复合材料小尺寸不规则孔隙随机分布算法

以碳纤维/环氧树脂复合材料中的孔隙为研究对象,建立一种可以生成小尺寸不规则孔隙的随机分布算法。首先利用Matlab软件对复合材料的微观形貌图像进行处理,以获取小尺寸不规则孔隙的尺寸分布统计数据。然后以该统计数据为依据,采用改进的邻点融合法,通过C++编程建立小尺寸不规则孔隙随机分布算法。最后将孔隙微观形貌图和随机分布算法生成的孔隙分布图进行对比分析,结果表明本文算法生成的孔隙与实际孔隙的形状和分布基本相同,证明了小尺寸不规则孔隙随机分布算法的有效性和合理性。

不规则孔隙对复合材料横向拉伸力学性能的影响

本文主要研究分析了不规则形状孔隙对复合材料单向板横向拉伸力学性能的影响。首先通过C++编写不规则孔隙随机分布算法。然后通过Python参数化生成包含随机分布纤维和不规则孔隙的重复胞元(Repeating unit cell,RUC)。最后使用有限单元法(Finite element method)分析研究了不规则孔隙对单向板横向拉伸性能(横向弹性模量和横向拉伸强度)的影响。研究结果显示,孔隙的形状会影响单向板的初始损伤、损伤扩展和最终破坏。随着孔隙率的增大,横向弹性模量和横向拉伸强度都减小。相对于横向弹性模量,孔隙率对横向拉伸强度的影响较大。

厚截面复合材料层间剪切性能的尺寸效应

针对厚截面玻璃纤维增强树脂基复合材料,开展数字图像相关技术辅助的短梁剪切实验,获得不同厚度单向复合材料层间剪切行为随厚度的变化规律。为了探索材料层间剪切力学行为的尺寸效应机制,通过试样切片扫描电镜照片,观察不同厚度试样的孔隙微观特征。采用图像处理,获得不规则孔隙轮廓,提出定量表征微观特征的参数。随机生成包含纤维、基体、纤维/基体界面和孔隙的三维代表体元(RVE)模型,并通过数值分析研究不同尺寸和分布的不规则孔隙对复合材料层间剪切强度的影响。短梁剪切实验结果表明单向复合材料的层间剪切力学行为与试样厚度无关,但剪切强度随着试样厚度的增加下降。图像分析结果可见不同厚度试样孔隙的分布规律,大小,集中和不规则程度存在显著差异。RVE的数值分析结果表明:损伤是由于靠近孔隙的纤维与基体界面破坏引起的,且随着在相同孔隙率的情况下最大孔隙尺寸的增加,厚截面复合材料的层间剪切强度下降。同时孔隙集中度、孔隙率也对材料层间剪切强度有明显的影响。上述实验与分析结果表明厚截面复合材料层间剪切强度尺寸效应与材料孔隙的微观特征参数有关,随复合材料厚度增加,孔隙率、最大孔隙尺寸和集中程度变大,剪切强度下降,因此不同厚度材料孔隙微观特征的差异性是导致了材料层间剪切强度下降的重要机制之一。

采空区气体流动状态与渗流模型

20世纪80年代初,对采场自然发火问题的研究主要集中在发生火灾的治理技术上,到90年代,波兰学者Marian Branny等将采空区渗流、弥散、低温氧化以及热传导等过程联系起来进行研究,并初步形成了采空区自然发火数学模型的雏形。我国利用数学物理方法研究采空区风流状态是借鉴地下水渗流模型来研究采场空气流动规律。通过对方程的各种边值问题的数值方法求解得到气体流动状态,如风压、流线、流速的分布,为采场自燃趋势预测及位置判断提供了数学分析依据。