连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。

单向热塑性复合材料层压板偏轴拉伸试验及其数值模拟

AS4/PEEK作为一种高性能的热塑性复合材料在航空航天、军事和汽车等领域应用广泛.对不同角度的单向AS4/PEEK层压板进行偏轴拉伸试验,获得了相应的应力-应变曲线、拉伸强度和断裂面角度.在数值模拟中,采用单参数三维塑性模型描述AS4/PEEK的非线性力学行为,模型中的塑性参数使用信任域反射算法得到.结合LaRC05准则和裂纹带理论开发了基于Abaqus的用户材料子程序VUMAT,并将其应用于偏轴拉伸的数值模拟.结果显示该三维弹塑性损伤本构模型能够较准确地模拟AS4/PEEK的塑性效应,且预测的拉伸强度与试验结果吻合良好.本文提出的三维弹塑性损伤模型为热塑性复合材料塑性变形和损伤的综合分析提供了一种准确且有效的方法.

Kapton薄膜偏轴拉伸试验研究

为深入揭示Kapton高分子膜材强度和刚度特征,对其进行7个偏轴角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)下的单轴拉伸试验,获得了材料在各角度下的应力-应变关系、强度和断裂延伸率等数据,推导了相应的弹性模量-应变关系。结果表明:Kapton薄膜为典型的非线性、各向异性材料,整个拉伸过程的应力-应变曲线可以分为3个阶段,即近似弹性段、应变强化段、应力强化段;Kapton膜材强度随偏轴角度的变化表现出“N”形分布规律,异于Tsai-Hill等强度准则的“U”形规律,这是由于膜材内部分子链的择优取向,导致偏轴角度30°时抗拉强度最大,偏轴角度60°时抗拉强度最小;断裂延伸率随偏轴角度的增大呈现出增大的趋势;不同偏轴角度下的弹性模量均有所差异,正交各向异性板的弹性理论可以较好预测Kapton膜材的等效弹性模量;研究所得结论可为Kapton膜材强度、变形预测及相应的充气可展结构设计分析提供参考。

古木材横纹偏轴受压本构关系模型

提出了一种参数少、参数物理意义简单、参数易于获取的古木材横纹偏轴受压本构关系模型.该本构关系模型将单向纤维复合材料领域中的Sun-Chen本构关系模型引入古木材领域,并将古木材横纹偏轴受压特征与该模型结合,以简化方法反映古木材累积损伤,以便准确描述古木材横纹偏轴受压下的力学响应.以北京故宫修缮替换件为样本,制作7组70个试件,通过木材横纹受压试验获取相应的应力-应变曲线.使用偏轴角度为0°、45°、90°的古木材横纹偏轴受压试验结果求解模型参数,主曲线决定系数高达0.94.使用该模型获取偏轴角度为15°、30°、60°、75°的古木材横纹偏轴受压屈服强度和应力-应变曲线.通过模型计算结果和试验结果对比可知,在使用少量试验结果的前提下,本文提出的本构关系模型可准确计算多偏轴角度的古木材横纹受压屈服强度和应力-应变曲线,能够反映斗栱用材受压损伤特征,助力古建木构保护.

复合材料单向板偏轴拉伸试验方法的研究

通过复合材料单向板的偏轴拉伸试验可以获得材料在拉伸和剪切应力作用下的力学响应,对于研究复合材料的损伤和失效行为有重要意义。研究了聚醚醚酮(PEEK)/碳纤维(CF)单向板偏轴拉伸试件以及加强片的形式。结合理论分析,提出了一种带斜角的加强片形式,并确定了不同偏轴角度下理想的加强片倾斜角度。结合有限元建模分析,对比了不同加强片形式对偏轴拉伸试件的应力场和变形场分布的影响。结果显示,使用方形加强片的试件在偏轴拉伸过程中由于偏轴应力影响,出现应力集中并导致弯曲变形。使用斜形加强片可有效消除试件中的弯矩和应力集中现象。为避免斜形加强片尖端在加载过程中发生脱黏,进一步提出了对斜形加强片尖端进行倒圆角的优化方法,并通过有限元建模分析了优化后加强片附近的应力场分布,与使用未倒角加强片的试件对比发现,对于偏轴角度小于30°的试件,所获得的各方向最大应力相差不大,可采用斜形加强片并倒圆角,以获得更准确的试验数据。该设计有效改善了加强片尖端处的应力集中问题。

