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采用有限元分析方法研究了间隙率对三轴向机织复合材料弹性性能的影响.首先,根据三轴向机织复合材料几何构型和基本参数,建立了三轴向机织复合材料的面密度和单胞特征边长与间隙率之间的关系;然后,建立了三轴向机织复合材料的有限元模型,利用该模型预测了拉伸、压缩和剪切刚度并与文献的实验结果进行了对比,证明了模型的有效性;最后,分析了间隙率对弹性性能的影响.研究发现,拉伸、压缩和剪切刚度随间隙率的增加而显著下降,而比刚度和泊松比随间隙率的增加变化较小.

关键词: 三轴向机织复合材料 , 间隙率 , 弹性性能 , 拉伸刚度 , 压缩刚度 , 剪切刚度 , 比刚度

2.5维编织复合材料力学性能的有限元分析

董伟锋 , 肖军 , 李勇

材料科学与工程学报 doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2007.05.002

在已有研究的基础上,提出了一个新的2.5维编织复合材料有限元模型,该模型较为真实地模拟了织物内纤维束的轮廓结构和走向,可用于2.5维编织复合材料力学性能的有限元数值分析.利用该模型采用有限元法对2.5维编织复合材料进行了有效弹性性能的数值预报,并合理确定了复合材料内部应力场分布;同时提出经向纤维束横截面宽厚比是影响2.5维编织复合材料有效弹性性能的主要因素,分析了其影响情况.采用VARTM工艺制备了试验件,并对其进行力学性能测试.通过实验值和理论值的对比,结果表明:有限元计算得到的结果与实验值吻合较好,从而验证了该模型的有效性.

关键词: 编织复合材料 , 弹性性能 , 有限元模型 , VARTM , ANSYS

纤维增强金属基复合材料细观几何结构对宏观弹性性能的影响

雷友锋 , 宋迎东 , 高德平

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2003.01.011

基于复合材料宏、细观场量之间的联系,建立了一种纤维增强复合材料宏-细观力学模型.该模型建立起了宏观与细观应力、应变场量之间的联系,获得了宏观应力-应变关系,试验及理论计算表明,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹性性能.利用该模型研究了纤维截面形状和排列方式对金属基复合材料宏观弹性性能的影响.

关键词: 金属基复合材料 , 弹性性能 , 宏-细观力学模型 , 细观几何结构 , 代表性体积元

压力对L12-Co3(Al,W)化合物弹性性能与电子结构的影响

姚传生 , 陈铮 , 杜秀娟

稀有金属

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了不同压力下L12-Co3(Al,W)化合物的弹性性质与电子结构.计算得到零压力下的点阵常数a0与实验值和理论值相符,计算结果表明:在0～45 GPa压力范围内,L12-Co3(Al,W)化合物的弹性常数Cq (CH、C12、C44)与压力满足三阶多项式关系,体模量B、剪切模量G、本征塑性、断裂韧性随压力的增强而增加;通过引入总化学键重叠布局数,定量的计算了金属间化合物的共价键性能,结果显示压力的增加会不断增强L12-Co3(Al,W)化合物中的共价键强度;电荷差分密度分析表明,随着压力的增加,W原子得到电子,A1原子失去电子,Co-Co、Co-W原子间电荷密度明显增强,表现出更强的键合作用.

关键词: 密度泛函理论 , 弹性性能 , 电子结构 , 压力 , L12-Co3(Al,W)化合物

三维角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计探讨

杨彩云 , 田玲玲 , 刘雍

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2007.08.001

基于对三维角联锁结构复合材料真实细观结构的图像分析,建立了几何分析模型,在该模型中假设经纱的横截面呈矩形,纬纱的横截面呈凸透镜形,并运用刚度平均原理,推导出了以角联锁结构复合材料预制件的7个宏观设计参数和纤维、树脂的弹性性能指标为参数变量的弹性性能计算公式,在此基础上编制了能提供三种选择的计算机预测软件,即选择组织结构、力学模型和任意一个偏轴角,从而初步实现了角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计.实验结果表明,依据本研究提出的几何分析模型并采用刚度平均理论预测的等效工程弹性常数与实际测得的值之间总体趋势相同,数据基本相符.

