苏盛彪[1]2002年在《预应力陶瓷与层状陶瓷复合材料应力分析与设计》文中提出残余应力对材料失效或增强起着关键作用。目前，层状陶瓷复合材料的研究日趋深入，然而准确、有效地确定其残余应力的理论计算和测试方法还比较匮乏。残余应力的理论计算和测试是材料学、力学和应用物理学等学科交叉领域的前沿课题。本论文就是在这一领域中做的一些工作。 层状陶瓷材料由于各层膨胀系数的差异，在材料制备过程中由高温冷却到常温阶段，必将在材料内部产生残余应力。这种残余应力在强界面结合的层状材料中更为突出。本论文以强界面结合的层状材料为研究对象，建立了更为符合层状材料实际的非均匀应变模型，系统地研究了层状结构中残余应力的存在状态，证明了轴向残余应力为沿材料长度方向的位置函数，并非常量：首次论证了界面正应力的存在，给出形式简洁、物理意义明确的残余应力计算的解析表达式。在此基础上，通过进一步的分析，提出了基于几何结构因素的层状材料最优化设计原则。 通过对氧化铝/钛硅碳、氧化铝-氧化锆/氧化铝-氧化锆强界面层状材料的实验研究，进一步明确了强界面结合的层状材料制备所应遵循的一些基本原则。探讨了材料强度、模量、断裂功等与材料结构几何因素层厚比、层数等的关系。结果表明，最佳层厚比受控于材料的几何结构和弹性常数，本实验中，A-10Z/A-30Z叁层试样最佳层厚比在2.49～4.45之间，抗弯强度由单一块体的451MPa提高到867MPa。实验表明强界面层状材料，层数的增加对材料强度的提高并不有利。相比之下，叁层、五层复合具有最佳的强度性能。这进一步地印证了本优化设计理论的正确性。 通过维氏压痕平行于试样长度方向和垂直于长度方向的裂纹C_n，C_n在试样不同位置的变化，实验验证了试样中沿长度方向残余应力的变化规律。结果表明，理论计算值与实验值吻合。分析了A-10Z/A-30Z，A/TSC层状材料的球压损伤行为，实测了A-10Z/A-30Z层状材料的局部强度和残余应力水平。建立了一个简便的陶瓷及层状陶瓷材料残余应力的测试方法。 通过A-10Z/A-30Z，A/TSC层状复合材料在不同温度下的循环特征，探讨了材料在不同温度下的弹性模量与循环的关系。提出了测量材料高温弹性模量及表征材料高温塑性的一个简明、准确的新方法。通过对材料应力松弛和蠕变的研究，进一步明确了材料在高温下的行为特征及初始应力水平、温度、层合结构等因素的影响。结果表明，层合材料的松弛和蠕变受控于组成材料中高温性能较弱的材料。 通过对氧化铝/铝合金预应力材料的初步研究，充分显示了预应力材料在防弹、抗穿甲方面的实用价值。为层状陶瓷材料的实际应用作了一个有意义的尝试。
徐兆良[2]2016年在《ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料的制备及其性能研究》文中指出本文以BNNTs作为基体B_4C层补强增韧剂,同时在基体层中掺入无定形B粉为烧结助剂,采用非水基流延工艺制备出基体层B_4C-BNNTs和硬夹层ZrB_2流延膜坯体。通过迭层、加热模具预压成型、排胶和真空热压烧结制备出ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料。研究了不同的分散剂、粘结剂、增塑剂与粘结剂的质量比值(R值)、固相含量和球磨时间对硬夹层ZrB_2流延浆料的流变性能影响。采用ANSYS软件计算了基体层B_4C-BNNTs与硬夹层ZrB_2不同层厚比和不同层数时复合材料内部残余应力。研究了基体层B_4C-BNNTs与硬夹层ZrB_2不同层厚比和不同烧结温度对ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料的显微组织结构和力学性能的影响。采用旋转式粘度计进行浆料流变性能测试,结果表明:当蓖麻油、PVB、DOP的加入量分别为1.2wt%、5wt%和6wt%,二次球磨时间为12h可以获得固含量达到50wt%的ZrB_2非水基流延浆料,此浆料中添加正丁醇除泡剂,通过抽真空除泡,流延制备的流延膜片表面平整、无气孔、无开裂等缺陷,且颗粒分散均匀。通过ANSYS软件分析得出:随着层数的不断增加,B_4C层所受到的压应力不断增大,ZrB_2层张应力不断减小,在层数达到13层以后压应力和张应力几乎不变。B_4C层所受到的压应力随着基体层B_4C与硬夹层ZrB_2的层厚比不断增大而减小,ZrB_2层张应力随着基体层B_4C与硬夹层ZrB_2的层厚比不断增大而增大。采用XRD、SEM等分析测试手段,对ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料的物相和显微结构进行表征,采用阿基米德排水法测试样品相对密度,采用力学性能试验机和硬度计分别对样品的弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度进行测试。