偏轴防斜钻具的研究及试验

偏轴防斜钻具是一种新型的防斜钻具。分析了偏轴防斜钻具的工作原理 ,设计出了2 4 1 3mm井眼用偏轴接头 ,并优选了技术参数。研究设计的偏轴钻具组合在辽河油田进了现场试验 ,取得了明显的效果 ,控制了井斜 。

偏轴防斜钻具在辽河油田的应用

偏轴防斜钻具是一种新的防斜钻具。分析了偏轴钻具的工作原理 ,并优选了技术参数。研究设计的偏轴钻具组合在辽河油田进行了现场试验和应用 ,取得了比较好的效果 ,控制了井斜 。

偏轴介质球在高斯光束中归轴力特性的分析

利用激光光束控制、捕获生物体问题的数学模型 ,针对捕控对象所处的位置偏离光轴的情况 ,详细计算和讨论其受力特性 .对于不同实验条件和不同的捕控对象 ,只须将具体的参数作相应的变换 ,即可直接应用此分析方法 .分析结果表明 ,捕控对象的线度和离轴距离是影响归轴力的主要因素 .

短玻璃纤维增强PA66的偏轴拉伸模量和强度研究

对含30%质量分数短玻璃纤维注塑增强PA66材料,按照与注塑方向成0°、30°、45°、60°和90°裁取试验件,进行偏轴拉伸试验,得到了5组试验件的载荷-位移曲线、拉伸模量和拉伸强度。应用45°偏轴拉伸测定了材料的剪切弹性模量。通过对偏轴拉伸模量和强度对比,以及应用复合材料计算剪切模量的结果对比应用各向同性计算的结果,证明了短纤维复合材料并不能当做传统各向同性材料来处理分析,是具有各向异性的材料。分析表明,连续纤维偏轴拉伸模量计算方法对于短纤维复合材料仍然适用,蔡-希尔失效判据也能较好的适用于这种材料。从试验结果和偏轴模量以及强度计算发现,60°是最差承载角。

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际。以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析。研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生。在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题。

偏轴对同轴线传输性能的影响及偏轴距的控制

在文献[1]相关结论的基础上,分析偏轴对同轴传输线的击穿电压、特性阻抗及功率容量的影响。研究结论可为同轴线的加工制作精度提供理论依据,对提高同轴传输线的质量,定量计算实际生产中出现的工艺偏差具有一定的参考价值。

偏轴防斜钻具的研究及在江苏部分地区的应用

通过对偏轴钻具组合工作原理及应力情况的理论和室内试验的分析研究 ,分别在江苏句容地区中古生界高陡构造和其它新生界地层的钻井中进行了现场试验和应用 ,并取得了很好的效果 ,井斜可得到有效控制 。

2D-C/SiC复合材料偏轴拉伸力学行为研究

通过对2D-C/SiC复合材料试件进行不同偏轴角度的拉伸实验,研究了偏轴角度对材料拉伸力学特性的影响。通过应变片分别测得了材料加载方向和纤维束方向上的应力-应变行为,对比分析了偏轴角度对上述应力-应变行为的影响;并结合试件断口扫描电镜照片,阐释了纤维束方向上拉伸和剪切损伤间的相互耦合效应。实验结果表明,材料的拉伸模量和强度随偏轴角度的增大出现明显下降;材料纤维束方向上的拉伸损伤和剪切损伤具有显著的相互促进作用。最后,以材料0°拉伸和45°拉伸实验数据为基础,建立了材料的偏轴拉伸应力-应变行为预测模型,模型预测结果与实验结果吻合较好。

双轴向经编类膜材PVDF8028偏轴强度及刚度特征

双轴向经编类膜材具有多层次的复合结构,为深入揭示其强度及刚度特征,以高性能膜材Seaman PVDF8028为研究对象,进行了7个偏轴角度(梯度15°)的拉伸力学性能试验,获得了各角度下应力-应变关系、强度及变形数据,推导了相应弹模-应变关系并对其衍变规律进行了深入研究.研究表明:双轴向经编类膜材PVDF8028为典型的非线性、各向异性材料;各角度下的变形刚度特征差异明显,且表现出规律性的衍变特征;应变全域内的应力及弹模关系曲线呈现出特征鲜明的3阶段:起始线弹性段、应变强化段及应力强化段;此外,膜材的强度随角度变化表现出典型的“W”形规律,异于Tsai-Hill等强度准则的“U”形规律.所得研究结论可为双轴向经编类膜材变形强度预测及相应膜结构的设计分析提供有益参考.

