缝纫复合材料单向板面内力学性能的试验研究

对缝纫复合材料单向板在单向拉伸载荷作用下的面内力学性能进行试验研究,给出了缝纫密度、缝纫线直径对复合材料单向板面内拉伸强度的影响规律.研究发现复合材料的破坏模式与缝纫密度有关,对于中低密度缝纫的单向板其破坏模式为纤维断裂,而对于高密度缝纫的单向板其破坏模式为复合材料撕裂破坏.并从复合材料细观结构层次上揭示了破坏模式和拉伸强度与缝纫密度之间的内在关系.     

缝合复合材料层板面内局部纤维弯曲模型及剪切强度预报

提出了面内局部纤维弯曲模型,基于有限元法和周期性边界条件建立了缝合层板面内剪切强度分析方法,采用桥联模型和最大应力判据分析损伤扩展并获得面内剪切强度,预报结果与试验吻合较好,探讨了缝合参数对层合板面内剪切强度的影响规律,结果表明缝合削弱了层合板的面内剪切强度,缝合针距和行距越大对面内剪切强度越有利,较细的缝合线对面内剪切强度有利.     

缝纫复合材料层合板面内弹性模量分析

基于对缝纫孔附近局部细观结构的分析,提出了一种预测缝纫复合材料层合板面内力学性能的理论模型．从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手,最终得到单向板及层合板的弹性常数．通过有限元分析研究了缝纫参数对复合材料层合板面内等效模量的影响．研究结果表明,缝纫造成单向板及层合板面内材料性质的不均匀,随着缝纫密度和缝纫线直径的增加,层合板的等效模量逐渐降低．     

PREDICTIVE APPROACH TO FAILURE OF COMPOSITE LAMINATES WITH EQUIVALENT CONSTRAINT MODEL

<正>This work established a new analytical model based upon the equivalent constraint model(ECM)to constitute an available predictive approach for analyzing the ultimate strength and simulating the stress/strain response of general symmetric laminates subjected to combined loading,by taking into account the effect of matrix cracking.The ECM was adopted to mainly predict the in-plane stiffness reduction of the damaged laminate.Basic consideration that progressive matrix cracking provokes a re-distribution of the stress fields on each lamina within laminates, which greatly deteriorates the stress distributed in the primary load-bearing lamina and leads to the final failure of the laminates,is introduced for the construction of the failure criterion. The effects of lamina properties,lay-up configurations and loading conditions on the behaviors of the laminates were examined in this paper.A comparison of numerical results obtained from the established model and other existed models and published experimental data was presented for different material systems.The theory predictions demonstrated great match with the experimental observations investigated in this study.     

缝合复合材料制备工艺和力学性能研究

从缝合复合材料的工程实际应用、工艺、力学性能、分析方法等方面对缝合复合材料的制备工艺和力学性能研究发展状况进行了比较全面系统的阐述与分析,重点介绍了缝合复合材料的各种力学性能及其强度分析模型.在强度分析模型中, 介绍了弹性矩阵场函数和缝合复合材料强度场的概念.缝合复合材料在结构整体性、层间性能以及低速冲击损伤阻抗等方面具有明显的优势,克服了普通层合板层间性能以及低速冲击后压缩性能低的弱点. 但是,缝合复合材料的工艺相对比较复杂,缝合对层合板的部分面内力学性能存在一定的负面影响,而且在湿热环境条件下其层间强度高的优势无法发挥.在选用缝合时,应根据所用层合板的铺层顺序及其使用的环境条件,同时还应兼顾缝合对铺层面内力学性能的影响, 决定是否使用缝合结构.在湿热性能要求不高的结构中, 如导弹结构,缝合复合材料已经得到了很好的应用.      

平纹编织陶瓷基复合材料面内剪切细观损伤行为研究

采用约西佩斯库(Iosipescu)纯剪切试件,研究了平纹编织SiC/SiC和C/SiC复合材料的面内剪切应力-应变行为和细观损伤特性.通过试验获得了材料不同方向上的单调和迟滞应力-应变行为,对比分析了两种材料的剪切损伤特性,结果表明材料的剪切损伤演化规律受热残余应力水平影响严重.由试件断口电镜扫描结果发现剪切加载状态下桥连纤维承受显著的弯曲载荷和变形,据此提出了纤维弯曲承载机制,并结合裂纹闭合效应分阶段阐释了材料的剪切迟滞环形状.基于材料的剪切细观损伤机制,通过两个损伤变量表征了材料的剪切损伤演化进程,得到了材料的面内剪切细观损伤演化模型.对比发现2D-C/SiC复合材料45°方向基体裂纹的起裂应力明显小于2D-SiC/SiC复合材料,而两者0°/90°方向裂纹的起裂应力基本相同.      