基体层中添加BNNTs可以起到拔出、桥联以及裂纹偏转的作用,有效地提高基体层的断裂韧性;基体与夹层之间热膨胀系数的不匹配、收缩率的不同在结合界面产生残余应力,对裂纹起着阻挡、吸收、散射、诱导等作用,使裂纹尖端的能量降低并发生偏转;实验结果表明:在烧结温度2000℃、压力30MPa下保温1h,基体层与硬夹层的层厚比为1.8时,得到的ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料相对密度、弯曲强度、维氏硬度和断裂韧性分别为95.6%、468.8MPa、36.5GPa和6.58MPa·m1/2。当基体层与硬夹层的层厚比为1.8,通过提高烧结温度进一步改善材料性能,在烧结温度为2040℃时,层状复合材料的相对密度、弯曲强度、维氏硬度和断裂韧性达到97.9%、516.81MPa、38.4GPa和7.69MPa·m1/2。相对密度、弯曲强度、维氏硬度和断裂韧性分别提高2.4%、10.2%、5.2%和16.8%。
阮杰平[3]2016年在《BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料的制备与性能研究》文中研究表明本文以二硼化钛(TiB_2)为硬夹层,硅(Si)粉为基体层碳化硼(B_4C)的烧结助剂,氮化硼纳米管(BNNTs)为基体层的补强增韧剂,聚乙烯亚胺(PEI)为分散剂,羧甲基纤维素钠(CMC)为粘结剂,甘油为增塑剂,采用水基流延成型工艺分别制备BNNTs-B_4C流延膜和TiB_2流延膜。通过不同层厚比迭层,热压烧结制备BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料。系统地研究了分散剂含量及pH值对B_4C悬浮液粘度的影响,粘结剂含量、增塑剂与粘结剂质量比值(R值)、球磨时间等因素对BNNTs-B_4C流延浆料流变性和流延膜强度的影响。研究了分散剂含量、粘结剂含量、R值、固相含量和球磨时间等因素对TiB_2流延浆料流变性的影响。实验结果表明:当PEI含量为3 wt%,CMC含量为7.2wt%,R值为0.9,二次球磨时间为13h时可制备出高质量的BNNTs-B_4C流延膜。当PEI含量为2wt%,CMC含量为5wt%,R值为0.9,二次球磨时间为11h时可获得固含量为55wt%的TiB_2水基流延浆料。研究了层厚比和硬夹层组成分别对BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料组织结构与力学性能的影响,同时探讨了BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料的增韧机理。采用XRD、SEM等分析测试手段,对BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料的物相和显微结构进行表征,并测试其弯曲强度和断裂韧性。实验结果表明:当基体层与硬夹层的层厚比为1.8:1,硬夹层组成为80 wt%TiB_2+20wt%B_4C,预制体于2040℃、30MPa下热压烧结30min制备的BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料的力学性能最佳,其抗弯强度和断裂韧性分别达到598.63 MPa和7.84MPa·m1∕2,比夹层未添加B_4C的样品分别提高了28.82%和11.68%。探讨BNNTs和层状结构对BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料的增韧机理。研究表明:BNNTs的增韧机理是拨出效应增韧、桥联增韧、裂纹偏转增韧和残余应力增韧;层状结构增韧机理是裂纹偏转增韧和残余应力增韧。BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料优异的力学性能是以上增韧机理的综合作用。
包亦望, 苏盛彪, 黄肇瑞[4]2002年在《对称型陶瓷层状复合材料中的残余应力分析》文中研究表明针对由层间约束引起的层内残余应力,提出了用于描述层合材料应力应变状态的非均匀应变模型. 利用非均匀应变模型推导出对称型层合材料由层间约束引起的层内残余应力的解析表达式,得到层内应力和界面应力沿长度方向分布的变化规律.指出轴向残余应力是层间界面剪应力造成的,是位置的函数;论证了由于表层材料受力的非对称性,界面必定存在正应力,且界面正应力须自平衡,界面正应力亦为长度方向上位置的函数 针对Si3N4-Si3N4/TiN-Si3N4叁层及多层（2N+1）对称型陶瓷基层状复合材料,研究了残余应力对强界面结合的层合材料宏观力学性能和裂纹扩展行为的影响和作用.结果表明,材料的宏观性能随着残余应力的变化而变化,其变化规律与理论计算的结果吻合.
