刚性粒子增韧UPR复合材料的细观模型
复合材料细观结构的数学模型及其应用(宋来忠)PPT模板
第7章大量不规则颗粒随机分布区域的三维数学模型
7.2空间点到颗粒的距离与误差估计
7.2.2求点到 颗粒距离的 搜索法
7.2.1空间点 到颗粒的距 离
7.2.3搜索法 求距离的误 差分析
0 5 2.2.5参数曲面沿向量场的伸缩变形 0 6 2.2.6基本matlab程序
07
o
n
e
第3章大量不规则颗粒随机分布区域的 二维数学模型
第3章大量不规则颗粒随机分布区 域的二维数学模型
3.1平面上点与椭圆的位置关系判别 3.2单颗增强颗粒的参数方程 3.3点到增强颗粒边界的距离 3.4几何模型的建立 3.5二维不规则颗粒模型的matlab 程序 3.2单颗增强颗粒的参数方程 3.3点到增强颗粒边界的距离 3.4几何模型的建立 3.5二维不规则颗粒模型的
6.4搜索法求距离误 差分析
6.5具有大量椭球颗 粒/孔洞的随机分布
区域模拟的算法
6.6视骨料为椭球的 混凝土试件的几何模
拟
作为覆盖的不规则骨料颗粒模型 6.8椭球颗粒模型的matlab程序 6.8椭球颗粒模型的MATLAB程序
第6章大量椭球随机分布区域的数学模型
6.8椭球颗粒模型的matlab程序
6.8.1点到椭球的距 离程序
2
6.8.2椭球作图程序
6.8.3二级配椭球骨 料模型创建程序
11
o
n
e
第7章大量不规则颗粒随机分布区域的 三维数学模型
第7章大量不规则颗粒随机分布区 域的三维数学模型
7.1单颗颗粒的参数方程 7.2空间点到颗粒的距离与误差估计 7.3几何模型的创建 7.4三维不规则颗粒模型的matlab 程序 7.2空间点到颗粒的距离与误差估计 7.3几何模型的创建 7.4三维不规则颗粒模型的 M AT L A B 程 序
基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟
基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟基于大型有限元软件ANSYS建立单向纤维增强复合材料的代表性体积单元的仿真模型,将纤维和基体作为两种不同的材料建模。
通过施加适当的边界约束条件和载荷,计算有效弹性模量。
计算结果与部分实验和理论结果具有较好的一致性,表明所采用的方法能够较好地计算复合材料的宏观有基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟杜潇，陈柯河海大学土木工程学院，南京（210098）摘要：基于大型有限元软件ANSYS建立单向纤维增强复合材料的代表性体积单元的仿真模型，将纤维和基体作为两种不同的材料建模。
通过施加适当的边界约束条件和载荷，计算有效弹性模量。
计算结果与部分实验和理论结果具有较好的一致性，表明所采用的方法能够较好地计算复合材料的宏观有效弹性模量。
关键词：ANSYS；复合材料；代表性体积单元；有效弹性模量1. 引言复合材料是一大类新型材料，具有强度高、刚度大、质量轻、抗疲劳、减振、耐高温等一系列优点，纤维增强复合材料是其中一种。
研究复合材料力学性能分为宏观力学和细观力学两种方法。
连续介质力学中假设材料为均匀，其目的是采用适当的本构关系描述材料外部作用的响应。
这类本构关系是在不考虑材料微结构的情况下通过宏观实验得到的。
然而，不论是天然材料还是人工材料，即使在宏观尺度下表现出均匀性，实质上却是非匀质。
所以，连续介质力学的描述只是一种近似，力学性能实验只能反映出材料的“整体”性能。
连续介质力学并不能揭示出微结构与宏观性能之间的关系。
材料细观力学是20世纪力学领域重要的科学研究成果之一。
它研究宏观均匀但细观非均匀的介质，多采用多尺度力学理论，目的就是基于材料细观结构的信息，寻找宏观均匀材料的有效性能，其基本思想是“均匀化”。
对于弹性问题，从细观尺度的应力、应变场出发，通过应力和应变体积平均值之间的关系确定材料的有效弹性性能，从而用均匀化后的介质代替原非均匀介质[1]。
刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构
V o l.14高分子材料科学与工程N o12 1998年3月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G M ar.1998刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构Ξ欧玉春(中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室,北京,100080)摘要 介绍了作者近年来在无机刚性粒子增强增韧聚合物(尼龙、聚丙烯、聚乙烯)方面的最新研究结果。
实验表明,无机刚性粒子填充聚合物的增强增韧与其界面相结构有着密切的关系。
在保证无机刚性粒子均匀分散的条件下,界面相结构是决定性的因素,界面相容剂的性质、界面相互相作用的程度和界面层厚度可以调节和控制复合材料的最终力学性能。
关键词 无机刚性粒子,增强增韧,界面相结构 弹性体增韧塑料虽然在工业上已取得了巨大成功,但它提高韧性的同时,却使刚度、强度和使用温度大幅度降低。
从1984年起,国外出现了以非弹性体代替橡胶增韧塑料的新思想[1]。
人们先后获得了PC AB S、PC A S、PP AB S等刚性有机粒子增韧体系[1,2]。
1988年,李东明、漆宗能[3]在研究CaCO3增韧PP复合材料的断裂韧性中,用断裂力学分析能量耗散的途径,在国内首次提出了填充增强、增韧的新途径。
对刚性粒子填充塑料的增韧机理,人们进行了大量的研究。
但对增强和增韧机理的研究皆未对界面相的状况及其在增强增韧过程中的作用机理作深入研究。
实际上,复合材料的力学性能很大程度上取决于分散相在基体中的分散质量和二者形成的界面层的状况。
