玻璃长纤维增强树脂基复合材料的单轴时间相关棘轮行为实验研究

对玻璃长纤维增强树脂基复合材料(玻璃纤维体积分数为40%、50%)的室温单轴时间相关棘轮行为进行了较系统的单轴应力循环实验研究,讨论了该类复合材料在不同循环加载条件下的棘轮变形特征。结果表明：该类复合材料在非对称应力循环下将产生一定的棘轮变形,棘轮应变值随外加的应力幅值和平均应力的增加而增加;玻璃长纤维的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力明显强于未增强树脂基体材料,复合材料的棘轮变形量随玻璃长纤维含量的升高而下降;在室温下,复合材料的棘轮行为也具有明显的时间相关特性,棘轮应变值依赖于应力加载速率和峰值保持时间,随应力加载速率的下降和峰值保持时间的增加明显增加。     

玻璃短纤维增强树脂基复合材料的单轴时间相关棘轮行为实验研究

对玻璃短纤维增强树脂基复合材料(短纤维体积分数：28%,40%)的室温单轴循环棘轮行为进行了实验研究,讨论了复合材料在不同加载条件下的棘轮变形特征。结果表明：该复合材料在宏观层次上表现出与基体相类似的棘轮变形规律,即在非对称应力循环下也将产生明显的棘轮变形,并随应力幅值和平均应力的增加而增加;树脂基复合材料的棘轮行为具有明显的时间相关特性,棘轮应变值依赖于应力率和峰值保持时间。在建立玻璃短纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料棘轮行为的本构模型时必须考虑基体的黏性变形特征。     

碳纤维增强PEEK树脂基复合材料的单轴时相关循环特性实验研究

通过对碳纤维/PEEK复合材料(纤维体积分数30%)的单调拉伸、 应力控制循环、 应变控制循环实验, 对该材料的应力、 应变循环特性以及棘轮行为的率相关、 时相关特性进行了系统的研究。研究表明: 与PEEK树脂基体材料相比, 加入碳纤维使材料的抗蠕变性能有所提高。在应变控制循环实验中, 响应应力幅值与应变加载速率和应变加载幅值密切相关; 在应力松弛效应的影响下, 响应应力幅值随着应变峰值保持时间的增加而减小。室温下, 碳纤维/PEEK复合材料在非对称应力循环中产生明显的棘轮应变, 并且对加载应力幅值和平均应力具有明显的依赖性, 此外, 当在较低的加载速率和具有一定峰值保持时间情况下, 棘轮应变显著增强。      

聚碳酸酯的单轴棘轮行为研究

在常温常湿下,对聚碳酸酯(PC)材料进行了一系列单轴应变循环和非对称应力循环实验。讨论了PC材料在不同加载水平、加载历史、应力率和峰值保持时间下的循环变形特征。结果表明:PC材料在应变循环过程中体现出了一定程度的循环软化特性,其响应应力幅值在应变循环中随着循环周次的增加而下降,但不是很明显;PC材料在非对称应力循环加载过程中产生明显的棘轮行为,棘轮应变随着平均应力和应力幅值的增加而增加,并且平均应力的影响大于应力幅值的影响;加载历史对于棘轮变形行为的影响较为明显,但对应变循环特性影响不大;PC材料的棘轮变形随着应力率的减小和峰值保持时间的增加而增加,体现明显的时相关性。     

中碳贝氏体钢的室温单轴循环变形行为研究

为了了解中碳贝氏体钢支承辊的接触疲劳失效机制,对中碳贝氏体钢材料在室温单轴循环加载下的应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究。讨论了材料的循环软/硬化特性及其对单轴棘轮行为的影响,同时揭示了该材料棘轮行为的平均应力、应力幅值及其加载历史的依赖性。实验研究表明:材料的循环软/硬化特性具有明显的应变幅值依赖性,进而导致材料在不同的应力水平下出现不同的棘轮行为。研究得到了一些有助于该类材料循环变形行为本构描述的结论。     