苏盛彪, 包亦望, 杨建军[5]2003年在《强界面陶瓷层状复合材料优化设计的最佳层厚比探讨》文中指出针对提高材料整体强度的目标,通过对材料中应力状态与几何结构因素关系的分析,给出了强界面层状材料优化设计的最佳层厚比原则。通过实验研究,探讨了Al_2O_3-14.31％ZrO_2/Al_2O_3-39.17％ZrO_2(质量分数,下同)层状材料的强度、断裂功和弹性模量等随着材料中残余应力的存在而发生变化的规律。Al_2O_3-14.31％ZrO_2/Al_2O_3-39.17％ZrO_2 3层材料的最佳层厚比理论计算值为4.14。实验结果表明,最佳层厚比在2.49～4.36之间。在最佳层厚比处,抗拉强度、弹性模量、断裂功和Vickers硬度均达到最佳值。实验进一步印证了理论分析的正确性。
尹延国[6]2006年在《铜基石墨自润滑材料及其摩擦学研究》文中指出在无油或少油润滑状态下，自润滑材料显示了独特的优越性。铜基石墨自润滑复合材料是金属基自润滑复合材料的重要组成部分，具有优良的摩擦学特性，以及具有导电、导热、抗氧化、耐腐蚀等性能而得到了广泛的应用。然而，铜与石墨之间互不相溶、不发生化学反应，铜与石墨结合是一种假合金，材料内部孔隙多，严重制约了其强度和润滑性能的提高，同时使用温度低也是其主要缺点。高性能铜基石墨自润滑复合材料研究与开发，是解决特殊工况条件下润滑问题的需要，系统地研究铜基石墨自润滑复合材料不同工况条件下的摩擦磨损行为及机理，探索复合材料减摩耐磨的理论规律，为研发新型高性能铜基石墨自润滑复合材料提供理论基础和技术支撑，具有重要意义。 本文选用锡青铜合金基体，并添加镍、铁等合金元素强化，选用合适含量和大小的石墨颗粒充当固体润滑组元。采用化学镀方法，在石墨颗粒表面上镀上一层镍、铜镀层，研究了镀层对界面结合的影响，结果表明，高温烧结工艺对镀层改善界面结合的效果有一定影响，合适的烧结温度条件下，石墨镀层改善了石墨与铜合金基体的界面结合，石墨与铜合金基体有机地连成了一体，复合材料的强度与韧性有了明显的提高。复压复烧工艺更有利于发挥石墨表面处理的优越性，其中石墨表面镀镍比镀铜有更好的作用。 通过不同条件下的摩擦磨损试验，以及运用扫描电镜、X-射线衍射仪、光电子能谱仪、铁谱显微镜等微观分析手段，对复合材料金相显微组织、断口形貌、磨痕表面形貌、磨损颗粒的成分组成及形貌进行分析，系统地探讨了室温～500℃条件下铜基石墨自润滑复合材料的摩擦磨损行为及机理。摩擦磨损过程中，石墨不断向表面挤出，逐渐伸展并被压平成为连续完整的固体润滑膜，起自润滑减摩作用。石墨颗粒镀铜、镀镍后，摩擦磨损过程中所形成的转移层与摩擦面粘附性好，结合更紧密，因此，显示出更好的润滑减摩效果，摩擦副摩擦系数低，磨损率小。本文试验条件下，6％普通石墨铜基复合材料经历了叁个典型的磨损过程，即轻微磨损阶段、中等磨损阶段、严重磨损阶段；而镀铜、镀镍石墨铜基复合材料只经历了轻微磨损阶段、中等磨损阶段两个典型磨损过程。一定载荷条件下，随着试验温度的升高，铜基石墨复合材料减摩性能变差，磨损率逐渐增大。研究表明，轻微磨损阶段，固体润滑薄膜的破裂、脱落与修复处于动态平衡状态。进入中等磨损阶段，固体润滑薄膜的破裂、脱落与修复难以达到动态平衡，磨粒磨损与粘着磨损逐渐成为主要磨损形式。严重磨损阶段，表面已不存在连续的润滑膜，对偶件金属之间大部分直接接触，亚表层发生较大的塑性变形，裂纹在亚表层石墨处形核、扩展并引起磨损颗粒脱落以及粘着磨损是严重磨损阶段的主要失效形式，并伴随有氧化磨损的发生。 提高复合材料固体润滑膜的完整性以及增强复合材料强度，有利于改善减摩耐磨性
