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。

短纤维复合材料微观模型重构方法

针对短纤维增强复合材料(Short Fiber Reinforcement Composites, SFRC)内部随机分布的纤维空间结构,提出一种SFRC内部纤维的快速建模方法。以工业CT扫描SFRC获得三维STL点云模型作为研究对象,基于随机抽样一致(Random Sample Consensus, RANSAC)算法将原始模型内部不规则纤维曲面拟合为圆柱面,并利用CATIA二次开发技术完成了纤维的快速建模。为验证重构模型的准确性,结合细观力学均质化理论及有限元方法,计算了原始模型与重构模型等效弹性模量,结果表明吻合度良好,验证了上述重构建模方法的合理性与有效性。

短纤维复合材料注射成型纤维取向数值模拟研究进展

综述了国内外短纤维复合材料注射成型过程中纤维取向数值模拟的研究成果,包括纤维取向的描述、复合体系流变模型、工艺参数对纤维取向的影响和纤维取向数值模拟状况。展望了该领域的发展趋势。

热处理对金属基短纤维复合材料蠕变性能影响的试验和理论研究

采用试验和有限元方法研究了热处理制度对金属基短纤维复合材料(MMC)蠕变性能的影响,同时考虑了2种不同热处理制度和1种铸造状态。试验结果表明,MMC的蠕变响应与热处理制度有关。在相同蠕变应力时,铸态试样有最小的最小蠕变应变率和最长的蠕变寿命,而热处理制度2(试样在550℃保温24h后随炉冷却)具有明显的最大的最小蠕变应变率和最短蠕变寿命,热处理制度1(试样在550℃保温24h后水冷)具有中等的最小蠕变应变率和中等的蠕变寿命。用单胞模型结合有限元方法模拟分析了热处理的影响,结果表明,热处理制度的影响可以归于热处理引起的残余应力和残余应变以及它们的历史,具体可以归于基体的蠕变耗散能、纤维轴向力和纤维-基体界面力。同时考虑了单胞模型的参数对上述分析结果的影响。

短纤维复合材料应力传递理论研究进展

对短纤维复合材料中应力传递理论领域近十几年来国内外的研究情况按照单 /多纤维抽出剪滞模型分析、有限元分析以及新分析方法三部分进行了分类介绍。剪滞模型分析法因其简单而且参数物理意义明确而被广泛应用 ;有限元分析法是一种新近发展起来的更准确的分析方法 ,也逐渐被接受 ;最小补偿能原理和轴对称变化分析法等新研究方法也取得了显著的成效。近年来模型的建立和计算过程中更加接近于短纤维复合材料的真实情况。

剪切场作用下短纤维复合材料纤维取向的耗散粒子动力学研究

为了描述短纤维复合材料注射充模过程的介观结构生成、演化规律,借鉴硬棒模型和粒子模型,建立了一种修正的耗散粒子动力学模型,采用修正的Verlet算法对剪切场作用下短纤维复合材料熔体纤维取向进行研究,模拟结果与实际基本符合。

基于有限元的金属基短纤维复合材料MMC的一种统计蠕变模型

在有限元分析的基础上建立了一个单向应力状态下金属基短纤维复合材料 (MMC)的统计蠕变模型· 首先建立细胞模型并进行有限元分析 ,得到了单向应力状态下材料细观尺寸及载荷方向对宏观蠕变响应的影响规律· 通过在细胞模型中增加一界面层 (考虑材料特性和厚度 )来研究基体和纤维的界面对MMC宏观蠕变响应的影响· 基于细胞模型的数值结果 ,提出了一适用于纤维平面随机分布的随机统计模型 ,该模型考虑了纤维的断裂· 通过试验获得纤维的统计分布规律· 分析结果表明随机统计模型可以满意地描述试验结果· 进一步讨论了材料细观尺寸 。

反复低速冲击下短纤维复合材料的试验研究

利用 MTS矩形波加载 ,研究了短纤维复合材料在反复低速冲击下的力学行为、温度变化规律和断裂特征 ,并与正弦波常规疲劳进行了对比。得出 :反复低速冲击下 ,短纤维复合材料割线模量、滞后圈面积的变化规律与常规疲劳时相同 ,最大、最小循环应变 (绝对值 )则分别高于常规疲劳时的对应值 ;两种载荷下的材料开裂、破坏特征以及控制因素相同 ,但温度变化规律不同 ;相同循环数下 ,与常规疲劳相比 ,反复低速冲击时 ,短纤维复合材料吸收的能量大而以热的形式耗散的少 ,说明材料用于损伤的能量多 ,因此 ,与常规疲劳相比 ,反复低速冲击对短纤维复合材料的危害更大。

短纤维复合材料热-机械特性研究

借助于Eshelby等效夹杂法，本文推导了含椭球形短纤维复合材料热膨胀系数及短纤维体内外应力场的计算方法。计算了温度变化?T时，短纤维附近的应力值及复合材料热膨胀系数的变化情况，数值计算结果说明，长椭球形纤维导致复合材料热—机参数呈非线性变化，而扁椭球纤维所导致的热——机参数呈近似线性规律变化。