本文的目的是探讨无机刚性粒子能不能增韧聚合物,在什么条件下才能起到增强增韧聚合物的作用,这种增强增韧作用和界面相结构的关系,以及怎么通过界面相结构来控制复合材料的最终力学性能。
1 无机粒子在聚合物基体中的分散状况当无机粒子添加到聚合物熔体中经过螺杆或机械剪切力的作用,可能形成3种无机粒子分散的微观结构状态(见F ig.1),a.无机粒子在聚合物中形成第二聚集态结构,在这种情况下,如果无机粒子的粒径足够小(nm级),界面结合良好,则这种形态结构具有很好的增强效果,无机粒子如同刚性链条一样对聚合物起着增强作用,二氧化硅和碳黑为什么能很好的增强橡胶,其中一个很重要的原因是它们在 F ig.1 Sche matic represen tation of f iller dispersion i nthe poly mer橡胶基体中形成了这种第二聚集态结构。
复合材料增强原理
高分子复合材料
当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂后被从 基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材料的断裂强度 提高。
高分子复合材料
为了达到纤维增强的效果，须遵循以下原则：
纤维的强度和弹性模量应远高于基体； 纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承 受的载荷能通过界面传递给纤维，并防止脆性断裂； 纤维的排列方向要与构件的受力方向一致； 纤维与基体的热胀系数应匹配； 纤维与基体不能发生使结合强度降低的化学反应； 纤维所占体积分数、纤维长度和直径及长径比等必须满足 一定要求。
高分子复合材料
几种典型复合材料的临界长度Lc和长径比Lc/d
高分子复合材料
在单向连续纤维增强复合材料中，复合材料中组分承 载应力表达式：
f Af V f E f Pm m Am Vm Em
Pf
纤维/基体弹性模量↑，纤维体积含量↑，则纤 维承载越大
高分子复合材料
图2.2 位错在晶面上滑移（a）和在TiC颗粒前位错的塞积（b）
图2.3 两相不均匀变形在界面形成的位错环
高分子复合材料
不同体积分数的粒子对性能的影响
高分子复合材料
纤维增强机制
纤维增强复材： 由高强度、高模量、连续（长）纤维或不 连续（短）纤维与基体复合而成
基体：通过界面将载荷有效地传递到增强相（晶须、纤维 等），不是主承力相。 纤维：承受由基体传递来的有效载荷，主承力相。
图2.1 颗粒起着阻碍基体位错运动作用示意图
高分子复合材料
颗粒增强机制 颗粒增强复合材料：尺寸较大(>1μm)的坚硬颗粒及基体 复合而成 粒子直径为1～50μm，体积分数>20% 机理： 颗粒阻碍基体位错运动强化
复合材料增韧
复合材料增韧复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
然而，复合材料在使用过程中往往容易出现脆性断裂的问题，因此如何增加复合材料的韧性成为了一个重要的研究方向。
增韧的方法有很多种，本文将从微观结构调控、纤维增韧、界面改性、层合板设计等方面来探讨复合材料增韧的方法。
首先，微观结构调控是一种常见的增韧方法。
通过控制复合材料的微观结构，可以有效地提高其韧性。
例如，可以通过纳米颗粒的加入来增强复合材料的韧性，这是因为纳米颗粒可以有效地阻止裂纹的扩展，从而提高复合材料的抗拉强度和韧性。
此外，还可以通过调控复合材料的晶格结构来增加其韧性，例如通过固溶强化、析出强化等方法来改善复合材料的力学性能。
其次，纤维增韧是另一种常用的增韧方法。
在复合材料中加入适量的纤维材料，可以有效地提高其韧性。
例如，在碳纤维增强复合材料中加入适量的玻璃纤维，可以有效地提高其韧性，这是因为玻璃纤维可以有效地吸收能量，阻止裂纹的扩展。
此外，还可以通过控制纤维的取向和分布来增加复合材料的韧性，例如通过层合板的设计来提高其韧性。
再次，界面改性也是一种常用的增韧方法。
复合材料的性能往往受到界面的影响，因此通过改善复合材料的界面性能，可以有效地提高其韧性。
例如通过表面处理、界面活性剂的加入等方法来改善复合材料的界面结合强度，从而提高其韧性。
此外，还可以通过界面层的设计来增加复合材料的韧性，例如通过增加界面层的厚度、改变界面层的成分等方法来提高复合材料的韧性。
最后，层合板设计也是一种常用的增韧方法。
层合板是一种由多层材料组合而成的复合材料，通过合理设计层合板的结构，可以有效地提高其韧性。
例如通过控制层合板的层序、层间界面的设计等方法来增加其韧性。
此外，还可以通过在层合板中加入夹芯材料来增加其韧性，例如在层合板中加入泡沫芯材料、蜂窝芯材料等，可以有效地提高其韧性。
综上所述，复合材料增韧的方法有很多种，可以通过微观结构调控、纤维增韧、界面改性、层合板设计等方面来提高其韧性。
具有界面效应的复合材料细观力学研究
一、引言复合材料作为一种重要的工程材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
而复合材料的界面效应对其力学性能具有重要影响，因此对复合材料的界面效应进行细观力学研究具有重要意义。
二、复合材料的界面效应1. 界面效应的定义复合材料是由两种或两种以上的材料结合而成的材料，其性能优于单一材料。
而这种优越性能的实现主要依赖于复合材料内部的界面结构和界面效应。
界面效应指的是复合材料内两种不同材料之间相互作用所产生的各种效应，包括化学、物理和力学效应等。
2. 界面效应的影响复合材料的界面效应对其力学性能具有明显的影响。
界面的强度和粘附性能决定了复合材料的整体强度和韧性，同时也影响着复合材料的疲劳性能和耐久性能。
研究复合材料的界面效应对于提高复合材料的力学性能具有重要意义。
三、复合材料界面效应的细观力学研究1. 界面微结构的表征复合材料的界面微结构主要包括界面分子层、界面化学键和界面原子的排列方式等。