平面织物复合材料机械性能的数值细观力学分析

本文根据应变能等效原理,利用有限元分析方法,处理了单层平面织物复合材料弹性性质的细观力学估算问题.建立了平面织物增强树脂的单方向波纹模型,对于织物的结构,组分性质与复合材料的宏观性能的关系作了系统处理.给出了一组较完整的平面织物复合材料单层弹性常数的估算结果,数值予告与实验结果比较,表明文中所提出的方法是有效的,并且可以进一步用它来考虑更为完善的平面织物复合材料二维波纹模型的分析.     

随机孔隙缺陷对3D编织复合材料力学性能的影响研究

3D编织复合材料经RTM工艺成型将难以避免产生孔隙缺陷,孔隙缺陷主要包括纤维束内干斑和富树脂区孔隙.经分析RTM工艺孔隙缺陷的产生机理,提出了随机孔隙缺陷分布模型,建立了基于细观胞元的含孔隙缺陷有限元分析模型,并应用概率统计方法,分析了缺陷的随机分布和孔隙率对材料等效弹性性能的影响.可为3D编织复合材料力学性能的设计提供依据.     

A UNIFIED ENERGY APPROACH TO A CLASS OF MICROMECHANICS MODELS FOR MICROCRACKED SOLIDS

Micromechanics models have been developed for the determination ofthe elastic moduli of microcracked solids based on different approaches andinterpretations,including the dilute or non-interacting solution,the Mori-Tanakamethod,the self-consistent method,and the generalized self-consistent method.It isshown in the present study that all these micromechanics models can be unified withinan energy-equivalence framework,and that they differ only in the way in which themicrocrack opening and sliding displacements are evaluated.Relevance to thedifferential methods and the verification of these models are discussed.     

多相材料有效性能预测的高精度方法

有效介质方法是常用的细观力学方法之一.其可用于计算多相材料的有效性能,并建立材料微细观结构和宏观性能的定量关系;有助于指导新材料设计,减少试验工作量等.然而,当夹杂含量升高时,传统有效介质方法的计算精度下降.本文以两相材料为研究对象,提出一种新的参考介质,即:为更合理考虑不同夹杂颗粒间的相互作用,假定参考介质的应变是基体相平均应变和某一修正张量的双点积.在此基础上,推导了新参考介质下两相材料的有效模量表达式,并给出该修正张量的近似计算方法;通过反复更新参考介质,采用多层次均匀化思路,将本文方法进一步用于多相材料性能的预测.为验证方法的有效性,将预测结果与已有模型结果和试验数据进行对比.结果表明本文方法较已有方法更为合理、有效.当夹杂含量升高时,本文方法较传统有效介质方法的计算精度有所提升.     

水泥砂浆界面相弹性常数的反演计算

为了计算水泥砂浆界面过渡区的弹性常数,采用广义自洽方法(GSCM),根据水泥砂浆内部的微细观结构,建立了由水泥浆基体、岩石离散夹杂(骨料)、界面过渡区(ITZ)和有效弹性材料组成的四相复合材料模型.推导了界面相的体积模量和剪切模量方程.利用已知水泥砂浆材料的实验数据,计算了界面相的弹性常数.发现界面相剪切模量约为水泥浆基体剪切模量的50%.     

三维机织复合材料的弹性性能预报模型

建立了基于等效响应比拟技术的三维机织复合材料弹性性能预报模型．首先将三维机织物的结构单元分解为4个子元(经纱、纬纱、填充纱和接结纱),用几何模型去估算这些子元的体积分数．然后依据不同的外载形式,将复合材料的应力-应变关系等效地表达为3组诸子元所组成的三维弹簧网络．根据刚度系数的物理意义,采用不同的弹簧网络连接形式,并按体积平均化方法获得材料总体刚度矩阵中相应的刚度系数,进而计算得到三维机织复合材料的9个弹性系数．该模型考虑了层内交织经纱、层间交织接结纱的弯曲以及材料内部纯树脂区对三维机织复合材料弹性性能的影响．试验结果与模型的理论预测值进行比较,表明这个模型是有效的。     

INFLUENCE OF SHAMPOO ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF HUMAN HAIRS1)

头发的弹性和抵抗意外拉断的能力是人们非常关注的指标。为了迎合这一需求,有些厂商推出了具有所谓“强韧”发质功效的洗发水,但其实并不清楚是否真能使头发变“强韧”。为此,针对市场上常见的一种标称具有“强韧”功效的洗发水,通过拉伸力学实验对头发洗护前后的力学性能进行了对比研究。结果表明,用洗发水处理后的头发,屈服应力下降,意味着头发更容易过早进入塑性变形;抗拉强度、最大应变减小,意味着头发抵抗外力拉断的能力下降;杨氏模量下降,说明头发抵抗弹性变形的能力变差。综上,所研究的洗发水对“强韧”发质没有帮助。 关键词: 头发,洗发水,力学性能,强度,韧性     

正交各向异性Kagome蜂窝材料宏观等效力学性能

由于微结构的布局和尺寸的方向性,人造和天然的蜂窝材料都会不同程度呈现各向异性,其中正交各向异性的蜂窝材料较为常见.该文采用桁架模型推导了正交各向异性Kagome单胞蜂窝材料等效刚度和强度的解析表达式,给出了初始屈服函数和近似弹性屈曲强度,讨论了等效刚度与各向异性率和相对密度的关系.等效刚度的解析结果与单胞壁杆采用梁单元建模的刚架模型均匀化结果进行比较,结果令人满意.需要说明的是这类"组合蜂窝"材料具有多功能性和潜在的可设计性,正在受到人们关注.     

