颗粒增强复合材料

摘要： 颗粒增强铝基复合材料因具有质量轻、强度高和耐磨等优点,是发展轻量化制动部件的优良备选材料。采用由压力浸渗法制备的SiC_(p)/2024Al复合材料,与GCr15钢球进行干滑动摩擦磨损实验,探究其在T4和T6热处理以及不同载荷和滑动速度下的磨损机理和摩擦学性能,并与2024铝合金进行了对比实验,探究了SiC颗粒的加入对磨损机理的影响。结果表明:高硬度SiC颗粒的加入明显提高了材料的耐磨性,SiC_(p)/2024Al复合材料相较于2024铝合金具有更高且稳定的摩擦系数,T6热处理工艺相较于T4工艺降低了复合材料的摩擦系数和磨损率;复合材料的磨损机制主要为剥层磨损,2024铝合金的磨损机制为磨粒磨损,SiC颗粒的加入引起了磨损机理的转变;磨损过程中亚表层颗粒在低速低载情况下能保持较为完整形态,起保护减磨作用,而在高速高载情况下更易破碎形成微观缺陷,加快亚表层微裂纹的扩展。

摘要： 以原位生成法制备的TiB;颗粒增强铁基复合材料为研究对象,通过纳米压痕试验及有限元反演分析确定基体的幂硬化模型参数,建立二维细观真实结构模型和颗粒随机分布的体胞模型,然后模拟单轴拉伸试验,用等效宏观方法计算真应力-真应变曲线,对2种模型的模拟结果进行对比,并探讨边界条件对模拟结果的影响。结果表明:边界条件对模拟单轴拉伸时的真应力-真应变曲线影响较小;2种模型模拟得到单轴拉伸的真应力-真应变曲线差异较小,且与试验结果吻合,相对误差小于5%;真实结构模型模拟得到的弹性模量与屈服强度的误差小于体胞模型;不同模型模拟得到基体与颗粒的局部微观等效应力场及应变场有明显差异。

摘要： 高体分比颗粒增强复合材料被广泛应用于工程领域。本文通过建立该类复合材料的弹塑性细观力学模型,系统研究了该类材料在单轴拉压情况下的宏观弹塑性力学性能。在有效模量预测方面,分别采用Mori-Tanaka模型和Ju等提出的相互作用细观力学模型研究了高体分比颗粒增强复合材料的宏观有效模量,指出了Mori-Tanaka模型的局限性。针对高体分比颗粒增强复合材料弹塑性力学性能,采用Hill定理和场扰动方法建立了宏观应力与基体等效应力的关系,分别采用Mori-Tanaka模型和Ju模型研究了颗粒增强复合材料在不同体分比下的宏观弹塑性力学性能,并将理论预测与实验数据和有限元模拟结果进行了对比分析。结果表明,针对高体分比颗粒增强复合材料宏观弹塑性力学性能预测,本文方法相比传统模型结果更准确,可为工程领域中该类材料的弹塑性力学性能预测提供一定的理论参考。

摘要： 界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用,界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响.然而由于复合材料内部结构较为复杂,颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定,尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法.本文以氧化锆颗粒增强聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料为研究对象,提出一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法.首先,实验获得纯PDMS基体材料及单颗粒填充PDMS试样的单轴拉伸应力?应变曲线,标定出PDMS基体材料的单轴拉伸超弹性本构关系;其次,建立与单颗粒填充试样一致的有限元模型,选择特定的黏结区模型描述界面力学行为,通过样品不同阶段拉伸力学响应的实验与数值结果对比,分别给出颗粒与基体界面的法向强度、切向强度及界面断裂韧性;进一步应用标定的界面力学参数,开展不同尺寸及不同数目颗粒填充试样的实验与数值结果比较,验证界面性能预测结果的合理性.本文提出的界面力学性能预测方法简便、易操作、精度高,对定量预测颗粒增强复合材料的力学性能具有一定帮助,亦对定量预测纤维增强复合材料的界面性能具有一定参考意义.

摘要： 高体分比颗粒增强复合材料被广泛应用于工程领域.本文通过建立该类复合材料的弹塑性细观力学模型,系统研究了该类材料在单轴拉压情况下的宏观弹塑性力学性能.在有效模量预测方面,分别采用Mori-Tanaka模型和Ju等提出的相互作用细观力学模型研究了高体分比颗粒增强复合材料的宏观有效模量,指出了Mori-Tanaka模型的局限性.针对高体分比颗粒增强复合材料弹塑性力学性能,采用Hill定理和场扰动方法建立了宏观应力与基体等效应力的关系,分别采用Mori-Tanaka模型和Ju模型研究了颗粒增强复合材料在不同体分比下的宏观弹塑性力学性能,并将理论预测与实验数据和有限元模拟结果进行了对比分析.结果表明,针对高体分比颗粒增强复合材料宏观弹塑性力学性能预测,本文方法相比传统模型结果更准确,可为工程领域中该类材料的弹塑性力学性能预测提供一定的理论参考.