SiCP/6061Al合金复合材料高温时相关棘轮行为的数值模拟

基于颗粒增强金属基复合材料的单球形颗粒模型和轴对称二维6节点三角形单元, 利用ABAQUS对T6热处理后的两种体积分数的SiC_P/6061Al合金复合材料的高温(300℃)单轴拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟。在有限元模拟中, 对基体采用了新发展的、 能够合理描述材料棘轮行为的黏塑性循环本构模型。数值模拟表明: 本文中建立的有限元分析模型对颗粒增强金属基复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性得到了较为合理的描述, 模拟结果与实验吻合较好。模拟结果同时还揭示了复合材料内循环变形行为在细观层次上的不均匀性和复杂性。      

高体分SiCp /Al复合材料热变形行为及组织的研究

在应变速率为0.0005～0.01 s-1、变形温度为700～900 ℃条件下,对高体积分数SiC颗粒增强Al基复合材料进行了高温压缩实验,研究了复合材料高温压缩流变应力,观察了复合材料压缩后的组织形貌.结果表明:SiCp/Al复合材料在热压缩变形中发生了伪塑性变形,流变应力随应变速率的增加而增加,随变形温度的增加而降低;通过线性回归分析计算了复合材料的应变指数n以及变形激活能Q,获得了材料高温条件下的流变应力本构方程;高温压缩后的复合材料,颗粒尺寸、圆整度及分布均匀性明显提高.     

LZ50钢真应力控制下单轴棘轮行为的实验研究

室温下对LZ50钢进行了系统的单轴应变控制和应力控制循环实验,揭示了材料的应变循环特性,讨论了平均应力、应力幅值、应力比及加载波形对材料棘轮行为的影响,重点比较和分析了传统的名义应力控制与改进的真应力控制模式下材料棘轮演变的异同点。结果表明:LZ50钢的变形行为没有明显的率相关性,并可视为循环稳定材料;真应力控制下产生的棘轮应变和棘轮应变率均小于名义应力控制下的结果,且两种控制方式对棘轮变形的影响与总的变形程度有关;棘轮应变随着平均应力和应力幅值的增大表现出单调上升的趋势,但不随应力比单调变化。     

考虑界面结合的SiCP/6061Al 复合材料时间相关棘轮行为的三维有限元分析

采用多颗粒三维单胞模型和复合材料细观有限元分析方法,借助先进循环黏塑性本构模型的有限元实现,对SiC颗粒增强6061Al复合材料的室温、高温时间相关单轴棘轮行为进行数值模拟。讨论了颗粒排列方式和界面结合状态的变化对复合材料棘轮行为的影响;同时,分析了复合材料中基体和界面的微观变形特征及其演变规律;最后,选取一组合理的微结构参数,对复合材料的时间相关棘轮行为进行了数值模拟,并通过与已有实验结果的比较,检验了有限元分析的合理性。结果表明：多颗粒代表性体积单元能够反映复合材料更多的微观细节;颗粒排列方式的变化显著影响复合材料的整体棘轮行为;界面结合状态越好,产生的棘轮变形越小;具有合理参数值的弱界面模型给出的时间相关棘轮变形预测结果比完好界面模型的结果更接近实验值。     

1Cr18Ni9不锈钢高温单轴时相关棘轮行为研究

在室温、250℃、500℃和650℃四种温度下对1Cr18Ni9不锈钢材料的单轴应变循环特性及其时相关棘轮行为进行了实验研究,以讨论不同加载速率、加载波形和峰值应力保持时间对材料棘轮行为的影响。实验结果表明:在室温下,材料呈现出弱的循环软化特性和渐进型棘轮变形行为,并对加载速率和峰值应力保持时间具有强烈依赖性;在250℃、650℃下,因材料的循环硬化加快而使其棘轮行为较快趋于安定,但棘轮变形大小仍一定程度依赖于加载速率和保持时间;在500℃温度下则由于动态应变时效的影响没有明显的棘轮行为发生。研究得到一些有助于后续建立时相关本构模型的结论。     

