基于深度学习的短纤维增强聚氨酯复合材料性能预测

结合深度学习在图像识别领域的优势,将卷积神经网络(CNN)应用于有限元代理模型,预测了平面随机分布短纤维增强聚氨酯复合材料的有效弹性参数,并针对训练过程出现的过拟合,提出了一种数据增强的方法。为验证该代理模型的有效性,比较了其与传统代理模型在预测有效杨氏模量和剪切模量上的精度差异。在此基础上结合蒙特卡洛法利用卷积神经网络代理模型研究了材料微几何参数不确定性的误差正向传递。结果表明:相对于传统代理模型,卷积神经网络模型能更好地学习图像样本的内部特征,得到更加精确的预测结果,并在训练样本空间外的一定范围内可以保持较好的鲁棒性;随着纤维长宽比的增大,微几何参数的不确定性对材料有效性能预测结果会传递较大的误差。

基于人工神经网络的短纤维增强复合材料设计

为指导短纤维增强复合材料设计,提出一种基于人工神经网络的方法。首先,结合取向平均法和自洽假设建立数学模型,计算出不同体积分数下SFRCs的弹性性能;然后,建立2个不同的人工神经网络,将数学模型计算得到的数据集投入训练,由此可以由SFRCs的体积分数快速预测出弹性性能,也可以由已知的SFRCs的弹性性能反向推导出纤维的体积分数。与传统方法相比,该方法可以有效减少重复实验次数,降低成本与周期,对复合材料实验的设定有一定的参考意义。

基于机器视觉的短纤维复合材料的取向度提取方法

纤维取向度对短纤维增强复合材料的宏观性质有着明显的影响。采用机器视觉方法从扫描电镜(SEM)照片中提取纤维取向度是一种兼顾效益和成本的做法。为准备训练和测试数据集,基于正交椭圆纤维闭合近似模型推导了一种取向分布,并结合接收-拒绝算法和RSA算法实现了短纤维复合材料几何结构的重构,从而生成大量模拟SEM图像。在此基础上,提出一种基于灰度共生矩阵的BP神经网络(GLCM-BP)用于取向度的预测,并与常见的形态学分割、结构张量关系、卷积神经网络算法(CNN)方案的结果进行了对比。算例表明,GLCM-BP模型能够很好地预测纤维取向度,测试数据的拟合相关性达到0.99,均方误差约为0.01,满足工程使用的需要。横向对比发现:结构张量公式在平面分布中的预测结果明显偏小;在低纤维体积分数时,形态学方法和GLCM-BP法预测结果最好;在高纤维体积分数时,GLCM-BP和卷积神经网络表现更好。本文提出的GLCM-BP法也有一定抵抗噪点的能力。

界面对短纤维增强金属基复合材料力学行为的影响

界面是复合材料中一个非常重要的因素，本文将在实验分析的基础上建立合理的理论分析模型，借助于轴对称和三维有限元分析方法，对界面性能的变化对短纤维增强金属基复合材料力学行为的影响作较为系统和深入的研究，其中包括界面性能对应力传递机制、弹性模量、应力－应变曲线以及断裂机理的影响。研究表明，界面性能的好坏显著影响基体与纤维间的应力传递，从而对复合材料的弹性模量、应力－应变行为和断裂机理产生较大的影响，界面控制是复合材料设计中不可忽视的重要环节。

天然短纤维增强橡胶复合材料的研究进展

介绍了短纤维的预处理方法,总结了短纤维在橡胶中的混合、分散及取向状态,综述了短纤维-橡胶复合材料在轮胎、胶带和胶管中的应用进展,并提出了复合材料的研究方向。

水镁石短纤维增强HDPE/EPDM无卤阻燃复合材料的研究

本文着重研究了水镁石短纤维增强ＨＤＰＥ／ＥＰＤＭ复合材料的力学性能、介电性能以及水镁石短纤维的阻燃效果，对水镁石短纤维和粒状无卤阻燃剂填充ＨＤＰＥ／ＥＰＤＭ复合体系的拉伸性能、介电性能和阻燃效果进行了对比研究。并采用动态力学谱、ＳＥＭ等方法对该体系的微观结构进行了分析，结果表明，水镁石短纤维对复合体系除具阻燃作用外，还具有显箸的增强作用。