通过高分辨扫描电镜和透射电镜等技术，可以对复合材料的界面微结构进行准确定量的表征。
2. 界面效应的原子尺度模拟利用分子动力学模拟和密度泛函理论等方法，可以对复合材料的界面效应进行原子尺度的模拟和分析。
通过模拟可以深入理解界面效应的基本原理，并为实验研究提供理论指导。
3. 界面效应的力学性能测试利用原位力学测试和纳米压痕等测试方法，可以对复合材料的界面效应进行力学性能测试。
通过测试可以获得界面的强度、韧性和断裂行为等重要参数，为界面效应的力学性能提供定量的实验数据。
四、复合材料界面效应研究的意义和挑战1. 意义复合材料的界面效应研究对于提高复合材料的力学性能具有重要意义。
通过深入理解界面效应的本质，可以有效地改善复合材料的性能，并拓展其应用领域。
2. 挑战复合材料的界面效应研究也面临着一些挑战，如界面微结构的表征受到限制、原子尺度模拟的复杂度和计算资源需求等。
研究人员需要不断开展创新性工作，解决这些挑战，推动界面效应研究取得更大的突破。
无机刚性粒子增韧聚丙烯的影响因素
性能的影响时发现， 复合材料的力学性能均比纯 Ｐ Ｐ有所提高， 且随着粒径的减小， 冲击韧性逐渐增大。 但粒子的粒径过小， 粒子表面能高， 颗粒之间作用力过强而处于热力学非稳定状态， 极易聚集成团， 影响 颗粒的实际增韧效果。
１ ９ ］ 无机刚性粒子的粒径分布也是影响增韧效果的重要因素， 吕素平等 ［ 从损伤竞争角度分析得出，
ｉ Ｏ 的增韧效果优于普通 Ｔ ｉ Ｏ ， 但纳米 Ｔ ｉ Ｏ 质量分数超过 ４ ％ 时， Ｐ Ｐ ／ 纳米 Ｔ ｉ Ｏ 复合 学性能， 发现纳米 Ｔ ２ ２ ２ ２ 材料的冲击强度大幅度下降， 其原因可能是纳米粒子增多后， 分散更加困难， 易产生粒子“ 团聚” ， “ 团 聚” 既易产生应力集中， 又能在外力作用时产生相互滑移， 使体系性能变劣。 ２ ． ３ 无机刚性粒子在 Ｐ Ｐ基体中的分散情况
综合评述无机刚性粒子增韧聚丙烯的影响因素福建省高分子材料重点实验室福建师范大学材料科学与工程学院福州350007简要介绍了无机刚性粒子对聚丙烯pp的增韧机理并着重介绍了利用无机刚性粒子增韧pppp基体无机刚性粒子的性质及用量无机刚性粒子在pp基体中的分散情况无机刚性粒子与pp基体间的界面相互作用等因素对增韧效果的影响
２ ． ２ 无机刚性粒子的性质及用量 ２ ． ２ ． １ 无机刚性粒子的性质 无机刚性粒子自身的性质包括粒子种类、 形状、 尺寸、 粒径分布、 表面积 和孔隙率以及物理、 机械、 化学、 热、 光和电等其它性能。其中粒子种类、 形状、 尺寸和粒径分布是影响其 Ｐ效果的重要因素。 增韧增强 Ｐ
３ ６ ］ 不同种类和形状的填料在复合体系中的增韧的效果不同， Ｂ ｒ ａ ｍ ｕ ｚ ｚ ｏ 等［ 研究发现， 球形 Ｃ ａ Ｃ Ｏ 、 球 ３
含韧性界面相的颗粒增强复合材料的损伤研究
含韧性界面相的颗粒增强复合材料的损伤研究
杨慧
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2015(37)4
【摘要】基于增量损伤理论,提出一个可描述颗粒增强复合材料渐进式脱粘损伤、基体塑性变形及颗粒尺寸效应的本构模型。
采用双夹杂模型将韧性界面相嵌入到增量损伤理论模型,用界面分离的能量平衡式来描述颗粒增强复合材料的渐进式脱粘损伤。
该模型可研究颗粒尺寸效应和界面性能对复合材料应力-应变关系的影响,并可解释界面相对复合材料力学性能的颗粒尺寸效应的影响。
【总页数】7页(P735-741)
【关键词】颗粒增强复合材料;脆性界面相;有限元方法;脱粘损伤
【作者】杨慧
【作者单位】上海工程技术大学航空运输学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.碳化硅颗粒增强铝基复合材料中颗粒尺寸对材料断裂韧性的影响 [J], 孙立志
2.碳化硅颗粒增强铝基复合材料中颗粒尺寸对材料断裂韧性的影响 [J], 孙立志
3.含脆性界面相的颗粒增强金属基复合材料的损伤 [J], 杨慧;么娆
4.SiC颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的研究进展 [J], 刘志辉;刘亚楠;杨为民;王娟;
张曙
5.具有非均匀界面相的颗粒和纤维增强复合材料弹性静力学问题的解析解 [J], 段慧玲;王建祥;黄筑平;黄红波
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
复合材料热处理数值模拟模型建立及参数优化
复合材料热处理数值模拟模型建立及参数优化引言：复合材料是一种由两种或两种以上不同材料组成的新材料，具有较高的强度、刚度和耐磨性，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
在复合材料的制造过程中，热处理是一种重要的工艺，可以显著改善复合材料的性能。
数值模拟是研究复合材料热处理过程的有效方法，可以帮助工程师优化工艺参数，提高产品质量。
本文将探讨建立复合材料热处理数值模拟模型及参数优化的方法。
一、复合材料热处理数值模拟模型建立1.材料建模复合材料分为纤维增强复合材料和粒子增强复合材料两种。
在建立数值模拟模型时，需要将复合材料的宏观性能转化为材料模型中的本构关系。
对于纤维增强复合材料，可以通过等效材料法将其转化为各向同性材料进行建模；对于粒子增强复合材料，可以考虑粒子间的相互作用力，采用微观力学模型进行建模。
2.热传导模型热传导是复合材料热处理过程中的重要现象，其数值模拟模型需要考虑复合材料的热导率、热扩散系数和热源等因素。
可以利用有限元方法建立复合材料的热传导模型，并根据实际情况引入适当的边界条件。
3.相变模型复合材料在热处理过程中可能会发生相变，如固态相变、液态相变等。
