钢/锌层状复合材料的力学性能与耗能行为

对复合铸造法制成的钢/锌层状复合材料在不同条件下的单向拉伸和低周疲劳实验进行了研究.结果表明:锌的加入使钢/锌复合材料的塑性得到提高,同时其强度与钢相比有所降低.在单向拉伸条件下,拉伸速度对钢/锌复合材料试样的应力-应变曲线影响不大.在±0.5%,±1.0%,±1.5%应变范围内,所对应的拉压应力随着循环次数的增多而增大,表明材料出现循环硬化行为,并且循环应变的提高使材料的循环硬化行为逐渐明显,进一步循环使拉压应力趋于稳定.     

SiCw／6061Al复合材料温度循环拉伸变形行为

本文采用热循环拉伸试验方法研究了ＳｉＣｗ／６０６１Ａｌ复合材料的变形行为。结果表明，ＳｉＣｗ／６０６１Ａｌ复合材料温度循环拉伸变形行为与蠕变类似分为初始变形阶段、稳态变形阶段和快速断裂三个阶段；温度循环拉伸变形稳态流变速率明显提高；温度循环拉伸变形的应力指数低于恒温蠕变的应力指数。     

SiCw／6061A1复合材料温度循环拉伸变形行为

本文采用热循环拉伸试验方法研究了ＳｉＣｗ／６０６１Ａ１复合材料的变形行为．结果表明，ＳｉＣｗ／６０６１Ａ１复合材料温度循环拉伸变形行为与蠕变类似分为初始变形阶段、稳态变形阶段和快速断裂三个阶段；温度循环拉伸变形稳态流变速率明显提高；温度循环拉伸变形的应力指数低于恒温蠕变的应力指数．     

UD-Cf/SiC陶瓷基复合材料的高温拉伸性能

采用两种形状(纺锤形、矩形)的拉伸试样对热压单向M40JB-C_f/SiC和T800-C_f/SiC复合材料进行了高温拉伸强度测试,得到了C_f/SiC复合材料的拉伸强度,并对纺锤形试样断裂应变的表达式进行修正,得出了复合材料的弹性模量。M40JB-C_f/SiC复合材料1300℃的拉伸强度及模量分别为374 MPa和134 GPa, 1450 ℃的拉伸强度及模量为338 MPa和116 GPa,T800-C_f/SiC复合材料1300 ℃拉伸强度和模量为392 MPa 和115 GPa。测试结果与试样的断裂方式密切相关,在有效部位断裂的测试结果大于在非有效区断裂的测试结果。M40JB-C_f/SiC复合材料的拉伸断裂应力-应变曲线表现出塑性变形的非线弹性破坏特征,而T800-C_f/SiC主要表现为线弹性特征。      

δ-Al2O3/Al合金基复合材料拉伸行为的分析和模拟

本文以δ-Al2O3/Al合金基复合材料为研究对象,在细观层次上建立分析模型,采用三维弹塑性有限元分析方法,对它的拉伸行为进行了较为详细的描述。研究涉及该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的模拟和各种微结构特征的变化对应力应变行为的影响。同时考虑了纤维位向变化的影响,并引入了实际测得的短纤维位向分布规律,对随机分布短纤维复合材料的力学行为进行了模拟。研究表明,基体性能、纤维长径比和体积分数、纤维位向以及界面结合对δ-Al2O3/Al合金基复合材料的拉伸行为均有较大的影响;本文所采用的有限元分析方法对该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的预测也是较为准确的。     

2D-SiC/SiC复合材料拉伸加卸载行为

为了研究国产2D-SiC/SiC复合材料的拉伸损伤行为以及低周循环载荷作用下的力学性能,通过试验和建立加卸载细观力学模型,对其拉伸加卸载行为进行了探讨。建立了单向连续纤维增强陶瓷基复合材料加卸载细观力学模型,得到了初始加载、卸载和重新加载时的应力-应变关系;利用断裂统计方法得到了基体裂纹数随应力变化的关系和复合材料失效判断条件。经过应力转化,将该模型应用于国产二维编织SiC/SiC复合材料。对单向加载试件,采用正交试验方法和最小二乘法得到基体Weibull模量和界面剪切阻力,通过控制材料失效强度与试验结果一致,得到纤维Weibull模量。由上述参数确定的2D-SiC/SiC复合材料拉伸循环加卸载应力-应变曲线与实测曲线吻合很好。通过Matlab编程得到2D-SiC/SiC复合材料单向加载时基体开裂过程图。结果表明,2D-SiC/SiC复合材料失效时,基体裂纹分布相对比较均匀;基体裂纹数随应力单调增加,未出现持平段,表明材料失效时,基体裂纹还没有达到饱和。     