姜胜强[7]2012年在《预压应力下陶瓷材料的裂纹扩展及其加工机理研究》文中指出工业陶瓷由于本身具有诸多优良的结构力学性能而被广泛应用于机械、电子、航空航天、仿生器械、机器人等领域。科学技术的发展促进了陶瓷材料的压制、成型以及烧结工艺不断的得到改进和提高，使得陶瓷材料的力学性能也得以提升。随着机械产品朝“高、精、尖”的方向发展，人们对陶瓷器件也提出越来越苛刻的要求，如高质量、高精度、高可靠性等。同时，陶瓷材料本身的硬脆性使得其在加工的过程中不可避免的产生加工损伤和裂纹，降低了其可靠性。如何有效的降低陶瓷材料加工过程中的损伤以及控制裂纹的扩展一直是学者们研究的重要课题。本文提出了一种陶瓷材料的预压应力加工方法，并分别从理论分析、试验研究以及模拟叁个角度来阐述预压应力下陶瓷材料的断裂力学行为及其加工损伤机理。本文的研究成果可以为陶瓷材料加工的实际应用提供一定的技术指导，对发展陶瓷材料的高效、低损伤新加工工艺具有重要的科学意义和工程应用价值。本文共分为七章，各章节的主要研究内容如下：第一章阐述了本文的研究背景，回顾了陶瓷材料断裂力学行为近几十年来的研究成果；从陶瓷材料的加工机理、去除机理以及研究方法与手段出发，综述了陶瓷材料加工的研究现状；提出了陶瓷材料的预压应力加工方法，概括了全文的研究内容及研究意义；第二章以陶瓷材料的压痕断裂力学为基础，建立了陶瓷材料在预压应力作用下的划痕力学模型，分析了模型内部应力场随角度变量的分布；研究了预压应力、载荷比等对模型内部主应力及最大剪切应力的影响，并得到了不同裂纹形态下的应力场强度因子；第叁章以工业中常见的碳化硅、氧化铝陶瓷为研究对象，通过施加不同大小的预压应力进行划痕试验；观察了材料表面/亚表面裂纹的扩展结果、材料的损伤情况、划痕沟槽的几何形状变化，以及记录了划痕过程中的声发射信号等；综合以上研究结果，分析了预压应力对材料内部裂纹扩展以及材料去除机理的影响；第四章对预压应力下碳化硅陶瓷的磨削过程进行了实验研究，采用Kistler测力仪测量了不同预压应力下磨削力信号的变化情况；结合磨削后材料表面/亚表面的损伤情况、表面粗糙度以及残余应力的变化趋势等，分析了预压应力对陶瓷材料磨削过程中裂纹扩展以及加工质量的影响；第五章采用Cluster方法建立了在微观上能近似材料微结构，且在宏观上能表征其力学性能的陶瓷材料离散元力学模型；建立了陶瓷材料磨削加工的方法，分析了陶瓷材料磨削过程中裂纹的动态扩展过程以及磨削力的变化情况；采用正交试验方法研究了不同磨削加工工艺下的磨削力，材料损伤等；基于离散元法提出了陶瓷材料加工后表面/亚表面残余应力分析的新方法，分析了残余应力分布情况，综合以上研究结果，优化了其加工工艺参数；第六章基于离散元法建立了预压应力下碳化硅陶瓷单点金刚石精密切削加工的离散元模型，分析了预压应力对材料内部裂纹扩展的影响，并以此与预压应力划痕试验进行对照分析；基于正交试验方法，对陶瓷材料的精密切削加工工艺参数进行了优化；分别了切削工艺参数对残余应力分布的影响，并得到了残余应力云图；第七章对本文的研究内容进行了简要总结，并对今后的研究工作进行了展望。从本文理论分析、试验研究以及模拟叁个角度的研究结果来看，在陶瓷材料施加预压应力加工过程中，预压应力的存在将一定程度上阻止中位裂纹的扩展及降低材料的损伤。若施加合适大小的预压应力，将有助于改善材料的去除，从而达到主动控制材料损伤的目的；但预压应力并不是越大越好，过大的预压应力又将给材料带来新的损伤。