相变模型的建立需要考虑复合材料的相变温度、相变潜热等参数，可以采用相场方法或相变耦合模型进行建模。
4.热应力模型由于复合材料的热膨胀系数和热导率在不同温度范围内可能存在差异，热处理过程中可能引起热应力的产生。
建立复合材料的热应力模型可以帮助预测热处理过程中的应力分布，进一步优化热处理参数。
二、参数优化方法1.设计实验为了建立准确可靠的数值模拟模型，在进行参数优化之前，需要进行一系列实验来获取材料的热性能参数和相关数据。
实验内容包括材料的热导率、热膨胀系数、热容等参数的测量，以及热处理过程中温度场、应力场等数据的采集。
2.响应面法响应面法是一种常用的参数优化方法，通过建立数值模拟模型，选取关键参数并进行多组实验，然后利用响应面模型对实验结果进行分析和拟合，最终得到最优参数组合。
颗粒增强复合材料的强度预测
复合材料的增强原理在复合材料中，由于增强体的形态不同，其增强原理也有很大差别，以下简要介绍几种复合材料的增强原理。
（1）弥散强化原理弥散增强复合材料是由弥散颗粒与基体复合而成。
其增强机理与析出强化机理相似，可用Orowan 机理及位错绕过理论来解释，见图1。
此时，载荷主要由基体承担，弥散微粒阻碍基体的位错运动。
微粒阻碍基体位错运动的能力越大，增强的效果越大。
在剪切应力的作用下，位错的曲率半径R 为i m b G R τ2/= (1)式中，G m 是基体的剪切模量，b 是柏氏矢量。
若微粒之间的距离为D f ，当剪切应力τi 大到使位错的曲率半径R=D f /2时，基体发生位错运动，复合材料产生塑性变形，此时剪切应力即为复合材料的屈服强度f m c D b G /=τ (2)假设基体的理论断裂应力为G m /30，基体屈服强度为G m /100，它们分别为发生位错运动所需剪应力的上、下限。
代入式（2）中得出微粒间距的上、下限分别为0.3μm 和0.01μm 。
当微粒间距在0.01~0.3μm 之间时，微粒具有增强作用。
若微粒直径为d ，体积分数为V p 、微粒弥散且均匀分布，根据体视金相学，有如下关系：)1()/32(2/12p p p p V V d D -= (3)代入式（2）即得：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=)1()/32(/2/12p p p m c V V d b G τ (4)显然，微粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好：一般V p =0.01%~0.15%，d=0.01~0.1μm 。
（2）颗粒增强原理颗粒增强复合材料是由尺寸较大（>1μm ）的坚硬颗粒与基体复合而成。
其增强原理与弥散增强有区别，在颗粒增强复合材料中，虽然载荷主要由基体承担，但颗粒也承受载荷并与约束基体的变形、颗粒阻止基体位错运动的能力越大，增强效果越好。
在外载荷的作用下，基体内位错的滑移在基体-颗粒界面上受到阻滞，并在颗粒上产生应力集中，其值为：σσn i = (5)根据位错理论，应力集中因子为：b G D n m p /σ= (6)将上式代入式（5）得：b G D m p i /2σσ= (7)如果p i σσ=时，颗粒开始破坏，产生裂纹，引起复合材料变形，并令C G p p /=σ，则有： b G D c G m p pp i /2σσσ=== (8)式中，σp 为颗粒强度，c 为常数。
e5强复合材料宏、细观统一的细观力学模型
纤维增强复合材料宏、细观统一的细观力学模型雷友锋，林宏镇，高德平（空军第八研究所）（南京航空航天大学）摘要：研究了复合材料宏、细观特征之间的联系，将宏观复台材料体中的一点赋予了细观结构特征。
基于细观结构周期性假设．建立了一种数值型细观力学模型，模型中用高阶多项式函数模拟基体和增强相中细观位移场，通过对细观单元力学方程的分析与求解，建立了复合材料宏、细观力学变量之间的联系。
该细观力学模型，不仅能用于复合材料宏观有效性能的预测及细观应力、应变场的分析，而且能够很容易地融入常规有限元法中，实现对复合材料结构的宏、细观一体化分析．以该细观力学模型为基础的计算结果与部分文献中的试验结果及理论计算值具有较好的一致性。
关键词：复合材料，细观力学，有效性能，代表性体积元，细观单元１引言复合材料既表现出宏观特征，又具有明显的细观结构特征，复合材料力学是一种两层次的力学理论”Ｊ。
在宏观尺度上，可以将复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体，用连续介质力学理论研究复合材料的力学行为【：】，但是无法研究对宏观行为有重要影响的细观尺度上各组份相的变形及损伤失效行为。
在细观尺度上．复合材料具有包含多种组份相的非均质结构，复合材料细观力学在宏观有效性能预测以及细观应力、应变场分析方面取得了一定的进展。
１。
但是，如果能够将复合材料宏观结构分析与细观结构分析结合起来．在进行宏观结构分析时能够获得细观尺度上的力学参量值．那么将是一种更好的分析方法，１９９７年ＡＳＭＥ／ＡＳＣＥ／ＳＥＳ的复合材料力学专题会特别强调了发展复合材料宏、细观一体化分析技术的迫切性１４Ｊ，近期一些学者在这方面开展了一定的研究工作．提出了一些模型与方法…”１。
本文在分析复合材料宏、细观特征之间联系的基础上，建立联系复合材料宏、细观特征的一种数值型细观力学模型，该模型不仅能够预测复合材料的宏观有效性能以及细观应力、应变场，还能够很容易地融入常规有限元方法中．从而实现对复合材料结构的宏、细观～体化分析。
颗粒增强金属基复合材料微屈服行为的细观力学计算