偏轴反射镜平台视轴稳定技术及建模分析

常规反射镜平台采用方位/俯仰型两框架结构形式,探测器视轴平行于外框架旋转轴。区别于常规反射镜平台,偏轴反射镜平台不再遵循探测器视轴与外框架旋转轴平行的原则,其视轴角速度具有强耦合和非线性的特点。主要研究了这类偏轴反射镜平台的运动学、动力学建模和视轴稳定机理。首先,采用虚拟整体稳定平台技术推导平台运动学方程,并确定了虚拟平台框架类型的选取原则。在此基础上推导了完整的视轴坐标系动力学模型。然后,对载体运动耦合机制进行了分析并给出了控制框图。最后,对视轴运动特性进行仿真分析。仿真结果表明,该平台在视轴指向、力矩耦合等方面具有不同于常规反射镜平台的特性,且由视轴运动非线性引起的视轴交叉耦合力矩大于惯量耦合力矩。

不同拉伸速率下平织PVC膜材偏轴拉伸性能

试验研究了平织PVC膜材在0°,5°,15°,25°,35°,45°,55°,65°,75°,85°,90°这11个偏轴方向的拉伸性能,同时考虑了10,25,50,100,200,500mm/min 6种拉伸速度的影响;讨论了平织PVC膜材的破坏模式与应力状态之间的关系,得到了平织PVC膜材主要力学参数随偏轴角度和拉伸速度变化的规律.结果表明:随着偏轴角度的增加,平织PVC膜材的抗拉强度逐渐降低,而断裂延伸率逐渐增加;试验中主要有3种破坏模式:纤维整齐断裂、纤维拔出破坏和复合型破坏,这主要与材料的应力状态有关;随着拉伸速度的增加,膜材的抗拉强度会略微增加,而断裂延伸率却有略微下降,两者均与拉伸速度的对数呈较好的线性关系.

GLARE层板偏轴拉伸性能

通过对两种GLARE层板(纤维单向铺层与正交铺层)偏轴拉伸的研究,可以发现,无论偏轴拉伸的角度如何,当铝板屈服后,GLARE层板会从线性阶段进入非线性阶段。单向纤维增强层板,随着偏轴拉伸角θ的增大,极限拉伸强度和硬化指数n都相应明显的减小。单向层板,当偏轴拉伸角θ>15°时,纤维/环氧树脂层横向裂纹在GLARE拉深破坏之前出现。正交层板,14°<θ<76°时,才出现横向裂纹。正交与单向纤维层板破坏的现象不同,破坏机理也不同。

平面三向织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能研究

研究了平面三向织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能,并与平纹织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能进行了对比,同时分析了试样形状(长方形和哑铃形)对织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸的影响。结果表明,平面三向织物增强橡胶复合材料在各个方向的拉伸断裂强度及断裂伸长率变化较小,表现出准各向同性,而平纹织物增强橡胶复合材料则表现为明显的各向异性;哑铃形试样更适合织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能测试。

碳纤维单丝偏轴拉伸力阻效应实验与理论分析

碳纤维在复合材料基体中的分布较大程度地影响了碳纤维智能材料的感知特性,故需在微米尺度下研究多角度偏轴拉伸下的碳纤维单丝的力电功能响应。测试了不同角度拉伸环境下碳纤维单丝的电阻变化,并对其电阻的变化情况进行了分析。结果表明碳纤维单丝在外载荷偏轴拉伸作用下电阻变化与拉伸角度间存在非线性关系。外载荷在纤维方向产生的应变对电阻变化率的作用强于垂直纤维方向应变对电阻变化率的作用,62°拉伸角为正负力阻效应的临界角度。

雷达低空目标俯仰角偏轴测量的C^2算法研究

由于多径信号的干扰,单脉冲比幅测角体制的雷达在对低空目标俯仰角测量时,会带来很大的偏差。应用多目标分辨算法(C2算法),对其在某相控阵雷达系统中低空目标俯仰角偏轴跟踪测量性能进行了分析和仿真,为雷达系统的设计提供依据。通过对不同场景下的仿真结果分析,表明该算法具有比较优良的抗多径干扰性能,可以提高俯仰角的测量精度,该算法运算比较简单,适宜应用于单脉冲比幅测角体制雷达低空目标俯仰角的实时跟踪测量。