偏轴载荷下连续SiC纤维增强钛基复合材料的拉伸行为研究

连续SiC纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料是未来高性能动力装置的关键材料之一。针对SiCf/Ti复合材料中纤维与试样轴向载荷常存在一定偏轴角度的问题,通过室温拉伸、有限元模拟和断口表征研究了偏轴角度对SiCf/TC17复合材料力学性能和失效机理的影响。根据SiCf/TC17复合材料力学性能、断口形貌和应力分布可以定义一个临界偏轴角度,其数值约为1°。结果表明,随偏轴角度的增加,复合材料试样的抗拉强度下降,且当偏轴角度超过临界值时,抗拉强度下降速率增加。复合材料的失效机制与偏轴角度相关,当偏轴角度小于临界值时,试样断口由数个平坦的断面组成,纤维拔出和界面开裂程度都较低,纤维断面基本垂直于轴线,为典型的正应力断裂形貌;当偏轴角度大于临界值时,断口的起伏程度增加,纤维拔出和界面开裂现象都更加明显,部分纤维开始出现剪切断裂,表明拉剪耦合在断裂中起到重要作用。因此,对于SiCf/TC17复合材料轴向试样而言,应将纤维与试样整体的偏轴角度控制在临界值内,以获得有效的性能测试数据。

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.

经编织物膜材偏轴中心撕裂行为及破坏机理

为了探究双轴向经编织物膜材中心撕裂行为与破坏机理,本文以典型PVDF经编织物为研究对象,进行了7个偏轴角度下(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的单轴中心撕裂试验,系统分析了经编织物破坏形态及撕裂强度随偏轴角度的变化规律,并结合细观数值模型进一步挖掘了偏轴角度对撕裂强度的影响及纱线细观受力情况与变形机理。结果表明,经编织物膜材内部纱线的偏转可显著影响切缝的扩展方向和开口形状。临界撕裂应力和极限撕裂应力随偏轴角度的增加整体呈“W”形变化规律,断裂位移和失效位移随偏轴角度的增加整体呈倒“V”形变化规律。纱线的偏转可使承载纱线的应力集中范围和应力分布情况产生显著差异,45°偏轴角度因应力分布更加均匀,变形更加充分,达到最大撕裂强度,是经编织物膜材的最优承载机制。所得结论可为织物膜材局部裂纹止裂分析及建筑膜结构安全性评估提供有益参考。

基于非线性本构的织物膜材梯形撕裂数值分析

为提高针对织物复合膜材撕裂力学响应数值分析的精确性,本文基于连续损伤力学理论,建立了PVDF涂层织物膜材的非线性损伤本构模型。结合梯度为15°的偏轴拉伸试验,验证了非线性本构模型的精确性;并将非线性本构模型纳入数值分析,与传统三折线本构模型及梯度为15°的梯形撕裂试验结果进行对比,验证非线性本构在撕裂力学响应方面的精确性。结果表明:非线性本构模型可有效跟踪膜材实际应力-应变曲线。在撕裂力学响应方面,两种模型均能体现系列参数变化对撕裂性能的影响规律及相应撕裂机理,但非线性本构模型在破坏形态上能更好地体现膜材撕裂过程中拉剪耦合复杂应力影响。

短玻璃纤维增强复合材料疲劳性能研究

文章对汽车用玻纤质量分数为35%的短玻纤增强复合材料PA66进行静载拉伸试验,得到材料在3种偏轴角度的拉伸极限强度,分析了拉伸强度随纤维偏轴角度变化的规律。通过进行应力比为0.1的疲劳试验,得到材料在3种偏轴角度的S−N曲线,初步分析了每种偏轴角度的材料在不同应力水平的刚度降;同时分析了纤维取向分布对材料疲劳性能的影响,发现纤维取向分布对材料的疲劳性能影响较大,偏轴角度越小,纤维对材料的疲劳性能增强效果越好,3种角度的S−N曲线近似平行。

PVC涂层织物膜材的非线性各向异性本构关系模型

基于各向异性弹塑性理论,通过等效应力和等效塑性应变反映材料固有的非线性性质,并结合三参数形式的弹塑性屈服函数,提出了1种适用于聚氯乙烯(PVC)涂层织物膜材的非线性各向异性本构模型.为确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型的适用性,进行了7个偏轴角度(0°、5°、15°、45°、75°、85°和90°)的单轴拉伸试验,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明:该本构模型能够较为准确地反映PVC涂层织物膜材拉伸时的非线性应力应变关系,可用来预测PVC涂层织物膜材在拉剪应力共同作用下的力学行为.

PVC涂层织物撕裂破坏机理分析与强度预测模型

针对几种常见的PVC涂层织物进行撕裂试验,系统研究了PVC涂层织物膜材的撕裂破坏机理,重点研究了有无涂层材料、开口尺寸、夹持倾角、偏轴角度、拉伸速率等因素的影响,建立了撕裂强度和抗拉强度之间的关系,提出了相应的强度预测模型。结果表明,撕裂强度受材料拉伸强度及试验条件的影响明显,随开口尺寸增大呈线性降低,随夹持倾角的增大而增大,随拉伸速率的增大而减小,且在偏轴45°时撕裂强度达到最大。文中提出的模型能够较好地预测不同受力条件下的PVC涂层织物的撕裂强度。