第21卷 第1期V ol 121 N o 11材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第81期Feb.2003文章编号:10042793X (2003)0120021205收稿日期:2002207225;修订日期:2002210203基金项目:国家自然科学基金资助项目(19972021)作者简介:吴晶(1974—),男,广东清远人,华南理工大学机械工程学院2000级博士生,从事金属基复合材料细观力学研究.颗粒增强金属基复合材料微屈服行为的细观力学计算吴 晶,李文芳,蒙继龙(华南理工大学机械工程学院,广州 510641) 【摘 要】 本文采用细观力学模型,计算了颗粒增强金属基复合材料的微屈服行为规律。
计算模型是以有限元法、应力二阶矩的割线模量法、Eshelby 等有效夹杂方法和双夹杂模型等为基础。
计算结果表明在基体材料的微屈服规律符合Brown 2Lukens 线性规律的情况下,颗粒增强金属基复合材料的σ2〈εp 〉1Π2关系也近似呈线性符合Brown 2Lukens 规律。
同时计算了增强体颗粒的含量、热残余应力和位错密度等多方面因素对复合材料微屈服规律的影响。
【关键词】 M MC ;微屈服;细观力学中图分类号:T B33011 文献标识码:AMicromechanics Computation of Microyield B ehavior ofP article R einforced Metal Matrix CompositesWU Jing ,LI Wen 2fang ,MENG Ji 2long(School of Mech anical E ngineering ,South China U niversity of T echnology ,G u angzhou 510641,China)【Abstract 】 The particle rein forced M MC ’s microyield behavior is com puted by micromechanics m odel.The micromechanics m odelis based on the finite element method 、secant m oduli method 、Eshelby ’s equivalent method and double 2inclusion m odel ,etc.The result shows that if the matrix material accords with Brown 2Luken ’s relation ,the M MC ’s microyield behavior accords with it too.The M MC ’s mi 2croyield strength is lower than that of the matrix material.The in fluencing factors such as particle v olume fraction 、density of dislocation in the process of M MC ’s microyield are studied quantitatively.【K ey w ords 】 M MC ;microyield ;micromechanics1 前 言金属在远低于工程屈服强度的应力下发生的微屈服行为对其许多力学行为尤其是尺寸稳定性等具有重要的影响[1],因而在国内外学术界引起了广泛的关注。
界面层对钛颗粒增强镁基复合材料细观力学场的影响
界面层对钛颗粒增强镁基复合材料细观力学场的影响郗雨林柴东朗西安交通大学材料学院摘要:本文通过有限元数值模拟，研究了界面层的Young’s模量（Ei）对Ti颗粒增强镁基复合材料细观力学特征的影响规律。
结果表明，界面层与基体和增强体三者之间的模量（后两者的模量分别记为Em和Er）匹配对复合材料细观力学参量的分布影响很大。
当Ei＜Em时，应力集中和功耗集中主要发生于界面层的上、下两端；当Ei＞Er时，应力集中转移到界面层的左、右两侧；而当Em＜Ei＜Er时，应力和功耗的集中程度较小，复合材料中出现孔洞、微裂纹，以及发生界面脱开的危险性相对减小。
对于Ti颗粒增强镁基复合材料而言，界面层模量为80GPa左右时比较合理。
关键词:FEPG；有限元方法；镁基复合材料；界面层；细观力学特征；前言在镁基复合材料的三个组成部分（增强体、基体和界面）中，界面具有特殊而重要的意义。
界面的特殊性主要表现在两个方面：与增强体和基体相比，界面的尺寸（至少在一维尺度上）一般很小，对其性能的表征较难进行；其次，界面的结构、成分和性能会因复合材料制备工艺的不同、以及增强体与基体的性能差异而具有一定的多样性和复杂性。
以上两点给界面的研究带来很大的困难。
但是，由于界面在复合材料中起着重要的载荷传递和应变协调作用【1,2】，其结构和性能对复合材料的细、微观力学行为、以及宏观性能都会产生至关重要的影响，因此，对界面的研究意义重大。
目前，有关界面的研究及设计已经成为一个多学科的问题，按不同的需要可分为不同的层次。
作为结构材料，需要着重考虑的是界面的物理冶金特征和细观力学特征。
前者研究的对象是界面附近的元素分布、相组成及界面反应等情况；后者则探讨界面及其两侧的应力、应变等细观力学参量的分布和变化特征。
对于以结构应用为主要目的的镁基复合材料而言，力学性能决定其服役表现，因此，探索界面对复合材料受载变形时细观力学场的影响规律无疑具有十分重要的意义。
基于细观方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析
