复合材料层板动态力学性能和本构关系研究

在不同温度环境下 ,利用MTS材料试验机 ,在中等应变速率 ( 1 /s)下 ,对玻璃布———环氧层板的动态力学性能进行了实验研究 ,给出一种较为可靠的复合材料拉伸试样设计方法 ,获得了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明 ,玻璃布———环氧层板具有明显的应变率相关和温度效应。采用Johnson提出的温度、应变率相关的本构模型 ,根据实验数据拟合了玻璃布———环氧层板材料的本构关系 ,分析表明该本构关系可以很好地描述材料的应变率和温度效应。     

低温环境下复合材料层板动态断裂韧性的实验研究

利用ＭＴＳ材料试验机和自制的低温实验装置，研究了玻璃布－环氧层板（ＧＦＲＰ）在０℃、－３０℃低温环境下的动态断裂性能。采用ＷＥＫ断裂模型来预测低温环境下ＧＦＲＰ材料的动态断裂韧性，给出了具体的实验测试步骤和理论分析方法。同时测定了单边切口试样拉伸情况下的断裂功，和ＷＥＫ模型计算值进行比较，这两种方法都反映出温度和加载速率的改变对玻璃布－环氧层板材料的断裂性能有明显的影响。在低温环境下，当应变速率提高时，断裂性能明显增强；和室温情形相比，在低温环境下，ＧＦＲＰ材料的断裂性能有所提高     

冲击载荷作用下复合材料层板动态力学性能的实验研究

介绍了Hopkinson杆冲击拉伸实验设备及其实验技术,对CFRP、GFRP层合板进行了冲击拉伸实验研究,得到不同加载率下CFRP、GFRP层板的应力-应变(σ-ε)曲线,以及断裂强度、拉伸模量和断裂应变随加载速率改变的规律,认识复合材料层板在冲击拉伸情况下动态力学行为和变形、破坏机理。     

湿热环境下复合材料层板压缩性能研究

采用压缩试验方法研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料压缩性能的影响。对干态、湿态复合材料层板进行了不同温度下的压缩试验。分析了该复合材料的吸湿特性、不同湿热环境下的压缩性能及破坏模式。吸湿试验结果表明:机织碳纤维环氧复合材料的平衡吸湿率在0.88%左右。吸湿后试样表面变的较为光滑,存在一些树脂破坏,有少量纤维拔出;并发生了界面破坏。压缩试验结果表明:湿热环境对该复合材料压缩性能的影响较为显著,湿热会降低由基体性能主导的压缩强度,130℃下湿态试样的压缩强度保持率约为65%。纤维与基体的结合强度对压缩破坏模式有重要的影响,湿热条件下由于纤维与基体的结合强度降低,侧面断口出现分层破坏现象。     

静力拉伸载荷下纤维金属层板的变形行为

为研究静力拉伸载荷下纤维金属层板变形行为,在标准试验之外引入数字图像关联技术(简称DIC),观测了GLARE2-3/2、GLARE3-3/2和GLARE6-3/2层板试样的应变变化过程.对比分析了获得的应力-应变曲线、应变云图及试样不同位置处的应变随载荷时间历程变化的过程.结果显示:GLARE2-3/2层板试样的应变变化过程均匀稳定,无明显边界效应;GLARE3-3/2层板试样轴向有瞬时的性能退化,横向具有边界效应;GLARE6-3/2铺层试样具有两次瞬时性能退化,横向边界效应与GLARE3层板试样相反.     

Superplastic Behavior and Deformation Mechanisms of AI-12.7Si-0.7Mg Alloy

对Al-12.7Si-0.7Mg合金在Instron5500电子万能材料试验机上进行超塑性拉伸实验.通过对该合金超塑性过程中延伸率δ,应变速率敏感性指数m值的计算,获得了不同变形温度、不同应变速率下δ和m值的变化规律.该合金在温度为793 K,应变速率为1.67×10-4s-1时,合金的应变速率敏感性指数和延伸率均达到最大值,分别为0.44,379%.分别构建了该合金的功率耗散率图以及铝合金RWS变形机理图.运用功率耗散率图预报该合金的超塑性变形区域;应用铝合金变形机理图并结合该合金超塑性拉伸前后显微组织变化规律,根据不同温度下Al-12.7Si-0.7Mg合金柏氏矢量补偿的晶粒尺寸值、模量补偿的应力值预报该合金的超塑性拉伸变形机理.     

Al-12.7Si-0.7Mg合金超塑性变形行为及变形机理

对Al-12.7Si-0.7Mg合金在Instron5500电子万能材料试验机上进行超塑性拉伸实验.通过对该合金超塑性过程中延伸率δ,应变速率敏感性指数m值的计算,获得了不同变形温度、不同应变速率下δ和m值的变化规律.该合金在温度为793 K,应变速率为1.67×10-4s-1时,合金的应变速率敏感性指数和延伸率均达到最大值,分别为0.44,379%.分别构建了该合金的功率耗散率图以及铝合金RWS变形机理图.运用功率耗散率图预报该合金的超塑性变形区域;应用铝合金变形机理图并结合该合金超塑性拉伸前后显微组织变化规律,根据不同温度下Al-12.7Si-0.7Mg合金柏氏矢量补偿的晶粒尺寸值、模量补...     

