金属基复合材料的强化机制

复合材料的强化机制和强度预报一直是材料学的研究热点 ,因为这涉及到材料的组织设计问题。以往的研究对于金属基复合材料的强化机理有很多种说法 ,而且提出了大量的模型 ,但迄今为止缺乏一个统一而完善的理论。本文总结分析了近年来有关金属基复合材料的强化机制和一些相关的模型 ,并指出了这些强化机制的不足和以后的发展趋势     

铝基复合材料增强体碳、碳化硅和氧化铝表面涂层研究进展

基体与增强体间的界面对金属基复合材料的性质起着重要的作用。通过增强体表面处理和表面涂层可以使界面的性质得以改善。增强体涂层可分为金属涂层、陶瓷涂层 ;单层和多层涂层。涂层的常用制备方法有 :化学镀法、化学气相沉积法及溶胶 凝胶法等。本文针对铝基复合材料三种重要的增强体 :碳、碳化硅和氧化铝表面涂层以及它们对铝基复合材料的界面和性能的影响进行综述     

化学气相渗透制备氧化硅基复合材料

 以正硅酸乙酯为氧化硅先驱体,以 Nextel4 80纤维三维编织体作为沉积载体,采用化学气相渗透的方法制备了 Nextel4 80 /氧化硅复合材料。研究了正硅酸乙酯温度和沉积温度对沉积速率和渗透效果的影响,分析了沉积过程中产生瓶颈效应和固相粉末的原因以及沉积产物的相和复合材料的显微结构。结果表明 :1沉积速率随正硅酸乙酯温度和沉积温度的升高而显著升高;2瓶颈效应是由于正硅酸乙酯浓度过高,导致沉积速率过快引起的;3固相粉末是因为沉积温度过高,正硅酸乙酯分子或分解的过渡产物在到达沉积区域前已经完全分解引起的;4正硅酸乙酯为先驱体的化学气相沉积产物为无定型氧化硅;5化学气相沉积获得的无定型氧化硅基体与纤维有较佳的热匹配。     

复合材料层合板结构冲击损伤数值模拟的损伤力学模型

针对复合材料结构低速冲击损伤问题,基于连续损伤力学提出了一种动力学冲击条件下的三维损伤数值模型。模型中区分了层内损伤（纤维拉伸与压缩失效、纤维间拉伸与压缩失效）和层间分层损伤不同的失效模式。采用三维Puck失效准则与考虑压缩抑制效应的Aymerich准则对上述两类损伤进行判定,材料失效后基于连续损伤力学中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型中考虑了复合材料层合板结构中子层的就位效应和损伤分析中的“连锁效应”。通过对Shi的冲击试验进行数值模拟,模型预测的冲击接触载荷、分层形状和尺寸与试验结果吻合较好,证明了所提出的数值模型对复合材料层合板结构低速冲击损伤预测的有效性。     

基于弹簧质量模型的复合材料螺接修理载荷传递计算方法

复合材料螺接修理具有操作简便,对连接件表面处理的要求不高,施工快速、性能可靠等优点,在复合材料的临时修理、尤其是战伤修理中应用较为广泛。然而其修理设计过程较为复杂,难以满足工程快速定参的需要。在螺接接头弹簧质量模型的基础上,针对蒙皮和补片等宽的情况,提出了一种复合材料螺接修理结构载荷传递比例计算方法。通过引入载荷按刚度分配的原则对模型进行修正,将模型进一步推广到蒙皮宽度大于补片宽度的情况。然后讨论了模型中不同弹簧刚度的计算方法。给出了采用细观力学方法以及均匀化方法等计算含损伤蒙皮等效刚度的计算方法,推导得到了规则排列多列螺栓连接中各排螺栓等效刚度的计算方法,并证明该刚度满足叠加原理。最后,以含圆形损伤孔的复合材料蒙皮板的螺接修理问题为例,对模型进行了考核,并与有限元法（FEM）预测结果进行了对比。结果表明：模型预测结果与有限元结果吻合较好,预测误差最大为7.7%。采用该模型可以高效、准确地实现复合材料螺接修理的分析设计。     