第33卷第6期2001年12月南 京 航 空 航 天 大 学 学 报Jo urnal o f Nanjing Univ ersity o f Aerona utics &Astronautics V ol.33N o.6 Dec.2001文章编号:1005-2615(2001)06-0512-04基于细观方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析周储伟 王鑫伟(南京航空航天大学航空宇航学院 南京,210016)摘要 针对高体积含量的颗粒增强复合材料,提出了一种细观结构模型:将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球,两颗粒之间的连接基体简化为一弹塑性短圆柱体,并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。
基体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空间,以此为基础,建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。
数值求解这两个方程,可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式,从而建立颗粒对的细观弹塑性本构,采用平均化方法,进一步推导出材料宏观的应力-应变关系。
本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟,理论预测与实验结果吻合较好。
关键词:复合材料;颗粒增强复合材料;本构关系;细观力学;平均化方法中图分类号:T B333;O 343.7;O 344.1 文献标识码:A 基金项目:中国博士后基金及江苏省博士后基金资助项目。
收稿日期:2000-11-07;修订日期:2001-07-18 作者简介:周储伟,男,副教授,1964年2月生;王鑫伟,男,教授,博士生导师,1948年2月生。
引 言颗粒增强复合材料的力学性能与颗粒体和基体的模量、强度、颗粒的体积含量、颗粒/基体的粘合强度等细观参数有关,从这些细观参数出发,预测出材料的宏观力学性能,是材料设计和使用中所关心的问题。
当颗粒体积含量较高时,颗粒间的相互作用效应很强,这种效应对于材料的模量、屈服、损伤等力学性能都有很大的影响,此时适用于较小颗粒体积含量的基于Eshelby 方法的各种细观力学模型不再适用[1～2]。
UPR复合材料及BMC的制备和性能研究的开题报告
纳米粒子/UPR复合材料及BMC的制备和性能研究
的开题报告
题目：纳米粒子/UPR复合材料及BMC的制备和性能研究
一、研究背景
随着科技的发展和经济的进步，人们对高性能材料的需求不断提高。
复合材料作为一种重要的高性能材料，已应用于多个领域，并取得了显
著的成果。
但目前复合材料的制备和性能还存在一些问题，如易燃、耐
久性差、成本高等。
为了解决这些问题，纳米粒子逐渐成为了复合材料
增强的重要手段之一，可以显著提升复合材料的力学性能、热稳定性、
耐腐蚀性等性能。
同时，UPR材料是一种常见的复合材料基体材料，其
低粘度、良好的流动性以及加工性能，使其广泛应用于复合材料制备领域，并在汽车、船舶等行业产生了广泛的应用。
因此，本课题将研究纳
米粒子掺杂UPR材料制备的复合材料及BMC，并探讨复合材料的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性等方面的性能。
二、研究内容
1. 采用溶液共混的方法制备纳米粒子/UPR复合材料
2. 对纳米粒子掺杂UPR的复合材料进行成型和表征
3. 研究纳米粒子掺杂UPR复合材料的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性能
4. 在UPR树脂中掺入玻璃纤维等增强材料，并进行BMC制备
5. 研究纳米粒子掺杂UPR/BMC的性能并进行性能比较
三、研究意义
本研究将探讨纳米粒子/UPR复合材料及BMC的制备方法和性能特性，对于解决复合材料易燃、耐久性差、成本高等问题具有重要意义。
同时，对于提升复合材料的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性等性能，并改善其加工和成型性能也将具有重要意义，为复合材料行业的发展提供有力的支持和参考。
复合材料细观力学
jlmn mn
x
Nij
ξ
D 1
ξ exp
iξ x x
dξdx
ij
x
1
16
3
C
klmn mn
x l
j Nik ξ i N jk ξ
D1 ξ
expiξ x xdξdx
ij
dξ
(3-16)
3. 弹性场的一般表示
此时，（3.15）式中的位移分量为
ui
x
C jlmn
mn
x Gij,l
x xdx
式中
(3-17)
Gij ,l
x
x
xl
Gij
x
x
xl
Gij
x
x
(3-18)
有时，Green函数也称作基本解。对于应变和应力分量，
平衡条件
计算本征应力时，需假定材料D不受外载（体力和表面力） 作用。如果上述条件得不到满足，那么应力场可以通过自 由体的本征应力问题与相应的边值问题的叠加得到。
2. 弹性问题的基本方程
平衡方程
ij, j 0
(2-10)
无外力作用的边界条件
ijn j 0
(2-11)
式中，nj是弹性体D边界上的外单位法向量。方程（2.11） 是有限弹性体的边界条件。对于无限弹性介质，相应的
C G ijkl km,lj
x x
1
8 3
C N ijkl km
汽车保险杠用刚性粒子增韧聚丙烯材料的研制
汽车保险杠用刚性粒子增韧聚丙烯材料的研制
孙卫健
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2000(000)010
【摘要】以汽车保险杠用材料为对象,以PP/EPDM/CaCO3三元共混体系为研究模型,通过采用扫描电镜和材料力学性能等试验方法,较系统地研究了刚性粒子CaCO3的表面处理、粒径、粒径分布、含量及基体树脂分子量等与其改性材料缺口冲击韧性及其产生脆韧转变现象之间的关系.试验结果表明,在较好的CaCO3表面处理、粒径及粒径分布条件下,体系中加入少量EPDM可使改性材料的刚性和韧性达到较好的平衡.