单向纤维增强陶瓷基复合材料单轴拉伸行为

采用细观力学方法对单向纤维增强陶瓷基复合材料的单轴拉伸应力-应变行为进行了研究。采用Budiansky-Hutchinson-Evans（BHE）剪滞模型分析了复合材料出现损伤时的细观应力场,结合临界基体应变能准则、应变能释放率准则以及Curtin统计模型三种单一失效模型分别描述陶瓷基复合材料基体开裂、界面脱粘以及纤维失效三种损伤机制,确定了基体裂纹间隔、界面脱粘长度和纤维失效体积分数。将剪滞模型与3种单一失效模型相结合,对各个损伤阶段的应力-应变曲线进行模拟,建立了准确的复合材料强韧性预测模型,并讨论了界面参数和纤维韦布尔模量对复合材料损伤以及应力-应变曲线的影响。与室温下陶瓷基复合材料单轴拉伸试验数据进行了对比,各个损伤阶段的应力-应变、失效强度及应变与试验数据吻合较好。     

单向拉伸聚乙烯薄膜应力-应变曲线的分析

采用拉伸实验的方法。研究了形变速率对半晶聚乙烯薄膜拉伸性能的影响。根据其应力-应变曲线的形状，得出聚乙烯具有两个屈服点，研究了这两个屈服点与拉伸速率的关系。并从微观结构的角度对此进行了解释。     

铸造SiCP/6061 Al 复合材料的冲击拉伸性能

在两种环境温度和三种冲击加载速率下, 对搅拌铸造法制备的碳化硅颗粒增强(w t 8% )6061 A l 基复合材料的冲击拉伸性能进行了试验研究。实验结果表明, 该材料的断裂应变随加载率和环境温度的升高而下降, 模量随加载率和环境温度的升高而上升。材料的应力-应变曲线呈现脆性。     

2D-C/SiC复合材料偏轴拉伸力学行为研究

通过对2D-C/SiC复合材料试件进行不同偏轴角度的拉伸实验,研究了偏轴角度对材料拉伸力学特性的影响。通过应变片分别测得了材料加载方向和纤维束方向上的应力-应变行为,对比分析了偏轴角度对上述应力-应变行为的影响;并结合试件断口扫描电镜照片,阐释了纤维束方向上拉伸和剪切损伤间的相互耦合效应。实验结果表明,材料的拉伸模量和强度随偏轴角度的增大出现明显下降;材料纤维束方向上的拉伸损伤和剪切损伤具有显著的相互促进作用。最后,以材料0°拉伸和45°拉伸实验数据为基础,建立了材料的偏轴拉伸应力-应变行为预测模型,模型预测结果与实验结果吻合较好。     

Scaling global fracture behavior of structures-sized laminated composites

The propagation of damage in laminated fiber composites similar to a crack-like configuration is studied experimentally. Of particular interest is the behavior of a `macro-crack' or `global crack' that propagates through a large scale structure (e.g., airplane fuselage or wing) with the potential interaction of stringers or other reinforcements. The question is considered whether such damage propagation can be understood in terms of classical fracture mechanics. Because the damage zone (wake width) can be very extensive and may be measured in terms of inches, the question arises as to the scalability of associated `fracture' phenomena. An integral part of this investigation is thus an examination of the size of the test specimens to establish whether a minimum size is required to relate fracture at larger scales by laboratory specimens. Using (globally anisotropic) 32-lamina composite specimens, proportioned like compact tension specimens, it is found that test `coupons' on the order of 45 to 50 cm on a side (18×18 in.²) or larger are needed to begin simulating large scale structures for establishing a global equivalent of a fracture energy for `crack propagation' simulations. Displacement controlled tests on groups of three specimen sizes (15, 30 and 46 cm on a side) indicate that scaling can be accomplished through the square root of the linear specimen or crack dimension. In certain lay-ups `run-away delamination' severs the surface laminae so that the reinforcement action of stringers is jeopardized. Damage at the `global crack front' is quantified through an effective area relation, with a characteristic value for the mostly intra-laminar initiation of damage (intra-lamina cracks) at a sharp notch, and another value conceived of as governing the onset of unstable growth.     

正交铺设陶瓷基复合材料单轴拉伸行为

采用细观力学方法对正交铺设陶瓷基复合材料单轴拉伸应力-应变行为进行了研究。采用剪滞模型分析了复合材料出现损伤时的细观应力场。采用断裂力学方法、 临界基体应变能准则、 应变能释放率准则及Curtin统计模型4种单一失效模型确定了90°铺层横向裂纹间距、 0°铺层基体裂纹间距、 纤维/基体界面脱粘长度和纤维失效体积分数。将剪滞模型与4种单一损伤模型结合, 对各损伤阶段应力-应变曲线进行了模拟, 建立了复合材料强韧性预测模型。与室温下正交铺设陶瓷基复合材料单轴拉伸应力-应变曲线进行了对比, 各个损伤阶段的应力-应变、 失效强度及应变与试验数据吻合较好。分析了90°铺层横向断裂能、 0°铺层纤维/基体界面剪应力、 界面脱粘能、 纤维Weibull模量对复合材料损伤及拉伸应力-应变曲线的影响。      