摘要： 杂交应力元假设的高阶应力场可以用较疏的网格获得较高的计算精度.采用四叉树网格离散非均质计算域,四叉树杂交应力单元悬挂节点的位移协调条件自动满足,且得益于单元类型数量有限,单元刚度矩阵可以预计算,以便在实际计算时直接读取调用,大幅提高了计算效率.考虑夹杂的随机性对颗粒增强复合材料力学性能的影响,采用均匀化方法和Monte⁃Carlo方法,研究了随机夹杂的体积比、数量、长宽比对材料均质等效模量的影响,结果表明,复合材料的等效弹性模量随夹杂体积比、数量、长宽比的增大而增大,且对体积比最敏感.

摘要： 提出了一种用于预测颗粒增强复合材料有效弹性模量的迭代法.将基体与部分颗粒均质化为一种混合物,计算得到其力学性能后再当成新的基体,反复迭代,直到计算出复合材料的有效模量.利用四种迭代法计算了不同填充分数和不同模量比复合材料的有效弹性模量,并与全尺寸有限元计算结果进行了对比.结果显示,低体积分数下迭代法结果与有限元模型计算结果误差较小,并随着体积分数的提高而增大,其中FEM-FEM 法精度最高.有限元迭代法可有效解决因复合材料填充比高、颗粒尺寸相差大而造成的计算模型过大等困难,可在一定精度要求下代替全尺寸有限元预测复合材料有效性能.

摘要： 提出了一种新的颗粒增强复合材料真实结构有限元建模方法。对于给定的钨合金扫描电镜照片以及混凝土照片进行复杂图形的边缘提取，进而将该图像矢量化。将矢量化后的文件导入动力分析有限元软件进行有限元建模，对混凝土在压缩载荷作用下的破坏过程进行了数值仿真。该方法可以避免人为建立有限元模型所带来的误差，从而更好地模拟复合材料在不同载荷作用下的力学性能。

摘要： 利用C语言编写了能生成随机分布的颗粒增强复合材料几何模型的程序,结合MSC商用有限元软件分析了颗粒的体积分数、大小以及分布形态对颗粒增强复合材料热学性能的影响.结果表明:颗粒的分布形态对材料的热膨胀变形及热传导无明显影响,但对热应力有很大影响;颗粒的大小对材料的热膨胀有一定影响;颗粒体积分数的影响和利用混合律的预测结果基本一致.

摘要： 在本文中,边界元法用于二维和三维颗粒增强复合材料的数值模拟.快速多极算法作为边界元法的求解算法,从而使边界元法能够对含有大量随机分布颗粒的复合材料进行大规模模拟.广义极小残差法(GMRES)用作迭代运算的求解器.数值算例表明,边界元法能够有效进行颗粒增强复合材料的等效模量和应力分析.

摘要： 磁流变弹性体是一种颗粒增强复合材料,其力学性能会随着外部磁场的改变而改变.在磁流变弹性体的制备过程中,如果在外部施加磁场,颗粒将成链状分布.该类智能材料在工程领域有着广泛的潜在应用.本文将建立颗粒成链状分布的颗粒增强复合材料在有限变形下的超弹性本构关系,从而预测该类材料的宏观力学响应.首先,将颗粒链和一部分基体看作“虚拟纤维”,其力学性能可由Christensen和Lo的广义自洽模型求出.因此,整个材料可看作纤维增强复合材料.随后,根据Guo等建立的模型,将推导出纤维增强复合材料在有限变形下的本构方程.基于此,便可建立颗粒链状分布增强复合材料的本构模型.为了验证理论模型的有效性,将建立具有周期性结构的代表体积单元模型并对其进行数值验证.为了保证数值结果的客观性,将对不同颗粒体积分数(5％、10％和20％)的模型进行数值模拟.所有模型内包含的颗粒个数会随着颗粒体积分数和模型结构的不同而改变(颗粒个数在21～45之间).为了简化模型,颗粒和基体都采用不可压缩neo-Hookean模型,并且颗粒的刚度是基体的100倍.在模拟过程中,将对数值模型施加单轴拉伸、剪切变形和一般的三维变形,用于验证各种工况下理论模型的精确性.