包亦望, 苏盛彪, 杨建军, 黄肇瑞[8]2002年在《非均匀应变模型分析非对称层状陶瓷的残余应力》文中进行了进一步梳理基于非均匀应变模型 ,给出了非对称型层合材料由层间约束引起的层内残余应力的解析表达式。得到层内应力沿长度方向和界面法线方向分布的变化规律。指出非对称型层合材料由于弯曲应力的存在 ,可产生残余弯曲变形并使残余应力沿厚度方向交替变化。材料失效有可能从界面的拉应力层一侧开始。对研究强界面结合层合材料的增强或失效机理以及温变引起的变形和断裂有实际意义
《中国公路学报》编辑部[9]2014年在《中国桥梁工程学术研究综述·2014》文中研究指明为了促进中国桥梁工程学科的发展,系统梳理了各国桥梁工程领域(包括高性能材料、桥梁作用及分析、桥梁设计理论、钢桥及组合结构桥梁、桥梁防灾减灾、桥梁基础工程、桥梁监测、评估及加固等)的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先在总结了中国桥梁工程建设成就的同时对未来桥梁工程的发展趋势进行了展望;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了细化和疏理:高性能材料方面重点分析了超高性能混凝土(UHPC)和CFRP材料,桥梁作用方面分析了车辆荷载和温度,钢桥及组合结构桥梁方面分析了钢桥抗疲劳设计与维护技术和钢-混凝土组合桥梁,桥梁防灾减灾方面分析了抗震、抗风、抗火、抗爆和船撞及多场、多灾害耦合;最后对无缝桥、桥面铺装、斜拉桥施工过程力学特性及施工控制、计算机技术对桥梁工程的冲击进行了剖析,以期对桥梁工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料。
卓静[10]2004年在《高强度复合材料FRP片材波形齿夹具锚锚固系统及应用研究》文中进行了进一步梳理高强度FRP 复合材料具有强度高、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等优良特性,是用于制作预应力筋或拉索以及用于结构加固补强的理想材料。然而该材料不同于钢材,FRP 材料抗剪性能较差,抗挤压刚度不足,使得高强度FRP 复合材料预应力筋或拉索的锚固问题变得异常困难。综观国内外现有的针对FRP 棒材开发的锚具,尽管种类很多,但都存在着这样或那样的问题,难于在实际工程中大量推广应用。此外,在运用碳纤维布进行抗弯和抗剪加固时,碳纤维布容易发生剥离破坏,其强度也得不到较充分利用。另外,预应力FRP 技术向来是加固技术中的重点和难点,其原因在于还没有开发出一种适用于FRP 片材的夹具和锚具,而这又是预应力加固技术中最关键的环节。因此,夹持和锚固技术是高强度FRP 材料能否广泛应用的关键,也是必须解决的技术难题。为了解决上述问题,经过长期的尝试和大量的试验,笔者创造性地开发出了一种基于高强度复合材料片材的波形齿夹具锚(专利号ZL02244587.0)。FRP 片材是目前高强度复合材料在工程领域使用最广泛、应用量最大的材料类型,因而针对FRP 片材的锚具就具有坚实的应用基础。