C/SiC复合材料氧化残余强度计算模型

纤维氧化会使C/SiC复合材料的强度大幅度降低,因为是纤维中出现了缺口,不仅仅产生应力集中,而且纤维强度大大降低,纤维很容易发生断裂.文中基于这一损伤机理,建立细观力学分析模型,运用统计强度理论,对C/SiC复合材料无应力氧化残余强度进行模拟计算.模型引入纤维的氧化缺口,并考虑纤维特征强度的降低,获得与氧化试验值比较一...     

室温下C/SiC复合材料螺纹紧固件的拧紧特性

探讨了C/SiC陶瓷基复合材料螺纹紧固件在室温下的拧紧特性。试验测试了紧固件在拧紧和拧松过程中, 力矩与预紧力两者的对应关系, 记录了预紧力在短时、 长时内的减小比率, 并用显微镜观察了螺纹面的磨损情况。另外, 分析了材料非线性拉伸行为对拧紧状态所造成的影响。结果表明: 拧紧、 拧松力矩与预紧力之间近似呈线性关系, 螺纹面和支承面的平均摩擦系数分别为0.52和0.46; 随拧紧力矩增大, 螺纹面产生一定程度磨损, 螺纹之间的相互嵌入作用减弱, 因此预紧力在拧紧后的降幅减小, 稳定性提高; 对螺栓进行适当的预拉伸处理, 提高材料的弹性极限后, 可提高紧固件的抗松弛能力。     

平纹编织C/SiC复合材料的剪切性能

采用IOSIPESCU纯剪切试件,改进反对称四点弯曲装置进行循环加卸载,试验研究了CVI工艺二维平纹编织C/SiC复合材料的面内剪切特性。分析了不同应力水平下卸载模量、残余应变的变化。基于试验研究结果,将剪切应变分解为弹性应变与非弹性应变,分别分析弹性应变和非弹性应变的变化规律,给出了剪切应力应变关系表达式。试件断裂时,最窄截面位置形成平断面,断面扫描电镜分析发现,基体和界面裂纹是主要损伤机理,0°纤维束最后断裂。     

层间增韧复合材料在静压痕力下的损伤阴抗和渐进损伤分析

在复合材料层合板层间植入韧性层是提高复合材料韧性和抗冲击能力的有效方法.为了研究层间增韧对层合板损伤损伤阻抗的改善作用,文中通过准静态压痕试验研究间增韧复合材料在准静态压痕力的损伤和破坏行为,利用超声C扫描测量分层损伤面积.试验结果表明,层间增韧复合材料具有较高的分层起始载荷和分层起始能量,损伤阻抗显著提高.在相同的载荷水平下,具有较小的分层损伤面积.文中还采用有限元方法对层间增韧复合材料在静压痕力下的分层和铺层失效进行数值分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好.     

双金属板软化界面的止裂与分层机理

采用带软化界面层的双金属层状板,分析了裂纹垂直于界面扩展过程中的力学行为.带单边裂纹的钢/铝层板的实验表明,裂尖到达界面时裂纹扩展速率降低;载荷增高后,易在界面上产生分层.利用有限元软件分析了裂纹前沿应力和应变的变化.计算结果表明,软铝界面层出现较大塑性应变,增加了裂纹扩展阻力,使裂纹扩展应力降低,而界面分层应力提高,导致了裂纹扩展速率降低和界面分层现象.     

2.5D-C/SiC复合材料的拉伸损伤研究

通过2.5D-C/SiC陶瓷基复合材料的面内拉伸试验, 研究了材料在拉伸载荷作用下的力学性能和损伤演化过程, 建立了2.5D-C/SiC复合材料的应力型和应变型拉伸损伤演化模型. 结果表明, 材料沿纵向和横向的拉伸应力－应变曲线相似, 损伤过程基本相同. 对应于拉伸应力应变曲线的三个特征切线模量, 面内拉伸的损伤演化过程可以分为三个阶段: 初始损伤阶段、损伤加速阶段和损伤减缓阶段. 由应力型损伤演化模型可以推导出三个损伤阶段的两个特征应力, 其中第一特征应力可以作为工程比例极限的参考值.     

含离散源损伤复合材料加筋板的拉伸特性

通过对含有离散源损伤的复合材料加筋板的拉伸试验和有限元模拟,研究了离散源损伤的损伤扩展与破坏特性。结果表明:复合材料加筋板的离散源损伤用穿透蒙皮切断桁条的切口来模拟是合适的,蒙皮上的穿透切口前端有很高的应力集中,桁条被切断导致加筋板传力路线改变;基于Hashin失效准则的渐进损伤有限元数值模拟方法,可以有效地模拟含切口加筋板的宏观损伤扩展和破坏过程,计算结果与试验值吻合较好。      

铺层拼接层合板的抗拉强度

针对复合材料结构设计中遇到含铺层拼接的层合板强度预测问题,本文设计了含铺层交错拼接区的碳/双马复合材料层合板试件,采用拉伸试验方法测定了该材料的力学性能,得到了不同拼接长度层合板的抗拉强度。试验结果表明,铺层拼接状态差异对复合材料层合板的承载能力有显著影响,文中根据试验结果建立了抗拉强度随拼接长度变化的经验公式,为复合材料层合板结构的铺层设计和强度分析提供了理论依据。     

界面性能对陶瓷基复合材料拉伸强度的影响

基于陶瓷基复合材料拉伸试验现象引入了主裂纹损伤带的概念, 并将其宽度定义为界面脱粘长度. 由于界面性能对纤维应力集中有较大影响, 并且控制着材料的断裂模式, 分别给出了脆性断裂和韧性断裂的强度计算公式, 并引入了应力集中系数和界面脱粘能量释放率. 分析结果表明, 拉伸强度随着应力集中系数和界面脱粘能量释放率的增大而减小. 文中公式给出的预测值与试验值吻合较好, 表明断裂时纤维所承担的应力用脱粘段纤维平均应力来衡量是合适的.     

纤维/基体界面应力分析及界面失效

通过对纤维和基体的变形分析, 建立求解界面问题的基本方程。采用位移函数法, 导出比 较简明的界面剪应力分析表达式。通过界面应力分析, 引入界面剪切强度, 得到一般界面失效准 则。