高体积分数 SiC P / Al复合材料的拉伸、 压缩与弯曲特性

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC P/ Al)复合材料的拉伸、 压缩和三点弯曲特性进行了实验研究。结果表明 : 高体积分数 SiC P/ Al 复合材料与低体积分数 SiC P/ Al复合材料相比 , 没有明显的线性屈服阶段。进一步的加载2卸载实验表明 , 在外载荷作用下 , 材料宏观上呈现一种类似金属材料的塑性 , 卸载后留有较大的残余应变 , 再次加载时沿上次卸载路线上升 , 而且拉应力导致的残余应变大于压应力。三点弯曲时材料内部产生残余塑性变形的潜力最大 , 切线模量更稳定。宏观断口分析表明 , 金属基体的非均匀分布导致产生局部渐进的微屈服 ,是使材料性能宏观上类似塑性材料的主要原因。制备过程中的残余应力和基体内部的微缺陷是拉应力比压应力产生更大残余应变的主要原因。     

非线性黏弹复合材料有效性质

提出了一个细观力学模型 , 用于预测非线性黏弹聚合物基复合材料的有效性质。该方法利用广义割线模量方法对单积分型热力学本构进行线性化 , 并运用 Laplace变换技术将黏性问题转化为弹性问题。利用热力学本构拟合高密度聚乙烯的实验数据 , 得到基体的材料参数。 利用该模型计算了玻璃微珠填充高密度聚乙烯复合材料(GB/HDPE)在恒应变率下的应力应变关系 , 计算结果与文献实验结果吻合较好。数值计算结果表明 GB/HDPE复合材料表现出明显的非线性力学行为。 该细观力学模型可以很好地预测复合材料非线性黏弹性性质。      

2D-C/ SiC 复合材料的宏观拉压特性和失效模式

通过拉伸、压缩实验, 从宏观上研究了平纹编织C/ SiC 复合材料在简单载荷作用下模量、残余应变及泊松比的变化。通过断口观察, 分析了材料在面内拉、压载荷作用下的损伤与失效模式。实验结果表明, 拉伸载荷作用下, 材料在低应力就开始损伤。0°纤维束表面基体开裂和层间裂纹是主要损伤形式。损伤后, 随着应力增加, 拉伸卸载模量、泊松比线性减小, 残余应变增加; 压缩应力-应变基本呈直线关系, 模量、泊松比基本不变。拉伸破坏表现为韧性断裂, 断裂机理为分层后0°纤维束的断裂、携带90°纤维束拔出; 压缩破坏形成一个与加载方向成13°的断裂平面, 破坏机理为层间裂纹、0°/ 90°纤维束之间裂纹和90°纤维束内裂纹的产生和迅速扩展、最后0°纤维束剪切断裂。      

颗粒性态的随机性对SiC_P/6061Al复合材料棘轮行为影响的有限元分析

采用复合材料细观有限元分析方法,并借助先进循环塑性本构模型的有限元实现,对颗粒性态的随机性对SiC颗粒增强6061Al复合材料棘轮行为的影响进行了有限元数值模拟。采用随机序列吸附方法(RSA)生成各种多颗粒随机分布的模型,探讨了颗粒分布方式、数目、形状和大小以及各自的随机性对复合材料棘轮行为的影响。研究发现:颗粒尺寸越小、数目越多、分布在基体表面的比例越大,颗粒的增强效果越好;颗粒的大小和空间位置分布越均匀,复合材料抗循环变形的能力越强;球形颗粒和均匀分布的假设可以得到很好的模拟结果。     

WC/ NiCrMo 钢基复合材料的断裂行为及特征

采用单边缺口梁(SENB) 法、扫描电镜和电子理论, 研究了碳化钨(WC) 增强钢基复合材料经960～1040 ℃奥氏体化及淬火、回火共12 种状态的断裂行为和断口特征。实验结果表明, 该材料在具有高强度(σ_bb～2200 MPa,σ_bc～3000 MPa) 高硬度( HRC 62～68) 的同时, 还具有较高的SENB 断裂韧性(～30 MPa ·m1/2 ), 断口形貌主要特征为WC 解理、基体准解理及分散韧窝和韧窝带。研究发现, 高体积分数(～40 %) 的硬质相对材料的断裂韧性和断裂行为起决定性作用, 基体内存在的具有高共价键强的含碳结构单元和具有较多晶格电子的α-Fe (Ni) 结构单元共同作用, 既给予硬质相以强韧支持, 又产生断裂时的微观延性。      