本文以波形齿夹具锚为核心,对高强度复合材料FRP 片材波形齿夹具锚锚固系统进行了初步的理论研究和试验,并探索了波形齿夹具锚在碳纤维布加固技术和预应力技术中的应用。通过对波形齿夹具锚受力机理的力学分析,初步弄清了波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材的力学机理。波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材主要通过叁种方式产生作用,即粘结效应、摩擦效应及弯曲效应;本文导出了FRP 片材的传递长度计算公式和锚固长度计算公式,以及在波形齿夹具锚中FRP 片材的锚固判别准则。本文也讨论了波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材的影响因素,指出了对波形齿夹具锚进行优化设计的必要性。本文还对FRP 片材应用于拉索或力筋时的张拉强度做了较深入的分析,并考虑多种因素的影响,得到了张拉强度的计算公式。作者尝试探讨了FRP 片材用来制造大吨位拉索或力筋的可行性。为了检验波形齿夹具锚夹持和锚固FRP 片材的性能,特别设计了由不同的波形齿夹具锚组成的张拉构件,并进行拉拔试验。试验结果基本证实了锚固长度计算公式的正确性,表明波形齿夹具锚具有良好的夹持和锚固FRP 片材的性能,能够充分发挥出FRP 片材的极限强度。为了解决碳纤维布加固技术中的剥离问题,本文提出了采用波形齿夹具锚锚固FRP 加固技术,并特别设计了14 根钢筋混凝土梁进行了加固试验。试验结果表明,对抗弯加固的碳纤维布两端都采用波形齿夹具锚进行锚固的加固梁,碳纤维
参考文献：
[1]. 预应力陶瓷与层状陶瓷复合材料应力分析与设计[D]. 苏盛彪. 中国建筑材料科学研究院. 2002
[2]. ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料的制备及其性能研究[D]. 徐兆良. 景德镇陶瓷大学. 2016
[3]. BNNTs-B_4C/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料的制备与性能研究[D]. 阮杰平. 景德镇陶瓷大学. 2016
[4]. 对称型陶瓷层状复合材料中的残余应力分析[J]. 包亦望, 苏盛彪, 黄肇瑞. 材料研究学报. 2002
[5]. 强界面陶瓷层状复合材料优化设计的最佳层厚比探讨[J]. 苏盛彪, 包亦望, 杨建军. 硅酸盐学报. 2003
[6]. 铜基石墨自润滑材料及其摩擦学研究[D]. 尹延国. 合肥工业大学. 2006
[7]. 预压应力下陶瓷材料的裂纹扩展及其加工机理研究[D]. 姜胜强. 湘潭大学. 2012
[8]. 非均匀应变模型分析非对称层状陶瓷的残余应力[J]. 包亦望, 苏盛彪, 杨建军, 黄肇瑞. 硅酸盐学报. 2002
[9]. 中国桥梁工程学术研究综述·2014[J]. 《中国公路学报》编辑部. 中国公路学报. 2014
[10]. 高强度复合材料FRP片材波形齿夹具锚锚固系统及应用研究[D]. 卓静. 重庆大学. 2004
标签：无机化工论文; 材料科学论文; 复合材料论文; 残余应力论文; 应力状态论文; 预应力论文; 石墨结构论文; 机理分析论文; 石墨论文; frp论文;