泡沫塑料力学性能研究综述

本文对泡沫塑料静、动态力学性能的研究文献进行了综述，重点介绍近期的研究进展，并简单介绍作者在这一领域的一些工作．     

由组份材料性能计算复合材料强度的理论与实践简

强度是结构材料最重要的一项性能指标,但如何预报纤维增强复合材料的极限承载能力却依然还是一个世界性难题. 经作者及其团队多年来的不懈努力,使得实现由原始组份性能计算复合材料强度的目标不再遥不可及. 本文围绕如何达到这一目标进行简要介绍. 也许不久之后,一旦纤维和基体材料的性能数据库建立起来,任何一个复合材料结构的设计与开发将不再依赖于甚至无需任何实验. 这不仅能节省大笔实验费用,而且能大幅缩短复合材料新产品的问世周期,促进复合材料更加广泛和更为有效地应用.     

COMPUTATION OF FLEXURAL PROPERTIES OF HA/PLLA COMPOSITE USING A CELL MODEL APPROACH

A three-dimensional finite element analysis was conducted to evaluate the feasibility of predicting the flexural properties of hydroxyapatite-reinforced poly-L-lactide acid (HA/PLLA) biocomposite using three different schemes. The scheme 1, originated from a beam analysis, was used to determine the flexural modulus analytically while the scheme 2 and 3 were designed to have different loading and boundary conditions using a finite element cell modeling approach. An empirical approach using Chow's formula and experimental data were used for comparison with the predicted results. In order to reduce the computational time and save the storage space involved in determining the effect of varying particle volume fractions on the flexural properties of HA/PLLA, a superelement technique was applied. The results using the scheme 3 and the Chow's formula were found to be in reasonable agreement with experimental results over the range of particle volume fraction. In addition to the Chow's formula, local stress distribution and the failure processes in HA/PLLA were simulated using the finite element technique.     

高温后高强高性能混凝土双轴压力学性能

利用大型静动真三轴试验机,进行了常温20${^\circ}$C以及200${^\circ}$C$\sim $ 600${^\circ}$C\,6个温度等级高温后高强高性能混凝土在7种应力比双轴压应力状态下的强度与变形试验.测得了双轴主压方向的静态强度、峰值应变与应力应变曲线,剖析了温度和应力比对单、双轴压强度与峰值应变发展趋势的影响规律性以及试件破坏形态. 试验结果表明:随温度的升高,高强高性能混凝土的单轴压减摩强度并不一定降低;双轴压强度相对于单轴压强度的提高倍数取决于应力比、不同温度等级后的高强高性能混凝土``脆硬性'. 提出了带有温度和应力比参数的Kupfer-Gerstle破坏准则公式.      

一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法

在最小二乘意义下提出了一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法.这种方法由于考虑了等效弹性张量各分量之间的耦合关系,所求得的等效弹性常数比传统方法更可靠,可适用于求解含任意形状的夹杂和夹杂物问题.通过算例计算了在不同弹性模量对比度下两相复合材料的等效弹性性能,并与相关的理论及数值结果进行了比较,结果表明,利用该方法计算含夹杂复合材料等效弹性常数是可行的.     

平纹机织碳纤维复合材料的多尺度随机力学性能预测研究

平纹机织碳纤维复合材料在结构上具有多尺度特性和空间随机性. 同时, 组分材料会因存储条件和组成相成分、批次的不同导致力学性能有所差异. 当考虑各尺度结构和组分性能参数不确定性进行随机力学性能预测时, 存在以下两个难点: 一是随机变量众多, 使得对不确定性传递方法的精度和效率提出了要求; 二是由于随机参数之间存在高维相关性, 需要建立高精度的相关性模型. 针对以上问题, 本文提出了基于混沌多项式展开和Vine Copula的平纹机织复合材料多尺度随机力学性能预测方法, 综合考虑了平纹机织碳纤维复合材料微观及介观尺度的材料、结构随机参数, 基于自下而上层级传递的策略逐尺度地研究力学性能不确定性. 该方法采用Vine Copula理论构造相关随机变量的高维联合概率分布, 并运用非嵌入式混沌多项式展开法实现不确定性传递. 结果显示, 本方法构造的相关性模型几乎与原模型一致, 且能够高效准确地实现各尺度力学性能的随机预测.