三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的计算

基于单取向纤维增强复合材料的力学性能计算模型,借助于纤维取向分布函数及坐标转换,建立了三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的数值计算模型。按该模型对短纤维增强树脂基复合材料的弹性模量进行计算,将其结果与同类材料的实验结果比较验证。结果表明,该模型的预测具有较好的准确性。

高温下短纤维增强金属基复合材料界面的微观结构和热残余应力状态研究

利用透射电镜观察了 δ- Al2 O3短纤维增强 Al- 5 .5 Mg合金复合材料界面在不同环境温度下的微观结构特征。同时 ,基于该类复合材料的单纤维模型 ,利用弹塑性有限元分析方法 ,研究了在不同温度下界面热残余应力的大小和分布情况 ,并讨论了热残余应力对界面行为的影响。最后 ,讨论了界面的微观结构和热残余应力特征对复合材料整体性能的影响。研究表明 ,不同环境温度下 ,界面具有不同的微观结构和热残余应力特征 ,这些特征的变化将引起复合材料整体性能的明显变化。

短纤维对橡胶发泡复合材料增强机理的细观分析

分别制备未增强的橡胶发泡体、未处理短纤维增强的橡胶发泡体和预处理短纤维增强的橡胶发泡体,考察气体泡孔和短纤维在橡胶发泡复合体中的微观形态,细观分析短纤维对橡胶发泡复合材料拉伸行为和压缩行为过程各阶段的增强机理。结果表明:气体泡孔在3种发泡复合材料基体中分布均匀,模压工艺使得短纤维在基体中呈现为平面分布,未处理短纤维周围有气泡包围,而预处理短纤维与橡胶间粘合良好;短纤维能有效地提高发泡复合材料在初始阶段的拉伸模量和100%定伸应力,特别是预处理短纤维表面与橡胶之间具有良好的粘合,有利于传递应力,限制橡胶基体的变形,而对拉伸强度却影响不大。在压缩弹性阶段,由于主要承载的泡壁中纤维呈平面取向,短纤维对压缩模量影响不大,但能有效地限制橡胶发泡复合材料在后屈曲阶段的压缩变形,提高其在高应变下的压缩强度,预处理短纤维增强效果明显高于未处理短纤维。

短纤维增强橡胶复合材料研究进展

综述了短纤维增强橡胶复合材料制备过程中短纤维的预处理、短纤维的混合、分散、取向方法及影响因素 。

纳米短纤维增强橡胶复合材料的研究进展

介绍了常用的纳米短纤维及其橡胶复合材料,概述了纳米短纤维在橡胶基体中的分散方法、表面改性与取向以及复合材料的力学性能和功能特性等方面的研究进展,指明了纳米短纤维增强橡胶复合材料的发展方向和应用前景。

模压工艺制备短纤维增强C/C复合材料的研究

以模压工艺为主线,综述了短纤维增强C／C复合材料的制备、工艺特点及其组织和性能;介绍了国内外不连续纤维增强C／C复合材料性能的研究现状;提出了发展我国短纤维增强C／C复合材料急需解决的技术难题。

短纤维增强透气性莫来石／铁（A_3S_2／Fe）复合材料烧结特性的研究

本文研究了Ａ３Ｓ２／Ｆｅ复合材料的烧结特性、透气性和纤维增强效果，分析了烧结过程中材料宏观结构和微观组织的形成机理。实验结果表明：纤维增强Ａ３Ｓ２／Ｆｅ复合材料在９００￣１０００℃具有良好的烧结性能，烧成后表层存在一定厚度的硬化层；纤维增强效果显著。材料抗压强度达１７￣２３ＭＰａ，相对稼气系数为４．３０￣９．６９ｃｍ＾３／（ｃｍ＾２·ｓ·ａｔｍ）。已能满足实际应用的需要。