一种含N低Ni经济型双相不锈钢的抗氢脆性能的研究

设计了一种新型低Ni经济型双相不锈钢，通过金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对不同固溶温度处理后的试样进行表征，通过常规拉伸实验得到综合力学性能最佳的热处理温度点，并通过电化学预充氢后的慢应变速率拉伸实验探究了其氢脆敏感性能。实验表明，随着温度的升高，奥氏体体积分数明显下降，铁素体体积分数升高，氢在双相不锈钢中的扩散能力提高。在1 050 ℃下固溶处理5 min后水淬的经济型双相不锈钢（lean duplex stainless steel，LDSS）综合性能最佳，其屈服强度和抗拉强度分别为744.7 MPa和807.7 MPa，总伸长率为62%，并且该材料在不同温度都具有优异的加工硬化性能。通过对1 050 ℃热处理后的试样进行不同电流密度和时间的预充氢处理，发现其氢脆敏感性能受充氢时间影响大于充氢电流，氢原子主要在塑性变形阶段降低材料抗拉强度和伸长率，对屈服强度影响较小。     

望湘花岗岩高温高压流变实验

采用固体围压高温高压三轴变形实验装置，对望湘花岗岩作了不同温度、压力下的固态流变实验；变形试样作了光学显微镜和ＴＥＭ分析．实验温度３５０～９５０℃，围压６０～４２０ＭＰａ，应变速率１０－６ｓ－１．试样在较低温度压力下表现为脆性破裂；在较高温度压力下出现脆性—韧性过渡状态．望湘花岗岩中长石、石英和黑云母有不同的变形构造和流变性质．     

热力氧耦合环境下C/C复合材料的力学性能表征

为了准确表征C/C复合材料在热力氧耦合环境下的力学性能,采用高温试验装置,在不同的预应力与温度条件下对带/不带抗氧化涂层2类典型的C/C复合材料拉伸试验件进行测试.试验结果表明,不同应力水平导致C/C复合材料的损伤可分为扩散控制和反应控制2个阶段.在扩散控制阶段,结构各部分承载的均匀性较好;在反应控制阶段,材料拉伸模量显著下降.当高温下外载荷产生的应变小于等于0.2%时,不带抗氧化涂层C/C复合材料的强度约为带抗氧化涂层C/C复合材料强度的50%.不同温度条件下材料的强度性能变化不显著,但随时间增加,其高温强度逐渐下降.研究结果对于C/C复合材料在飞行环境下的强度设计与评估具有重要的参考价值.     

模内镶件注塑膜片的粘弹性本构模型

在G'sell理论和DSGZ模型基础上,提出了模内镶件注塑膜片的粘弹性本构模型--CF-DSGZ模型.该模型不仅可以描述膜片材料的屈服和应变软化、应变硬化特性,还考虑了不同加载方式下静水压力的影响,克服了DSGZ模型预测玻璃化以上温度时材料的真实应力―应变具有较大误差的缺陷.文中以PMMA-IRK-304膜片材料为例,通过不同温度和拉伸速度下的单向拉伸实验和常温单向拉伸与压缩实验验证模型的准确性.结果表明,除了初始小应变阶段存在若干小偏差外,CF-DSGZ模型预测曲线与实验数据吻合得很好.     

应力对纤维增强塑料排烟内筒耐腐蚀性能的影响

针对燃煤电厂烟囱纤维增强塑料排烟内筒工程中应用的纤维增强复合材料试样S-1设置了5种实验条件,即条件A（静态浸泡）、条件B（Ⅰ型应变,应变4.61%）、条件C（Ⅰ型应变+静态浸泡）、条件D（Ⅱ型应变,应变5.89%）、条件E（Ⅱ型应变+静态浸泡）,以探究不同实验条件下试样性能的变化。力学性能测试结果表明：不同实验条件下,试样力学性能出现了不同程度的下降,相对于条件B,试样在条件D下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了2.98%、9.52%;相对于条件C,试样在条件E下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了5.92%、4.42%。扫描电子显微镜（SEM）研究发现,试样S-1在条件E下经90 d的实验周期后,表面破坏较为严重,有明显的纤维拔出现象,巴氏硬度测试也表明试样在不同条件下的表面状态发生了变化。红外图谱结果表明,试样在条件E下的水解程度大于条件C。     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。     

碳纤维复合材料的应变测量试验方法

碳纤维复合材料目前被广泛用于制造航空航天设备以及轻量化武器装备的承力结构件,它的力学性能测量试验研究具有重要的意义。利用万能材料试验机对碳纤维复合材料进行拉伸试验,通过在材料的同一位置粘贴电阻应变片,结合光纤光栅传感器和喷涂散斑高速摄像的方法对其进行了应变测量可行性验证。常温下,万能材料试验机以一定的加载速度加载,在不同拉力处获得了应变试验数据。结果表明材料在拉伸和卸载过程应变分别呈现线性上升和线性下降趋势,三种试验方法获得的实验结果具有较好的一致性,利用该方法尝试了碳纤维复合材料的受热应变测试。     

