玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的动态拉伸力学行为特征及其失效机理

为了探明由不同方向玻璃纤维增强的聚碳酸酯(polycarbonate,PC)复合材料在宽应变率范围内的拉伸力学行为特征及其失效机理,使用材料实验机、中应变率实验机和分离式Hopkinson杆实验装置,对玻璃纤维质量分数为20%、纤维方向不同(0°、45°及90°)的PC复合材料开展了0.001~1 000 s^(-1)应变率范围内的拉伸实验研究,并通过扫描电镜对加载后的3种试件断口进行了微观分析。实验结果显示,当加载应变率由0.001 s^(-1)增加至1 000 s^(-1)时,玻璃纤维方向为0°、45°和90°的3种试件的拉伸强度分别增加57.5%、58.2%和49.4%,破坏应变分别增加74.1%、125.1%和129.1%,说明玻璃纤维增强PC复合材料具有显著的应变率效应。玻璃纤维方向为0°的试件的拉伸强度高于其他两种试件,而其破坏应变低于其他两种试件。在应变率为0.001 s^(-1)的准静态加载下,玻璃纤维增强PC复合材料呈现出纤维拔出、纤维断裂、基体脆性断裂以及纤维与基体脱粘4种失效模式;在1 000 s^(-1)的高应变率加载下,玻璃纤维增强PC复合材料呈现出纤维拔出、纤维断裂、基体塑性变形、基体塑性断裂以及纤维与基体脱粘5种失效模式。高应变率加载下,玻璃纤维增强PC复合材料的破坏强度和破坏应变相较于准静态加载下大幅增加的主要原因是:绝热温升效应导致玻璃纤维增强PC复合材料内的PC基体软化,PC复合材料产生塑性变形,基体/纤维界面黏附力增强。

δ-Al_2O_3短纤维增强Al合金复合材料的拉伸力学行为研究

利用宏观、微观实验和三维弹塑性有限元分析方法（FEM，对δ－Al_2O_3短纤维增强Al合金复合材料的弹性模具和应力-应变曲线进行预测，同时讨论该类材料的断裂特征．研究了纤维位向的变化并引入了实测的短纤维位向分布规律．研究表明，本文对该类复合材料的弹性模量和应力-应变曲线的预测是较为准确的．

超高性能混凝土拉伸力学行为的研究进展

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高比强度、突出韧性和优异耐久性的水泥基材料,其韧性立足于高强基体和高强纤维之间的高效协同机制基础之上,往往通过拉伸力学行为加以表征。从试验方法、基体和纤维三个角度综述了UHPC拉伸力学行为的研究进展情况,指出UHPC拉伸力学行为宜采用狗骨头状试件进行测试,具有明显的尺寸效应且受加载速率影响;合理优化材料组成、尺寸和分布是提高UHPC拉伸性能的有效途径;纤维种类对UHPC拉伸性能的影响最为显著,提高纤维增强因子和调控纤维分布有利于拉伸性能的提升。最后,从工程应用角度,提出了UHPC拉伸力学行为需要进一步加强研究的建议。

3D打印贝壳仿生复合材料的拉伸力学行为

采用硬质和软质双组分材料,通过调控两种基体材料的装配夹角,采用光固化3D打印技术制备了不同装配方式的仿贝壳珍珠层复合材料,开展了准静态拉伸实验,结合扫描电镜观察,分析了其拉伸力学性能、断裂及能量耗散机理。研究结果表明,保持胞元边长不变,随着面内装配角度增加,仿贝壳珍珠层复合材料的强度呈线性增加趋势,断裂应变呈线性减小的趋势;随着面外装配角度增大,断裂应变呈线性减小趋势,而强度在面外装配角小于45°时呈增强趋势,超过45°时趋于稳定;面外装配角度为45°时,材料的强度达到最大值。试样在断裂前主要通过硬质材料的拔出、软/硬相界面处微裂纹的生成及微裂纹在扩展过程中的合并和偏转等方式耗散能量。

粗晶与纳晶镍片拉伸力学行为

和普通粗晶金属材料相比,纳米晶体金属通常具有较高的强度和硬度,但其韧性明显降低。为了探究导致纳晶金属低韧性的原因,以高纯度、高致密度的粗晶和纳晶金属镍片为研究对象,利用数字图像相关技术研究了其在单轴准静态拉伸下的力学性能。通过分析2种试样的应变场证实,粗晶镍的塑性变形是均匀的,而纳晶镍的塑性变形表现出局部剪切带化。这种局部剪切带化行为是导致纳晶镍过早断裂的主要原因。

预扭转单晶铜棒拉伸行为的分子动力学模拟

一维纳米材料具备与宏观材料不同的力学性能,在微纳米器件中拥有开阔的应用前景.采用分子动力学方法研究了预扭转角度、纳米棒长径比、拉伸应变率对预扭转单晶铜棒拉伸行为的影响.结果表明:在较高应变率下,预扭转变形会导致轴向<100>取向单晶铜纳米棒拉伸流动应力提高,通过对位错结构演化过程分析发现,流动应力的提高是由于预扭转变形产生的位错网以及大角度晶界在拉伸时新形核的位错对拉伸过程中位错运动的阻碍作用;随着预扭转角的增大,初始位错先增多后减少并逐渐转变为大角度晶界,因此在随后拉伸加载过程中流动应力先增大后减小;由于初始位错网会缓解纳米棒拉伸过程中的局部应力集中,预扭转对拉伸流动应力的提升效果随纳米棒长径比的增大而增强.而在较低应变率下,预扭转产生的位错缓解了位错饥饿现象,使纳米棒的流动应力相比高应变率情形下有所降低.通过系统地研究单晶铜纳米棒预扭转再拉伸行为,有望为理解纳米棒在复杂载荷下的塑性变形机理提供理论支撑.