Al_2O_3/Cu复合材料的高温变形行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机和透射电子显微镜研究了变形温度为300~900℃,应变速率为0.01~10s-1条件下Al_2O_3/Cu复合材料的高温流变行为和组织演变规律,并利用Arrhenius关系和Zener-Hollomn参数构建了合金的峰值屈服应力、变形温度和应变速率三者之间的本构方程。结果表明:Al_2O_3/Cu复合材料的流变应力-应变曲线为典型的动态再结晶类型,其曲线由加工硬化、动态软化和稳定流变3个阶段组成,当变形温度一定时,流变应力随应变速率的增大而增大,而当应变速率固定时,流变应力随变形温度的升高而减小;求解得到复合材料的结构因子lnA为15.2391,应力水平参数a为0.020788mm~2/N,应力指数n为5.933035,变形激活能Q为2.1697×10~5kJ/mol;随着变形温度的升高,基体内位错密度逐渐下降,并呈现出明显的再结晶特征,而当固定变形温度时,随着应变速率的增大,基体内位错密度呈先增大后下降趋势。基于微观组织演变和热加工图,Al_2O_3/Cu复合材料的最佳热加工参数范围为热加工温度500~850℃、应变速率低于0.1s-1。     

增强体含量对SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料强韧性的影响

采用流延-化学气相渗透(TC-CVI)工艺制备SiC晶须(SiC_W)/SiC层状陶瓷复合材料,研究了SiC_W含量对层状陶瓷复合材料力学性能和微观结构的影响,探讨了SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料的强韧化机制。结果表明:TC-CVI工艺能够有效提高复合材料中晶须含量(40vol%),减少制备过程对晶须损伤,所制备的SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料具有合适的层内及层间界面结合强度。随着SiC_W含量增加,层状陶瓷复合材料的密度和力学性能均有明显提高。含40vol%晶须的SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料的密度、弯曲强度和断裂韧性均比含25vol%晶须的分别提高了8.4%、30.8%和26.7%。断口形貌中能够观察到层间及层内的裂纹偏转,层内的裂纹桥接和晶须拔出等,这些为主要的增韧机制。高含量SiC_W及合适的层间和层内界面结合强度,对提高SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料强韧性有明显作用。     

石墨烯增强铝基复合材料的制备及热变形研究

为了探究石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺及其热变形行为,本文采用湿混球磨结合真空热压烧结法制备了0.5wt.％石墨烯增强铝基复合材料,并利用场发射扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对其进行微观组织观察、成分和物相分析,用Gleeble 3800热模拟机对复合材料进行等温压缩试验,建立了材料的本构方程并分析其热变形机理...     

铝合金板材热塑性变形行为研究

为了研究铝合金板材的热塑性变形行为,进行了热态胀形试验,获取了不同温度及压力率下的胀形压力-高度曲线,分析了压力率对胀形高度的影响规律.基于同一压力率、不同温度下胀形压力与等效应变之间的关系,提出胀形压力关于等效应变及压力率的拟合方程,同时获得压力率和应变率之间的函数关系.试验结果表明,板材充液热成形工艺过程中,压力率对金属材料的变形行为影响显著,同时压力率能够表征材料成形过程中的变形快慢.     

(SiCP/Cu)-铜箔叠层复合材料的制备与组织性能

采用浸涂法和热压烧结法制备了（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料,研究了SiC_P含量对材料组织结构、拉伸性能和断裂韧性的影响。结果表明,制备的（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料层间厚度均匀,界面结合力良好,增强颗粒SiC能够弥散分布于黏结相中和界面处。随着SiC_P体积分数的增加,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的抗拉强度和屈服强度都先增加后降低,当SiC_P的体积分数为20vol%（总体积为100）时,其抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为226.5 MPa和113.1 MPa,断裂方式主要为韧性断裂和部分脆性解理断裂。裂纹扩展方向平行于层界面时,材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加略有减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值16.96 MPa·m^1/2;裂纹扩展方向垂直于层界面时,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加逐渐减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值12.51 MPa·m^1/2。     

漂珠/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩变形行为

采用搅拌铸造法制备了漂珠(FAC)/AZ91D镁合金复合材料。研究了该复合材料的高温压缩变形行为,分析了压缩变形温度和应变率对FAC/AZ91D镁合金复合材料压缩变形行为的影响规律,并计算了其热变形激活能。结果表明:FAC/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩真应力-真应变曲线分为4个阶段:弹性变形、加工硬化、峰值应力和稳态流变阶段。相同应变率下,FAC/AZ91D镁合金复合材料的峰值应力和稳态流变应力随压缩变形温度的升高而降低;相同压缩变形温度下,流变应力随应变率增大而升高。在相同应变率或相同压缩变形温度下,FAC/AZ91D镁合金复合材料的热变形激活能随压缩应变率或压缩变形温度的升高而增大,其热压缩行为可以用双曲正弦函数形式的Arrhenius关系来描述。压缩变形温度与应变率对FAC/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩组织均有重要影响。提高压缩变形温度或增大应变率,均可加速动态再结晶的进程。