PEN短纤维增强PTT复合材料的流变性能及力学性能

研究了聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)/聚对萘二甲酸乙二酯(PEN)短纤维复合材料的流变行为和力学性能,讨论了复合材料的组成、剪切应力和剪切速率及温度对熔体流变行为、熔体黏度的影响,以及不同配比复合材料的力学性能。结果表明,PTT/PEN短纤维复合材料熔体为假塑性流体,熔体表观黏度随着温度升高而下降,且熔体黏度随着PEN短纤维含量增加而不断上升。随PEN短纤维加入量的增加,复合材料的拉伸强度、断裂强度、弹性模量均明显提高,无缺口冲击强度略有提高,说明PEN短纤维的加入对PTT起到了明显的增强作用而不降低材料的韧性。

短纤维增强金属基复合材料的热残余应力及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响

运用空间轴对称有限元方法 ,研究了短纤维增强金属基复合材料热残余应力的分布及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响。研究表明 ,在拉伸和压缩载荷下 ,热残余应力可导致不对称的应力分布 ;热残余应力降低拉伸时的应力传递 。

短纤维增强尼龙1010耐磨性复合材料性能的研究

利用不同的短纤维 (玻璃纤维、碳纤维及其两者的混杂纤维 )添加不同的减摩剂配制成的短纤维增强尼龙 10 10 ,研究了它们的力学性能和摩擦磨损基本特性 ,探讨了纤维种类、纤维含量和减摩剂对其性能的影响。实验结果表明 ,添加混杂纤维含量高的短纤维增强尼龙 10 10 ,其拉伸、弯曲强度和摩擦磨损特性较好 。

Al_2O_3短纤维增强Al－Si合金复合材料的界面研究

本文采用电子探针和扫描电镜分析Ａｌ_２Ｏ_（３ｔ）／Ａｌ－Ｓｉ合金复合材料的界面和拉伸断口形貌，发现界面处有Ｍｇ富集；Ａｌ－Ｓｉ合金很好地润湿Ａｌ_２Ｏ_３纤维，并形成共格、半共格混合界面，提高了界面结合强度；纤维被剪切断裂，无拔出现象。用俄歇电子能谱仪对界面作深入研究，表明界面与基体的硅和铝的峰形发生了变化，证明峰形的变异是由形成共格、半共格混合界面引起的。

弱界面下短纤维增强复合材料性能的改善

探讨了羽界面下短纤维增强复合材料性能的改善．比较了哑铃状与平直短纤维两种复合材料模型．讨论了不同的基体与纤维强度比值下哑铃状材料模型的有效性．经有限元数值计算后得知：弱界面条件下，哑铃状材料模型可较大地提高复合材料的性能；基体与纤维强度比值越小，材料性能的改善越大。

异形有机短纤维增强环氧树脂复合材料拉伸性能的研究

本文考察了纤维形态对异形有机短纤维增强环氧树脂复合材料光弹性能和拉伸性能的影响。结果表明,与平直短纤维复合材料相比,在环氧基体中加入凸端或竹节状的聚酰胺短纤维,不仅可以改变复合材料中的应力分析,有利于纤维末端的应力传递,而且够提高短纤维复合材料的拉伸强度。

短纤维增强金属基复合材料微屈服行为的计算机模拟

本文采用细观力学模型 ,根据Eshelby等效夹杂原理和双夹杂模型等 ,用计算机模拟的方法定量计算了短纤维增强金属基复合材料微屈服行为规律。计算结果表明在基体材料的微屈服规律符合Brown Lukens线性规律的情况下 ,金属基复合材料的σ - <εp>1 2 也近似符合Brown Lukens规律。同时计算了增强体短纤维的含量、形状。