B4C改性酚醛树脂粘接SiC陶瓷的高温性能

以酚醛树脂为基体,B₄C为改性填料制备出高温粘结剂,并对 SiC陶瓷进行粘接。对粘接样品热处理之后测试各试样的室温剪切强度。结果表明,700 ～800℃ 热处理后,胶层剪切强度超过 20 MPa。利用扫描电镜以及能谱仪研究粘接试样的断面形貌及其结构特征 , 并借助裂解色谱/质谱联用仪研究了酚醛树脂及B₄C改性酚醛树脂 750℃ 裂解的主要挥发分。研究表明,B₄C与CO等挥发分之间的改性反应可以有效地改善粘结胶层高温下的结构致密性、稳定性。反应产物B ₂O ₃高温熔融,具有良好的润湿/粘附性,可在一定程度上愈合、修补树脂热解产生的收缩缺陷;B₂O₃与树脂基体活性部位形成化学键合,提高了树脂基体的高温稳定性和结合强度,从而实现高温下的良好粘接。     

激光熔覆Ni 基金属陶瓷复合涂层的裂纹研究

利用激光熔覆技术在中碳钢表面制备了不同涂层成分的原位自生TiB₂ / Ni 金属陶瓷复合涂层, 研究了涂层的开裂行为。结果表明: 当陶瓷相含量高时, 涂层中形成的裂纹主要有粘接金属基体中的穿晶裂纹、熔覆层边缘的高密度裂纹、金属基体与硬质陶瓷相界面上的微裂纹以及热影响区中结合界面附近的微裂纹等。涂层中的裂纹主要是由涂层材料与金属基体热膨胀系数不同而造成的热应力产生的, 组织转变应力也起了重要作用。当激光工艺参数及涂层成分配制合理时, 涂层质量良好。      

WC/铁基表面复合材料的热疲劳裂纹形成过程

为了对高热疲劳性能的表面复合材料的设计提供理论依据 , 采用热震试验方法对通过真空实型铸渗(V2 EPC) 方法制备的 WC/铁基表面复合材料的热疲劳性能进行了研究 , 重点讨论了热疲劳裂纹的形成机制。研究结果表明 , 随着 WC颗粒体积分数的增加 , 表面复合材料的热疲劳性能有所改善 , 当 WC体积分数达到 52 %时 , 复合层表面在经过 10次热循环后能保持完好。热疲劳裂纹扩展机制研究表明 , 陶瓷 WC颗粒增强铁基表面复合材料的热疲劳裂纹的产生和扩展是由 WC和基体本身的热应力和二者界面交变循环应力共同交互作用的结果 , 可以通过选用高热导率的陶瓷颗粒作为增强体、 改善陶瓷颗粒本身的微观质量和采用与陶瓷颗粒热膨胀系数相接近的基体等方法提高复合材料的热疲劳性能。      

The sliding wear behavior of TiCp/AZ91 magnesium matrix composites

The AZ91 metal matrix composites (MMCs) reinforced with 5, 10 and 15 wt.% TiC particulates are fabricated by TiC_p–Al master alloy process combined with mechanical stirring. The effects of TiC particulate content, applied load and wearing time on the sliding wear behaviors of the composites were investigated using MM-200 wear testing apparatus. The results show that the wear resistance and friction coefficient of the composites increased and decreased with increase of the TiC particulate content, respectively. The wear volume loss and friction coefficient of the reinforced composites as well as the unreinforced AZ91 matrix alloy increased with increase of applied load or wearing time, but the increase rates of the reinforced composites in two performance is lower than those of the unreinforced AZ91 matrix alloy. Furthermore, the sliding wear behavior of the composites and the unreinforced AZ91 matrix alloy is characterized by ploughing, adhesion and oxidation abrasion.