【总页数】4页(P25-28)
【作者】孙卫健
【作者单位】跃进汽车集团公司汽车研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U46
【相关文献】
1.挤出吹塑制品刚性粒子增韧改性技术 [J], 邱建成;张云灿;史长平;何建领
2.汽车保险杠用刚性粒子增韧聚丙烯材料的研制 [J], 孙卫健
3.高流动性、高刚性、耐冲击汽车保险杠专用料的研制 [J], 王少君;郭运华;李淑杰;米永存;曹建芳
4.CaCO3粒子及其增韧母料对聚丙烯材料力学性能的影响 [J], 李怀栋;张云灿
5.汽车仪表板用增强增韧聚丙烯材料的研制 [J], 李馥梅
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
挤出吹塑制品刚性粒子增韧改性技术
挤出吹塑制品刚性粒子增韧改性技术邱建成;张云灿;史长平;何建领【摘要】本文介绍了挤出吹塑制品刚性粒子改性技术与相关产品.【期刊名称】《塑料包装》【年(卷),期】2018(028)004【总页数】7页(P46-52)【关键词】刚性粒子;模量;强度;韧性【作者】邱建成;张云灿;史长平;何建领【作者单位】苏州同大机械有限公司;南京强韧塑胶有限责任公司;南京强韧塑胶有限责任公司;苏州同大机械有限公司【正文语种】中文⒈ 前言传统的聚合物增韧改性方法是将聚合物与橡胶、热塑性弹性体等材料进行共混，虽然增韧效果比较理想，但是它们往往牺牲了宝贵的强度、刚度、尺寸稳定性、耐热性以及加工性能。
近年来发展起来的刚性粒子（Rigid Filler，RF）增韧聚合物，不但使复合材料的韧性得到提高，同时还可以使其强度、模量、耐热性、加工流动性等得到改善，显示了增韧增强的复合效应。
对于无机刚性粒子的增韧机理目前还没有比较准确的统一的解释，一般这样认为：超细粒子与大粒径粒子相比，它们的表面缺陷少，非配对原子多，与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，增强了粒子与聚合物基体材料的界面黏结，因而可以承担一定的载荷，具有某种增韧的可能。
影响无机刚性粒子增韧的因素：⑴ 聚合物基体的韧性RF对聚合物的增韧是通过促进聚合物基体发生屈服和塑性变形吸收能量来实现的，因此要求聚合物基体具有一定的初始韧性，即具有一定的塑性变形能力。
因此，一般来说，聚合物基体的初始韧性越大，则增韧的效果越明显。
⑵ 界面黏结性聚合物基体与刚性粒子表面的黏结力越好，则增韧的效果越佳。
提高聚合物基体与无机刚性粒子的相容性以增强界面黏结，可提高复合材料的韧性。
通过加入相容剂改善RF的表面黏结力，是使聚合物复合材料提高增韧效果的有效方法，在填料与表面处理剂之间形成一个弹性过渡层，可有效的传递和松弛界面上的应力，更好的吸收与分散外界的冲击能，从而提高复合体系的韧性。
⑶ 刚性粒子的大小及用量常规使用的大粒径粒子容易在聚合物基体中形成缺陷，尽管能提高聚合物体系的硬度和刚度，但却损害了强度和韧性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｂｓｒ ｃ ：ＵＰＲ ｏ ｐ ｓｔｓｗ ｅ ｅｐ ｅ ａ ｅ ｔ ａ ｏ ａｅ ｉｌ ｓｔ ｕ ｈ ｎｎｇａ ｅ ｔ Ｔｈ ｆｅ ｔｏ ａ ｏ ｒ ｃｅ ｏ ｔａ ｔ ｃ ｍ ｏ ｉｅ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ｗｉ ｎ ｎ ｍ ｔｒａｓａ ｇ ｅ ｉ ｇ ｎ ． ｅ ｅ ｃ ｆｎ ｎ ｐａｆ ｌ ｓｔ ｈ ｏ ｉ
第２ 卷 第 ３ ５ 期 ２１ 年 ５ ０１ 月
湖
南
工
业
大
学
学
报
Ｖｏ１ Ｏ． ． Ｎ ３ ２５
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｏ Ｈｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｈ ｏ ｏ ｙ ｙ Ｔｅ
Ｍ ａ ０ １ ｙ ２ １
刚性 粒子 Ｍｅ ｌｒｉａ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ，Ｈｕ ａ ｎｖ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｈ ｚ ｏ ｕ ａ １ ０ ７ ｈｎ ） ． ｏｌ ｅ ｆ ｔ ｕｇｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ｅ ｏ ｌ ａ ｉ ｎ ｎＵ ｉｅｓ ｏ Ｔ ｎ ｌｇ ，Ｚ ｕ ｈ ｕＨ ｎ ４ ２ ０ ，Ｃ ｉａ ｙ ｔ ｃ ｎ
ｔ ｕｇ ｅ ｏ ｈ ｎ ＵＰＲ ｏ ｐ ｉｅ ａ ｔ ｄ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｓｌ ｅ ｔｒ ｓ ｌｓｓ ｏｗｅ ｈ ｔａ ｅｔ ｉ ａ ｇ ｈｅｔ ｕｇ ｅ ｉ ｇ ｅ ｆ ｃ ｃ ｍ ｏｓｔ ｓｗ ｓｓｕ ｉ ｄ ｅ ｔ ｎ ｉｅ ｔｓ ｅ ｕ ｔ ｈ ｄ ｔ ａ ｔａｃ ｒａ ｎ ｒ ｎ ｅ ｔ ｏ ｈ ｎ ｎ ｆｅ ｔ
