Ballistic Performance and Damage Characteristics of Chemical Vapor Infiltration Quasi 3D-Cf/SiC Composites

To investigate the ballistic performance and damage characteristics of quasi threedimensional(3D) needle-punched Cf/SiC composites prepared by chemical vapor infiltration(CVI),penetration experiments were conducted by using 7.62 mm armor piercing incendiary(API).Macro and micro fracture morphologies were then observed on recycled targets.The results show that the protection coefficient of 3D Cf/SiC composites is 2.54.High porosity and many micro thermal stress cracks may directly lead to the lower ballistic performance.Flat fracture morphology was observed on the crater surface.The low dynamic fracture strength along layer direction may be attributed to the voids and microcracks caused by residual thermal stress.The damage characteristics of Cf/Si C composites include matrix cracking,fiber bundle cracking,interfacial debonding,fiber fracture,and fiber bundle pull-out.And interfacial debonding and fiber fracture may play major roles in energy absorption.     

Monotonic tensile behavior analysis of three-dimensional needle-punched woven C/SiC composites by acoustic emission

High toughness and reliable three-dimensional needled C/SiC composites were fabricated by chemical vapor infiltration （CVI）. An approach to analyze the tensile behaviors at room temperature and the damage accumulation of the composites by means of acoustic emission was researched. Also the fracture morphology was examined by S-4700 SEM after tensile tests to prove the damage mechanism. The results indicate that the cumulative energy of acoustic emission （AE） signals can be used to monitor and evaluate the damage evolution in ceramic-matrix composites. The initiation of room-temperature tensile damage in C/SiC composites occurred with the growth of micro-cracks in the matrix at the stress level about 40% of the ultimate fracture stress. The level 70% of the fracture stress could be defined as the critical damage strength.     

制作复合材料的三维编织技术

本文研究制作复合材料的三维编织技术。     

三维编织的计算机模拟技术

三维编织过程可以描述为携纱器从一平面网络阵到另一平面网络阵中的位置置换，其位置点对编织纱线的控制是相对暂时的，编织纱线将沿携纱器的运动趋势方向运动，本文从编织过程中出发，建立了三维编织过程的数学模型，采用计算机模拟三维编织机的编织操作，并描述了编织纱线的交织结构。     

Al_2O_3／Al－Si合金复合材料的组织、界面与断口形貌的分析

利用挤压铸造技术制备了Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｓｉ合金复合材料，分析和研究了复合材料的组织、界面和断口形貌．分析结果表明，复合材料的组织细小，纤维分布均匀，氧化铝纤维可作为硅相非自发形核衬底；氧化铝纤维与铝合金基体之间的界面对材料性能影响很大．复合材料断口形貌的观察结果也表明材料的凝固组织和界面是影响材料性能的重要因素，而这些因素受制备工艺的控制．改善制备工艺应从控制界面反应和细化组织着手．     

热压烧结制备CNTs增强镁基复合材料的研究

对CNTs/Mg/AZ91D混合粉末进行机械球磨,采用热压烧结的方法制备CNTs/Mg/AZ91D复合材料。通过XRD,SEM等对复合材料的物相、组织和断口形貌进行分析。结果表明:复合材料以Mg为主相,含少量的Mg17Al12;复合材料的颗粒界面结合紧密,表现为韧性断裂;断口处CNTs呈拔出或桥联形貌,起到桥联强化和传递载荷的作用;当CNTs质量分数为1.0%时,复合材料显微硬度最大达到61.4 HV,相比不含CNTs的基体材料,显微硬度提高了22.6%。     

热处理对3D C/C复合材料断裂行为的影响

采用3D炭纤维预制体,以丙烯作为碳源,氮气作为载气,利用自制的快速CVI炉制备了C/C复合材料。详细分析了不同CVI工艺下,热处理对C/C复合材料断裂强度、断裂方式以及材料均匀性的影响。力学性能测试结果表明,材料的弯曲断裂特征与制备过程中受到的高温热处理次数有关。与1次连续CVI工艺相比,多阶段连续CVI工艺下,C/C复合材料经过2次"CVI-热处理"循环工艺后,其密度达1.8 g/cm3,抗弯强度达196.69 MPa,断裂方式为假塑性断裂,材料在Weibull概率分布下强度分散性较小。     

Compressive testing and failure analysis of three-dimensionally reinforced carbon/carbon composites

It is important to reveal the performance of carbon/carbon composites subjected to complex loading,which can provide a basis for developing the failure laws of carbon/carbon composites.The uniaxial and...     

光学元件亚表层损伤检测和规律研究

为了分析光学元件的加工工艺与亚表层损伤的关系,验证亚表层损伤/表面粗糙度比例预测模型的正确性,探索一种能够快速检测亚表层损伤的方法.文中基于激光散射和共聚焦显微成像理论,分析了共聚焦显微系统测量亚表层损伤的可行性;对三种不同工艺加工的光学表面,利用OPTELICS S130五波长共聚焦显微镜获得光学表面亚表层损伤的三维立体图和纵向数据图,在TalySurf CCI上测量了光学表面的粗糙度,分析了加工过程中磨粒直径变化规律对表面粗糙度和亚表层损伤深度的影响,验证了亚表层损伤深度和表面粗糙度之间呈单调递增了的非线性关系.研究结果表明,共聚焦显微成像技术可以实现亚表层的非破坏性定量检测.     