C/ C-PAA 与C/ C-FA 弯曲性能对比

通过PIP工艺制备了C/C-PAA、C/C-FA复合材料,对PAA、FA裂解碳的XRD、浸渍效果以及C/C-PAA和C/C-FA的弯曲强度进行了分析.结果表明:PAA裂解碳的炭质量、浸渍效果较好,C/C-PAA弯曲强度比C/C-FA弯曲强度高34.9％,弯曲模量对比不明显.     

电-热耦合对航空复合材料拉伸及疲劳性能的影响

为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板的导电性能和电-热耦合效应及其对拉伸和疲劳性能的影响,主要针对2种不同铺层的试件(单向层合板(UD)[0]8和准各向异性层合板(QI)[45/90/-45/0]s)进行导电及电-热耦合实验和通电状态下的拉伸及疲劳实验。在电-热耦合实验中分别对试件通以1~8A的直流电和交流电,测量其温度场的分布及最高温度,以确定温度对电阻的影响。依据实验现象建立了简化后的电-热耦合分析模型,并与实验结果进行对比,发现两者吻合很好。简化后的电-热耦合模型能够很好地预测试件在达到稳态平衡时的最高温度值。在通电情况下对不同初始状态时的QI试件进行拉伸和疲劳实验,通过实验发现,在疲劳加载过程中无论是通以直流电、交流电或者是改变电流强度和电流频率,对试件的疲劳寿命影响不大,没有发现明显差异,但在实验过程中试件表面的温度会随着电流强度的增加而升高。同时,在监测试件沿着纤维方向的电阻变化时发现,在一定的疲劳载荷下,随着循环次数的增加,试件的电阻会不断增加,这表明试件内部出现了损伤,累积后直至试件断裂。依据实验现象分别建立了电阻模型-1和电阻模型-2,分析计算后发现模型-1能够较好地模拟试件变形的线性阶段(εxx≤0.4%),而模型-2能较好地模拟非线性阶段直至试件断裂(εxx0.4%)。     

纤维增强复合材料双轴强度研究进展

先对纤维增强复合材料双轴强度理论研究进行了简单的回顾,可将失效准则是否区分破坏模式 分为两类,并且比较了各强度准则的特点与存在的问题。然后对纤维增强复合材料双轴加载实验装置的发展 作了概括,对目前常用的复合材料双轴加载试样类型进行了总结分析,指出了双轴加载试样设计要求及各试样 类型的优缺点。最后,对纤维增强复合材料的双轴强度研究进行了简要评述与展望。     

形状记忆复合材料用环氧树脂基体的制备与性能

通过引入含柔性分子链的环氧树脂到普通双酚A 型环氧树脂中制备得到了一类形状记忆复合 材料用环氧树脂体系,研究了其形状记忆、工艺和力学性能。记忆性能测试表明形状固定率和形状回复率均在 98%以上;流变性能分析表明其黏度特性适用于复合材料液态成型工艺;树脂的拉伸性能与同等耐温等级的结 构型树脂相当;简支梁冲击强度分析表明树脂体系在室温和-80℃下的冲击强度分别大于89 和30 kJ/ m2,具 有较好的韧性。     

含孔复合材料层合板温度环境下的拉伸性能

根据增量形式的虚功原理和单层板理论,推导了基于温度环境下复合材料层合板的应力分析公式,结合逐渐损伤分析理论,建立了考虑温度影响的复合材料层合板的逐渐损伤强度分析方法.在此基础上,对含孔复合材料层合板在22,80,120℃下的拉伸失效过程进行预测,与80℃和120℃下的试验结果相比,预测强度值的最大误差为-2.28%.研究表明:随着温度的升高,含孔复合材料层合板的初始纤维损伤强度和破坏强度逐渐降低,而其初始基体损伤强度逐渐增大.