用细观参 数 与宏观 力 学参数 的相 关性 模拟 了宏 观 塑性 变形规 律 ，模 拟 曲线 与 实验 曲线 吻合较好 。数值 结 果 表 明 ，非线 性理论 模 型 可 以较 好 地模 拟 复合材料 的塑 性应 变 曲线 。
关键 词 ：复合 材料 ；增韧 ；非线 性本 构模 型 ；应 力应 变
ｂ ｃ ｍ ｅ ｅｔｒｗ ｉ ｅｉ ｃ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｆｏ ｇ ｎｃｒｇ ｄｐ ｒｉｌ Ａ６ ａ ｄ ｉｏ ｇａ ｉ ｉ ｄ ｎ ｏ ａ ｔ ｌｓＳｉ ２Ｔｈｅｓｎ ｌ ｅｌ ｅ ｏ ｓｂ ｔ ｔ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｎ ｒ ａ ｉ ｉ ａ ｔｃｅＰ ｎ ｒ ｎ ｃｒｇｉ ａ ｐ ｒｉ ｅ Ｏ ． ｅ ｈｈ ｏ ｉ ｎ ｎ ｃ ｉ ｇ ｅｃ ｌ ｃ ｎ ｔｔｔｖ ｏ ｌ ｆｔ ｅｒｇｄ ｐ ｒｉｌ ｓａ ｄＵ Ｐ ｐ ｓ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ Ｔ ｅｍａ ｒ － ｌ ｔ ｅ ｏ ｍ ａ ｏ ｓｓｍ ｕ ａｅ ｙ ｏ ｓｉｕｉ ｅｍ ｄｅ ｉ ｉ ａｔｃｅ Ｒ ｈａ ｅｗａ ｓａ ｌｓ ｅ ． ｏ ｈ ｎ ｈ ｃｏ ｐ ａ ｉ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎｗａ ｉ ｌｔｄ ｂ ｓ ｃ ｉ ｔ ｅｅ ａ ｃ ｆ ｉｒ － ｅ ｈ ｉａ ｄｍ ａ ｒ ｓ ｏ ｉ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ａ ａ ｅｅ ｓ ｔ ｅｓｍｕｌｔｏ ｕ ｖ ｓｗｅ ｅｉ ｏ ｄ ａ ｒｅ ｅ ｔ ｈｅｒ ｌｖ ｎ ｅｏ ｃ ｏ ｍ ｃ ａ ｃ ｌ ｍ ｎ ｎ ａ ｃ ｏ ｃ ｐ ｃｍ ｃ ａ ｉ ａ ｒ ｍ ｔｒ ， ｉ ｐ ｈ ａ ｎｃ ｒ ｅ ｒ ｎｇ ｏ ｇ ｅ ｍ ｎ ｉ ｗｉｈｔｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｎ ｓ Ｔ ｅｎ ｍ ｅ ｃ ｅ ｕ ｔ ｎ ｃ ｔｄｔ ａ ｅｎ ｎ ｉ ｅ ｅ ｒｔｃ ｄ ｅ ａ ｆ ｃｅ ｔｙｓｍ ｕ ａｅｔｅ ｔ ｘ ｅ ｉ ｎａ ｅ ． ｈ ｏ ｈ ｕ ｒ ａ ｒ ｓ ｌ ｉｄｉａｅ ｔ ｏ ｌｎ ａ ｔ ｏ ｅ ａ ｍｏ ｌ ｎ ｅ ｉ ｌ ｓ ｈ ｔ ｈ ｒｈ ｉ ｌ ｃ ｉ ｉｎｌ ｉ ｌｔ ｈ ｐ ａ ｔｃｓｒ ｉ ｕ ｖ ｓｏ ｅｃ ｍ ｐ ｉｅ ． ｌ ｓｉ ｔａｎ ｃ ｒ ｅ ｆｔ ｏ ｈ ｏｓｔ ｓ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ：ｃ ｍｐｏ ｉｅｍ ａｅｉ ；ｔ ｕ ｈ ｎｎ ｙ ｒｓ ｏ ｓｔ ｔｒａ ｌ ｏ ｇ ｅ ｉ ｇ； ｎ ｎ ｉ ｅ ｏ ｓ ｔ ｔ ｅｍ ｏ ｅ ； ｓｒ ｓ— ｔａｎ ｏ ｌｎ ａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｖ ｄ ｌ ｔｅ ｓｓｒ ｉ ｒ ｉ ｉ
Ｐｅ ｇ Ｙｉ ｇ ， Ｌｉ ｉｎ ｕａ ，Ｓ ｅ ｉｏ ＨｕＸｕ ｐ ｎ ｎ ｕＪａ ｈ ２ ｈ ｎＺｈｎ ｎｇ ， ｎｕ （１ Ｃｏｌｇ ｆＣｉｉＥ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＡｒｈｔｃｕ ｅ Ｈｕ ａ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｃｈ ｏｏ ｙ，Ｚ ｕ ｈ ｕＨｕ ａ ４ ２ ０ ． ｌ ｅｏ ｖｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｅ ｃ ｉ ｔｒ， ｎ ｅ ｎ ｉ ｅｓｔ ｏ Ｔｅ ｎ ｌｇ ｙ ｈｚｏ ｎ ｎ １ ０ ７，Ｃｈｎ ； ｉａ
中图分类 号 ： Ｂ ３ ；０３５ Ｔ ３２ ４
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ：１７ － ８ ３２ １）３ ｌ－ ４ ６ ３ ９ ３ （０ ０ ７０ １
Ｍ ｉｒ — ｏ ｅ ｆＵＰＲ ｍｐｏ ｉｅ ｕ ｈ ｎｅ ｙ Ｒｉ ｉ ｒｉ ｌｓ ｃｏＭ ｄ ｌ ｏ Ｃｏ ｓｔ ｓＴｏ ｇ ｅ ｄｂ ｇ ｄ Ｐａ ｔｃｅ
彭 瑛 ，刘 建 华 。 ，沈 志 农 ，胡 洵 璞
（ ．湖南工业大学 土木工程学院 ，湖南 株 洲 ４ ２ ０ ；２ １ １０ ７ ．湖南工业大学 冶金工程学 院，湖南 株洲 ４ ２ ０ １０ ７）
摘 要 ：制备 出了以纳米材料 为增韧 剂的不饱 和树脂 复合材料 ，研 究 了刚性 纳米粒子 对不饱和 树脂 的增 韧作 用。通过对 复合材 料 的拉伸 实验 ，证 实 了在一 定范 围内随 着有机 刚性粒子 Ｐ Ａ６和 无机 刚性粒子 纳米 ｓｏ ｉ 添加 量增 大 ，其对 不饱 和树 脂的增韧 效果也越 好 。建 立 了刚性粒 子与不饱 和树脂相 的单胞 细观本构模 型 ，利