Fracture mechanism of 3D, five-directional braided (SiO2) f /SiO2 composites prepared by silicasol-infiltration-sintering method

Three-dimensional (3D) five-directional braided (SiO₂) _f /SiO₂ composites were prepared by silicasol-infiltration-sintering (SIS) method. The flexural properties and microstructures were studied. The flexural strength and flexural elastic modulus were found to be 73 MPa and 12 GPa, respectively. The results of stress vs deflection curve and SEM examinations revealed that the fracture mechanism of 3D, five-directional braided (SiO₂) _f /SiO₂ composite was a mixture mode of ductile and brittle. The ductile mode was attributed to the weak bonding strength of fiber/matrix at low temperature. The brittle fracture might be caused by the propagation of micro defect or crack, which existed in the as-prepared composites for the ten-cycle process.     

挤压加工对SiCp/Al复合材料显微组织的影响

开展了挤压加工对碳化硅颗粒增强铝基复合材料显微组织影响的实验研究 .结果表明 :挤压加工有助于细化增强颗粒并提高颗粒分布的均匀性 ;热挤压棒料中的增强颗粒沿挤压方向呈现定向、有序排列的特征 ;断裂颗粒不再成为损伤     

油层压裂模拟的损伤力学方法及数值应用实例

为了充分发挥油层改造的效力,采用塑性损伤有限单元法,模拟水力压裂产生裂纹的扩展和分布情况,并以此为依据,对某油田长度为400m的致密砂岩储层中一条水平井多段压裂的段间距设计进行优化选择,并使用标量损伤从数学上表达注水压裂在油层中产生微裂纹的体积密度.数值计算中采用固液耦合的三维有限元格式来模拟渗流与变形的耦合力学行为.为了对压裂区进行准确模拟,计算中采用了子模型技术.计算结果中给出了给定注水速率时相应的三维损伤演化,同时给出了损伤场、孔隙压力场和主应力场的分布.根据数值计算结果,推荐的段间距为80m,这样400m的水平井段应该采用6段压裂.     

多向编织炭/炭的复合材料烧蚀性能

利用以星型交流电弧加热器为核心的地面模拟系统对三维5D编织炭/炭复合材料的烧蚀行为进行了考核,通过对材料烧蚀表面温度、形貌的在线实时监测及烧蚀后微观结构的观察,研究了该类材料的烧蚀行为.研究发现:三维5D编织炭/炭复合材料的烧蚀是热化学烧蚀和机械剥蚀的综合作用,构件边缘区域以机械剥蚀为主,中心区域表现为热化学烧蚀和机械剥蚀相互耦合,没有明确的分界;基体炭与炭纤维的抗烧蚀性能相差较大,炭纤维的抗热化学烧蚀性能、抗机械剥蚀性能明显高于基体炭,烧蚀后试件烧蚀表面仅剩下凸起的纤维束骨架结构;三维5D编织炭/炭复合材料的烧蚀性能表现出较强的各向异性,在轴向体现为单根纤维失去周围基体支持而发生剥离,抗烧蚀性能相比较好;在径向体现为烧蚀表面脱层,抗烧蚀性能相比较差.     

三维复合材料制作原理及弹性常数预测

分析了三维复合材料的基本原理及其制作方法，从微观力学模型出发，对其弹性常数进行了预测，分析了这些常数随参数变化的情况，并与实验进行了比较，结果表明本文的预测方法是比较准确的。     

纺织复合材料强度的概率分布预测

研究了考虑增强纤维力学性能离散性的纤维链束模型的发展及最新进展情况 ,认为这种分析方法是一种简单有效的复合材料强度预测的分析方法 ,可以应用于机织物复合材料的强度预测中。     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料单轴压缩性能研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料进行不同应变率下的动态压缩实验,并与准静态压缩实验结果比较.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了复合材料的相组成和断口形貌.结果表明:在压缩条件下三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料的断裂发生在弹性变形阶段,断裂前几乎观察不到塑性变形;复合材料的准静态压缩强度达到了1 270 MPa,高于在动态压缩中的断裂强度1 100 MPa.试样发生纵向劈裂和剪切断裂,准静态下试样形成的破片数量较多,动态加载条件下试样破碎成数量较少的较大块体.三维连通网状SiC陶瓷断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂,非晶合金发生粘性流动,在变形过程中形成脉状花样,在高应变率加载条件下,非晶热软化严重,断口形貌复杂多样.     

烧结温度和成分对Al_2O_3-TiC复合材料力学性能影响

以α-Al2O3粉、TiC粉为原料,采用热压烧结工艺制备了Al2O3-TiC复合材料,系统研究了烧结温度以及成分对Al2O3-TiC复合材料的组织结构和力学性能的影响规律.结果表明:α-Al2O3与TiC间没有发生化学反应,两相间具有很好的化学相容性.TiC的引入有利于提高Al2O3-TiC复合材料的力学性能.1 600℃热压烧结的Al2O3-20%TiC复合材料具有最佳的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别达到509.45 MPa和5.27 MPa·m1/2,复合材料的断裂方式主要是沿晶断裂,同时伴有穿晶断裂.     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

Al_2O_3-TiC复合材料放电等离子烧结(SPS)致密化研究

用燃烧合成及放电等离子烧结法制备出致密Al_2O_3-TiC复合材料;分析了烧结温度与材料致密度、显微结构及力学性能的关系;真空气氛、1650℃、保温5min烧结试样的相对密度达99.8％,断裂韧性为4.61 MPa·m~(1/2);更高温度下烧结,气相反应加剧,不利于致密度进一步提高,力学性能也有所下降。沿晶断裂是其主要断裂方式。     

复合材料三维编织工艺底盘运动规律

本文对三维编织工艺引纱器的运动规律进行了探讨，得出了一些有用的结论。这些结论对于指导三维编织工艺设计和计算机辅助设计系统的研制，具有重要意义。