SiC晶须增强纯铝基复合材料的高应变速率超塑性

用压力浸渗、小挤压比的挤压以及进一步的轧制这一新的工艺路线，成功地制备了具有高应变速率超塑性行为的β－ＳｉＣ晶须增强纯铝基复合材料该复合材料在温度为８９３～９０３Ｋ、初始应变速率为１．０×１０－２～１．０×１０－１ｓ－１的条件下超塑性变形时，延伸率为２２０％～３８０％差热分析和微结构观察结果表明：除了细小的均匀的微结构，适当的微量液相也是铝基复合材料获得好的高应变速率超塑性的必要条件     

基于特定材料的冲击弹性波传播规律探析

为了更好地研究冲击弹性波在平台上的传播规律,选用特定的各向同性材料和各向异性材料搭建实验平台,探究冲击弹性波在平台上的传播规律。以环氧玻璃布层压板为各向异性材料,以有机玻璃厚板为各向同性材料,利用黏附在该特定材料上的PVDF传感器群,采集并分析不同厚板和层叠板在冲击条件下弹性波的传播规律。实验结果表明,在各向异性材料上,沿纤维排列方向的横波传播速度最快,纵波的传播速度最慢;各向异性材料层叠板的纵波传播速度远慢于该材料的层压厚板的纵波传播速度;沿特定角度设置的测试通道远离材料中心区域横波的传播速度较大。基于实验结果提出有利于隔冲材料上弹性波传递和扩散的材料组合方式,即设计隔冲复合材料时加入规则排布的高声波速率的纤维材料,将隔冲材料整体设计为分层结构并且在材料边缘设置一定数量的90°锯齿形结构。     

碳纤维复合材料的应变测量试验方法研究

碳纤维复合材料目前被广泛用于制造航空航天设备以及轻量化武器装备的承力结构件,它的力学性能测量试验研究具有重要的意义。本文利用万能材料试验机对碳纤维复合材料进行拉伸试验,通过在材料的同一位置粘贴电阻应变片,结合光纤光栅传感器和喷涂散斑高速摄像的方法对其进行了应变测量可行性验证。常温下,万能材料试验机以一定的加载速度加载,在不同拉力处获得了应变试验数据。结果表明材料在拉伸和卸载过程应变分别呈现线性上升和线性下降趋势,三种试验方法获得的实验结果具有较好的一致性,利用该方法,尝试了碳纤维复合材料的受热应变测试。     

原位合成TiB和TiC增强钛基复合材料的超塑变形力学行为

研究了利用普通熔铸设备,原位合成法制备的TiB和TiC颗粒增强钛基复合材料的高温变形行为．在915～1100℃,初始应变速率ε=101^-2～10^-4s^-1,进行了超塑拉伸实验．结果表明,在1015℃、ε=10^-2s^-1时,延伸率最大,为235％,相应的应变速率敏感性因子为0．22,最大的m值并不对应最大的延伸率．计算得到各温度下的超塑变形表观激活能为144～311kJ／mol,激活能的差异表明,该复合材料的高温变形在不同温度下受不同机制控制．同时,利用扫描电镜观察了断口形貌,分析了其变形机理．     

环境温度对碳纤维复合材料层合板力学性能的影响

环境温度对飞机复合材料结构的力学性能有着至关重要的影响。为了更好地掌握碳纤维/树脂基复合材料层合板在不同温度环境下的力学性能变化情况,以W-3021FF/LY 1564 SPT/XB 3487复合材料为研究对象,在湿法成型工艺下,分别在-54℃、25℃(室温)、71℃温度环境下进行拉伸、压缩力学性能试验,并利用扫描电镜显微镜(SEM)对力学性能试样断口进行扫描分析。试验结果表明:与室温环境相比,低温环境下碳纤维与环氧树脂基黏合增强,复合材料层合板的拉伸与压缩强度提高;而高温环境碳纤维与环氧树脂基结合弱化,复合材料试样的拉伸与压缩强度均降低。     

原位自生TiB增强钛基复合材料的热变形行为

通过等温热压缩模拟方法在温度为850～1 050 ℃和应变速率为0.02～0.50 s^-1的工艺下研究了原位自生5% TiB (体积分数)增强Ti复合材料的热变形行为。结果表明：在热变形过程中,试样的流变应力和峰值应力均随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;试样在高变形温度及低应变速率下变形时,TiB增强体有足够时间进行旋转取向而减少断裂,这有助于提高材料性能;通过计算得出试样在（α+β）相区和β相区的塑性变形表观激活能分别为789.8 kJ/mol和 271.6 kJ/mol,大于钛的表观激活能。分析认为：TiB增强体对试样的热变形行为有显著的影响;随着变形温度的不断升高,试样的塑性变形表观激活能显著降低,表明试样在850～1 050 ℃的高温塑性变形行为具有明显的分区特征;在不同温度区间的变形机制不同,因此在（α+β）相区和β相区分别建立了其热变形本构方程。