摘要： 本文研究了碳化硅颗粒增强镁基复合材料的损伤性能,并与铝基复合材料的损伤性能进行对比.结果表明,碳化硅颗粒增强镁基复合材料损伤曲线分为三个阶段,初始损伤阶段(高速率线性阶段);损伤延迟阶段(低速率平缓阶段);损伤加速阶段.与纯铝基复合材料和7075铝基复合材料相比,碳化硅颗粒增强镁基复合材料损伤曲线的损伤延迟阶段非常平直,因此抗损伤性能优于铝基复合材料.对颗粒增强复合材料来说,强结合界面对提高材料损伤抗力的作用要优于弱结合界面.

摘要： 基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相球形颗粒填充复合材料的有效比热和其他热弹性性质,讨论了界面相性质沿径向的分布对有效性质的影响.首先,将不均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,假设每个球壳内材料性质是均匀的,不同球壳内的材料性质沿径向满足一定的分布.基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效比热及有效体积模量、有效热膨胀系数的数值求解表达式.预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好.另外,结果表明,界面相弹性模量和热膨胀系数的径向分布均对有效比热有较大的影响;而有效热膨胀系数虽然与界面相的模量和热膨胀系数都有关,但只有界面相热膨胀系数的径向分布对其影响较大.

摘要： 基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相球形颗粒填充复合材料的有效比热和其他热弹性性质,讨论了界面相性质沿径向的分布对有效性质的影响.首先,将不均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,假设每个球壳内材料性质是均匀的,不同球壳内的材料性质沿径向满足一定的分布.基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效比热及有效体积模量、有效热膨胀系数的数值求解表达式.预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好.另外,结果表明,界面相弹性模量和热膨胀系数的径向分布均对有效比热有较大的影响;而有效热膨胀系数虽然与界面相的模量和热膨胀系数都有关,但只有界面相热膨胀系数的径向分布对其影响较大.

摘要： 基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相球形颗粒填充复合材料的有效比热和其他热弹性性质,讨论了界面相性质沿径向的分布对有效性质的影响.首先,将不均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,假设每个球壳内材料性质是均匀的,不同球壳内的材料性质沿径向满足一定的分布.基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效比热及有效体积模量、有效热膨胀系数的数值求解表达式.预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好.另外,结果表明,界面相弹性模量和热膨胀系数的径向分布均对有效比热有较大的影响;而有效热膨胀系数虽然与界面相的模量和热膨胀系数都有关,但只有界面相热膨胀系数的径向分布对其影响较大.

摘要： 基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相球形颗粒填充复合材料的有效比热和其他热弹性性质,讨论了界面相性质沿径向的分布对有效性质的影响.首先,将不均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,假设每个球壳内材料性质是均匀的,不同球壳内的材料性质沿径向满足一定的分布.基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效比热及有效体积模量、有效热膨胀系数的数值求解表达式.预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好.另外,结果表明,界面相弹性模量和热膨胀系数的径向分布均对有效比热有较大的影响;而有效热膨胀系数虽然与界面相的模量和热膨胀系数都有关,但只有界面相热膨胀系数的径向分布对其影响较大.

摘要： 本发明的课题是提供常温下的操作优异，固化时的组成不均少的预成型体、和该预成型体所使用的向增强纤维的含浸性优异的热固性树脂组合物、使用其而成的纤维增强复合材料。一种纤维增强复合材料用预成型体，其包含热固性树脂组合物和干增强纤维基材，该热固性树脂组合物在以1.5°C/分钟的速度升温时的牵引周期0.5Hz下的动态粘弹性测定中，复数粘度η＊从1×107Pa·s降低到1×101Pa·s时的温度变化ΔT为45°C以下。

摘要： 本发明公开了一种高强碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法及其复合材料，包括以下步骤：S1、将不同粒径的碳化硅颗粒以及铝粉按照一定的质量比球磨均匀；S2、加入粘合剂、乳蜡和磷酸二氢铝，搅拌均匀并过筛备用；S3、将过筛后的物料放入模具当中，脱模后得到碳化硅铝预烧体；S4、将预烧体进行烧结、粉碎、球磨整形，过筛，得到碳化硅铝颗粒等步骤。本发明通过对小粒径碳化硅颗粒进行改性处理后，再制得碳化硅铝预制型，最后进行差压浸渗铝液，得到高强度碳化硅增强铝复合材料，该方法解决了亚微米或纳米级的碳化硅铝(颗粒尺寸小于1μm)存在的易团聚、难浸渗的缺陷，克服了现有压力铸造和搅拌铸造所存在的不足。

