合材料即氧化铝纤维增强与碳化硅颗粒和氧化铝纤维混杂增强铝基复合材料的切削加工性进行了全面深入地研究。结果表明：加工混杂增强铝基复合材料时，聚晶金刚石刀具的磨损阻力最大。而加工纤维增强复合材料时，细晶粒硬质合金刀具的磨损率低、工件表面完整性好且加工成本最低。本文对刀具的磨损机理也进行了深入探讨。最后，从刀具磨损和表面完整性观点出发，给出了加工不同金属基复合材料的最佳刀具材料。     

基于细以方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析

针对高体积含量的颗粒增强复合材料，提出了一种细观结构模型：将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球，两颗粒之间的连接基本简化为一弹塑性短圆柱体，并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。其体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空是，以此为基础，建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。数值求解这两个方程，可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式，从而建立颗粒对的细观弹塑性本构，采用平均化方法，进一步推导出材料宏观的应力－应变关系。本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟，理论预测与实验结果吻合较。     

基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析

基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能传递到宏观复合材料中,计算了湿热环境中复合材料的细观应力场。结果表明:FVDAM采用子胞边界平均位移作为未知量,使本构模型中的未知量总数大为减小,相对提高了模型的效率,但这些方程都是建立在平均意义上的,因此预测的应力场存在一定的不连续性;湿热环境下,前期的吸湿有缓解热残余应力的作用,随着时间的增加,吸湿的影响逐渐超过热残余应力的影响。     

Al2O3陶瓷的损伤型本构关系研究

利用INSTRON材料试验机和SHPB(分离式Hopkinson压杆)对Al2O3陶瓷材料进行了单轴压缩实验,测量了材料在不同应变率下的应力和真实应变。实验结果表明,Al2O3陶瓷是应变率敏感材料。通过对准静态和高应变率下的实验结果分析,认为损伤型ZWT非线性粘弹性本构关系能较好地描述Al2O3陶瓷在不同应变率条件下的力学行为,用遗传算法确定了本构关系中的参数。研究表明,所用损伤型ZWT本构方程和用遗传算法确定的参数在10-4-102s-1应变率范围内与实验结果吻合较好。     

网络陶瓷增强铝基复合材料的摩擦磨损性能及磨损模型

本文研究了网络陶瓷增强铝基复合材料在干滑动摩擦条件下的磨损行为,并在大量试验基础上建立了复合材料的磨损模型。结果表明:复合材料的耐磨性明显优于基体合金,其主要原因是增强体独特的网络结构可制约基体合金的塑性变形,并减少对偶件同基体合金的接触,从而有效地增强了复合材料的耐磨性能;从复合材料的磨损率方程中发现,在三个影响因素(载荷、转速、时间)中,转速对磨损率的影响最大,载荷次之,时间最小;磨损率方程的预测值与实测值符合的很好,建立的磨损模型符合实际磨损状况。     

复合材料在宇航工业中的应用

本文列举了当前世界对复合材料开发的概况。介绍了玻璃纤维、碳纤维、有机纤维增强的树脂基复合材料以及金属基复合材料、陶瓷基复合材料的发展过程和它们在宇航工业中的应用。     

纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度与渐进损伤分析方法研究

针对纤维增强陶瓷基复合材料热结构力学性能特点,基于Tsai-Wu强度准则,提出了一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度分析的三维实体型渐进损伤分析方法;基于ANSYS软件APDL语言完成了分析方法的程序开发和实现,并通过与文献经典算例及典型热结构强度试验结果的对比分析,验证了本文方法的合理性和正确性。研究结果表明:本文方法可有效分析和预示纤维增强陶瓷基复合材料热结构的承载能力和损伤失效形式,具有很高仿真分析精度,解决了力热综合条件下复杂热结构强度预示与渐进损伤分析评估技术难题。     

压电智能结构的实验研究

在复合材料表层铺设压电元件，利用压电元件能够实现力学量和电学量之间相互转化的独特性能，可将其用作传感器和驱动器，赋予材料和结构传感及动作的能力。本研究的压电材料采用锆钛酸铅压电陶瓷，基体材料采用玻璃纤维－环氧树脂复合材料，与外部信号采集和控制系统结合，构成了智能结构实验系统。本文对这一系统的损伤诊断和损伤主动控制功能进行了实验研究。该结构一方面可对冲击、过载等可能造成损伤的原因进行监测，并诊断裂缝、连接松动等损伤的产生和位置，另一方面还可自适应地驱动结构中的压电驱动器，改善结构应力状态，防止损伤的扩展。     

聚氨酯复合泡沫塑料压缩本构关系

基于聚氨酯复合泡沫塑料的准静态压缩及动态压缩实验数据,讨论了不同材料参数和实验环境对材料应力-应变特性的影响。在此基础上,本文对Sherwood-Frost的本构关系框架进行了扩充,引入了空心球填充比的影响,然后基于实验数据用数值方法拟合了聚氨酯复合泡沫塑料包含应变率、密度以及填充比的压缩本构关系。     

POD-BPNN预测模型及结冰条件不确定性量化

当前，数值模拟作为研究飞机结冰的主要手段之一，在计算结冰冰形时会引入大量参数不确定性，并影响数值模拟的精度和可信度。发展不确定性量化方法，科学量化这种不确定性对评估数值模拟结果具有重要意义。针对传统参数不确定性量化方法难以解决高维输入到输出的问题，基于本征正交分解和误差反向传播神经网络，提出了一种结冰冰形预测代理模型。以水滴中值粒径和温度为例，验证了代理模型单输入参数和双输入参数情况下的精度和泛化能力。最后，在代理模型计算的冰形基础上，结合蒙特卡洛采样，利用2σ准则确定结冰范围，发现水滴中值粒径不确定性主要影响明冰的冰角生长，而温度和水滴中值粒径不确定性的叠加主要作用于霜冰厚度。该研究为后续多结冰条件的影响分析和多维输入到输出的不确定性量化提供了思路。