反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变

运用热力学理论和最小耗能原理,研究了反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变,给出了冲击循环下材料耗散能表达式,建立了与复合材料割线模量降低率相关的损伤变量表达式和损伤演变方程。同时,以试验数据为基础,利用导出的损伤变量表达式,绘制出了反复低速冲击下短纤维复合材料的损伤演变曲线,并对曲线趋势进行了分析。

随机取向短纤维复合材料的拉伸强度(英文)

以茅人杰提出的单向短纤维复合材料的模型为基础，得出单向短纤维复合材料轴向拉伸强度的计算方法．考虑到单向短纤维复合材料的横向拉伸强度、面内剪切强度，利用两对坐标轴间应力转换关系，导出单向纤维复合材料受任意方向拉伸时的应力；由无规高聚物材料分子链主轴和取向方向间夹角θ＝５４°４４′，利用一等价关系，最后导出随机取向短纤维复合材料的拉伸强度表达式．

弹性体-短纤维复合材料中的取向有序化

就氯丁橡胶-硫化体系-尼龙短纤维弹性体短纤维复合材料,研究了各种因素(硫化、加热、溶胀等)对复合材料各向异性的影响。聚合物基料的物理特性及其与纤维的亲合力是影响各向异性的重要因素。加入改性剂可提高弹性体复合材料各向异性的稳定性。材料成型硫化前的微弱交联有利于提高各向异性。

短纤维复合材料中短纤维对基体裂纹的阻滞效应

分析在短纤维增强复合材料中纤维跨过基体裂纹时 ,纤维对裂纹扩展的阻滞作用。现有的文献只限于研究桥架纤维阻滞作用的二维力学模型和纤维处裂纹不拉开的模型 ,这些模型与实际情况均不符合。该文从裂纹扩展及部分纤维脱粘的实际情况出发 ,推导出纤维在复合材料中的阻滞效应公式。结果可以看出 ,影响阻滞效应的因素是复合材料中纤维含量、纤维与裂纹的尺寸大小 ;纤维材料与基体材料的模量 E。

基于轻量化与强度的短纤维复合材料蜂窝三明治板结构多目标优化设计

蜂窝三明治板在结构轻量化中得到了广泛应用,采用具有良好材料性能的短纤维复合材料替换铝蜂窝,能进一步满足轻量化需求。为了短纤维复合材料更好地应用,针对增大蜂窝三明治板抗拉强度要求,提出了一种增大面板与蜂窝粘接面积的结构设计方案。在有限元软件ABAQUS中建立了考虑损伤退化的短纤维复合材料蜂窝三明治板有限元计算模型,验证了设计方案的可行性。为了兼顾力学性能和减重要求,采用基于代理模型和多岛遗传算法的优化方法对蜂窝结构参数进行了多目标优化。分析结果表明,所建立的精细化有限元模型能够模拟三明治板的性能突降行为,基于代理模型高效准确的优化流程,优化后三明治板的面密度相比于优化前降低了30%,强度满足要求。

亚麻极短纤维复合材料在家具中的应用

在我国北方亚麻资源比较丰富。亚麻植物是一种在其种植过程中，无须使用除草剂和杀虫剂的可再生的绿色植物。亚麻纤维具有质轻、价廉、易得并且能自然分解等特点。制成的产品具有外观粗犷、挺括、透气性强、光泽度高的优点。纺织用的亚麻纤维，长度在400mm以上的可以与毛、棉、聚脂等纤维进行交织或混纺，制作成各种生活用品和工业产品，短于20mm的亚麻纤维往往被企业废弃。通常把纤维长度20mm以下的亚麻纤维称为亚麻极短纤维。如何开发适合的工业产品，在国内还没有这方面的报道。对亚麻极短纤维的研究应用尚处于探索阶段。

随机植物短纤维复合材料界面性能对有效模量和拉伸行为的影响

研究了界面性能对随机短云杉纤维增强聚丙烯(PP)复合材料宏观拉伸性能的影响。采用双线性内聚力模型(CZM)描述随机短云杉纤维和PP基体间非理想界面的力学行为,建立了含非理想界面的随机短纤维增强复合材料代表性单元(RVE)的二维有限元模型,考虑了纤维含量、长细比、随机分布和随机各向异性弹性以及PP基体弹塑性的影响;

单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量预测

建立含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导得到纤维轴向应力计算方程和纤维长度影响因子λ的表达式。依据纤维长度影响因子和混合定律得到了单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量的计算公式,探讨纤维长径比和体积分数等细观结构参数对材料纵向弹性模量的影响。将计算公式得到的材料纵向弹性模量与Halpin-Tsai和Darlnigton方程得到的结果与实验值进行了对比。结果表明,计算公式预测值更接近于实验值。

单向短纤维增强复合材料应力传递模型及其细观力学分析

建立了含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导了纤维轴向应力和纤维基体间界面剪应力计算方程。分析了纤维/基体模量比、纤维长径比和纤维体积分数等细观结构参数对纤维轴向应力和界面剪应力分布的影响,并对结果进行了验证。

青科大短纤维橡胶复合材料项目签约

近日,青岛科技大学与山东山科产研人才价值股权投资基金合伙企业(有限合伙)签约短纤维定向取向增强橡胶复合材料挤出成型技术项目。轮胎先进装备与关键材料国家工程研究中心汪传生教授团队18项高价值专利转化价值940万元,标志着青岛科技大学在高价值专利培育方面取得新突破。