关键词: 三维角联锁结构 , 复合材料 , 弹性性能 , 细观设计

硼化钛结构稳定性、力学和热力学性能理论研究

王国亮 , 高义民 , 李烨飞 , 杨莹 , 孙良

稀有金属材料与工程

采用基于第一性原理的密度泛函理论计算了硼化钛的稳定性、电子结构、弹性模量、各项异性参数和低温热容等.计算结果表明,硼化钛的成键包含金属、共价和离子键,Ti2B的金属性最强,而TiB2的共价性最明显;其中TiB_ Pm3m与TiB_F43m分别为热力学与力学失稳结构,而TiB2的稳定性最佳,TiB2的体模量、剪切模量和杨氏模量分别为251.4,260.1和564.6 GPa,显著高于其他硼化钛.B/G值表明,TiB2的韧性差,从而限制了其作为切削工具或耐磨部件的应用.因此,认为要获得良好的韧性与耐磨性,应设计制备TiB2基复合材料.

关键词: 第一性原理 , 稳定性 , 弹性性能 , 低温热容

非正交二维平纹编织树脂基复合材料的弹性性能

杜龙 , 矫桂琼 , 贾普荣 , 王文贵 , 戴棣

材料科学与工程学报

二维编织布在铺设形状复杂的复合材料结构时,如果边缘受到拉剪,经纬纱之间的夹角会发生变化;在固化过程中,原本正交的经纬纱走向也可能发生偏转.经纬纱之间夹角的变化会增加材料的各向异性,进而影响结构的力学性能.本文通过试验研究了纤维束偏转对二维编织复合材料弹性性能的影响,分别进行了三种典型试验件面内拉伸弹性模量的测试.基于刚度体平均方法,提出了一种非正交二维编织树脂基复合材料的刚度预测模型,并在此基础上分析了纤维束偏转对材料有效性能的影响规律.计算结果与试验数据符合良好.

关键词: 复合材料 , 二维编织 , 非正交单胞模型 , 弹性性能

间隙率对平纹及三轴向织物复合材料弹性性能的影响

高军鹏 , 白江波 , 邓华 , 益小苏

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.05.005

采用有限元分析方法研究了间隙率对平纹及三轴向复合材料叠层弹性性能的影响.首先,根据平纹织物复合材料几何构型和基本参数,建立了平纹织物复合材料的面密度和单胞边长与间隙率之间的关系;然后,建立了平纹织物复合材料的拉伸、压缩和剪切有限元模型,利用该模型分析了间隙率对其弹性性能的影响;最后,分析了间隙率对平纹织物复合材料与三轴向织物复合材料叠层弹性性能的影响.研究发现,平纹织物复合材料的比拉伸模量和比压缩模量随其间隙率的增加而略微增加,比剪切模量随其间隙率的增加减小,平纹织物复合材料与三轴向织物复合材料叠层的等效模量极曲线平纹织物复合材料的间隙率的增加而极性减弱.

关键词: 平纹织物复合材料 , 三轴向织物复合材料 , 间隙率 , 弹性性能 , 等效模量 , 极曲线

Ca、Sr和Ba掺杂Mg2Si弹性性能和电子结构的第一性原理研究

赵慧 , 赵宇宏 , 杨晓敏 , 眭怀明 , 侯华 , 韩培德

稀有金属

采用第一性原理平面波赝势方法研究了合金元素X(X=Ca、Sr、Ba)掺杂Mg2Si的占位情况:(1)取代Mg原子位置;(2)取代Si原子位置;(3)间隙固溶到Mg2Si晶胞中.分析合金系Mg7Si4X,Mg8Si3X,Mg8Si4X的形成热和结合能可知,Mg7Si4X的形成热和结合能均为负值,且最小.表明Mg7Si4X更容易形成稳定化合物,具有较强的合金化能力,且Ca,Sr,Ba掺杂Mg2Si时有优先占据Mg原子的倾向.研究Mg7Si4X的弹性模量和电子结构发现:Mg7Si4Ca、Mg7Si4Sr为脆性相:Mg7Si4Ba为延性相,塑性最好;掺杂Ca,Sr,Ba使Mg2Si逐渐由脆性向韧性转变.Ca,Sr,Ba的掺入均使Mg2Si的电子态密度发生偏移,费米能级处的电荷密度增加,导电性增强,共价键作用减弱,合金系结构稳定性减弱.

关键词: Mg2Si , 第一性原理 , 弹性性能 , 电子结构