摘要： 发明要解决的问题在于，提供能够改善赋形性的复合材料用增强基材、复合材料以及复合材料用增强基材的制造方法。本发明的复合材料用增强基材(100)具有：增强层(115)，其是增强纤维(110)以增强纤维(110)的纤维方向沿着一方向的方式排列而成的；和辅助纤维(120)，其以仅沿着与纤维方向交叉的一个方向的方式层叠于增强层，与增强纤维接合而保持增强层。辅助纤维的拉伸断裂伸长率比增强纤维的拉伸断裂伸长率大。

摘要： 发明要解决的问题在于提供一种能够抑制由于树脂的收缩而产生的复合材料的翘曲的复合材料用增强基材、复合材料以及复合材料用增强基材的制造方法。本发明的复合材料用增强基材(100)具有：第1区域(111)，其含有以纤维方向沿着一方向的方式排列起来的增强纤维(110)；和第2区域(112)其含有沿着与纤维方向相同的方向排列起来的增强纤维，具备比第1区域的厚度(H1)薄的厚度(H2)。第1区域和第2区域沿着与纤维方向交叉的方向在平面上交替地排列。

摘要： 本发明的纤维增强复合材料构造体(6)具备：薄板(2)，其具有第一面、和具有顶面(12)并且在上述第一面上突出且规则地配置的多个凸部(11)；以及表面材料(1)，其具有第二面，且以上述第二面与上述顶面(12)接合。

摘要： 本发明的课题是提供常温下的操作优异，固化时的组成不均少的预成型体、和该预成型体所使用的向增强纤维的含浸性优异的热固性树脂组合物、使用其而成的纤维增强复合材料。一种纤维增强复合材料用预成型体，其包含热固性树脂组合物和干增强纤维基材，该热固性树脂组合物在以1.5°C/分钟的速度升温时的牵引周期0.5Hz下的动态粘弹性测定中，复数粘度η

摘要： 本发明提供的硼颗粒增强金属基复合材料的制备方法、复合材料及其应用，涉及新材料领域，其方法包括采用共振球磨法制备混合均匀的硼‑金属微米粉末，再利用超音速低压冷喷涂方法在金属基底上以增材制造的方式喷涂复合涂层制成复合材料。本发明的制备方法简单易操作，成本低，增材制造的方式可以制成各种异形构件；用此种方法制备的复合材料硼‑金属晶相分布均匀，强度高，硼元素含量高，可以应用于乏燃料贮存等各种核防护场合。

摘要： 本发明公开了一种高强碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法及其复合材料，包括以下步骤：S1、将不同粒径的碳化硅颗粒以及铝粉按照一定的质量比球磨均匀；S2、加入粘合剂、乳蜡和磷酸二氢铝，搅拌均匀并过筛备用；S3、将过筛后的物料放入模具当中，脱模后得到碳化硅铝预烧体；S4、将预烧体进行烧结、粉碎、球磨整形，过筛，得到碳化硅铝颗粒等步骤。本发明通过对小粒径碳化硅颗粒进行改性处理后，再制得碳化硅铝预制型，最后进行差压浸渗铝液，得到高强度碳化硅增强铝复合材料，该方法解决了亚微米或纳米级的碳化硅铝(颗粒尺寸小于1μm)存在的易团聚、难浸渗的缺陷，克服了现有压力铸造和搅拌铸造所存在的不足。

摘要： 发明要解决的问题在于，提供能够改善赋形性的复合材料用增强基材、复合材料以及复合材料用增强基材的制造方法。本发明的复合材料用增强基材(100)具有：增强层(115)，其是增强纤维(110)以增强纤维(110)的纤维方向沿着一方向的方式排列而成的；和辅助纤维(120)，其以仅沿着与纤维方向交叉的一个方向的方式层叠于增强层，与增强纤维接合而保持增强层。辅助纤维的拉伸断裂伸长率比增强纤维的拉伸断裂伸长率大。

摘要： 发明要解决的问题在于提供一种能够抑制由于树脂的收缩而产生的复合材料的翘曲的复合材料用增强基材、复合材料以及复合材料用增强基材的制造方法。本发明的复合材料用增强基材(100)具有：第1区域(111)，其含有以纤维方向沿着一方向的方式排列起来的增强纤维(110)；和第2区域(112)其含有沿着与纤维方向相同的方向排列起来的增强纤维，具备比第1区域的厚度(H1)薄的厚度(H2)。第1区域和第2区域沿着与纤维方向交叉的方向在平面上交替地排列。