郑坚
,
倪新华
稀有金属材料与工程
采用比应变能判据和权函数法对相变增韧陶瓷Ⅰ-Ⅲ混合型裂纹的增韧结果进行了理论计算.分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变增韧的理论表达式.结果表明:综合相变对静止裂纹有微小的负屏蔽效应,对扩展裂纹的增韧结果与材料的剪切模量、相变尾区高度和相应体积分数成正比,并且增韧值随着KⅢ/KⅠ比值的增大而减小,表明相变对Ⅰ型裂纹的增韧作用比对Ⅲ型裂纹的增韧作用更为显著.
关键词:
相变增韧陶瓷
,
Ⅰ-Ⅲ混合型裂纹
,
比应变能判据
钟国辉
,
倪新华
,
刘协权
,
赵磊
,
孙涛
兵器材料科学与工程
doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2010.06.002
界面弧形微裂纹是复合材料在制备和加工过程中产生的一种细观损伤,这种现象普遍存在,不可避免.根据细观力学方法,将陶瓷颗粒、弧形裂纹和基体壳简化为椭球三相胞元置于有效介质氛围中;假设复合材料受单轴拉伸应力作用,基于有效自洽方法对复合材料基体中局部应力应变场进行分析;并应用ANSYS有限元软件对含界面微裂纹复合材料进行单轴拉伸行为模拟,得到与实际情况相符的数值结果.
关键词:
界面弧形微裂纹
,
有效自洽方法
,
应力场
,
有限元分析
李宝峰
,
刘协权
,
倪新华
,
王少洁
稀有金属材料与工程
含纳米纤维和相变粒子的陶瓷复合材料具有较大的断裂韧性和较高的塑性形变行为,其组织结构以含纳米纤维的棒状复合体为基体,并在棒状复合体周围分布有少量的可产生相变的二相粒子.本文在Mori-Tanaka方法和有效自洽法的基础上提出复合材料刚度预报的随机二相胞元法.首先应用Mori-Tanaka方法计算出棒状复合体的刚度,考虑棒状复合体方位的随机性,根据复相陶瓷基体的应变均值,计算出复合材料基体的有效弹性模量和泊松比,复相陶瓷材料基体为各向同性体.最后将相变粒子看作夹杂在基体中的颗粒,计算出陶瓷复合材料的等效刚度.复相陶瓷的弹性模量随二相组元体积分数的增加而下降且略低于用混合律求解的结果,说明纳米纤维和相变粒子之间的相互作用降低了弹性模量:复相陶瓷的泊松比随二相组元体积分数的增加而下降且略高于用混合律求解的结果,说明纳米纤维和相变粒子之间的相互作用提高了泊松比.
关键词:
纳米纤维
,
相变粒子
,
随机二相胞元法
,
棒状复合体
,
刚度预报
路晓波
,
刘协权
,
倪新华
,
刘晶芝
硅酸盐通报
针对颗粒性陶瓷复合材料内存在局部脱粘界面的现象,通过考虑颗粒夹杂与局部脱粘界面的相互作用,利用四相模型法得到陶瓷颗粒与局部脱粘界面引起的等效本征应变,根据体积平均应变,考虑局部脱粘区域的随机方位得到每个局部脱粘界面引起的应变扰动,计算出局部脱粘界面复合材料的有效刚度.结果表明复合材料的有效刚度不仅与基体和颗粒夹杂的刚度、以及局部脱粘区域的体积分量有关,还与局部脱粘区域的弧心角及厚度相关,并且具有明显的尺度效应.陶瓷复合材料的弹性模量随颗粒直径的增加而减小,而泊松比随颗粒直径的增加而增大.
关键词:
局部脱粘界面
,
等效本征应变
,
有效刚度
,
尺度效应
刘协权
,
倪新华
,
马英忱
,
高克林
硅酸盐通报
通过考虑纳米纤维与共晶界面的相互作用,利用四相模型推导出共晶基陶瓷复合材料中三相胞元内的应力分布规律;根据体积平均应变,得到共晶基陶瓷复合材料的有效柔度增量;由复合材料远场应力边界条件获得棒状共晶体内基体、界面和纳米纤维内的局部应力场.结果表明:棒状共晶体内的局部应力场与共晶体内各组分的刚度和体积含量以及夹杂和界面相的形状有关.由于共晶界面的强约束效应,基体分担的应力数值明显减小,所以共晶界面使共晶基陶瓷复合材料得到了强化.
关键词:
纳米纤维
,
共晶基陶瓷复合材料
,
共晶界面
,
局部应力场
,
尺度效应
倪新华
,
郑坚
,
康敬欣
,
高克林
稀有金属材料与工程
针对颗粒性陶瓷复合材料内存在大量界面弧形微裂纹现象,通过考虑夹杂与微裂纹的相互作用,利用二相胞元法推导出夹杂与微裂纹共同作用引起的扰动应变和本征应变.根据微裂纹的本征应变确定了复合材料自由能的变化,进而计算出弧形微裂纹的能量释放率,由材料的破坏条件可获得不同外载条件下的强度.结果表明:复合材料的强度与第二相颗粒的尺寸和内界面脱粘区域有关,颗粒直径越小,强度越高;界面脱粘微裂纹角度越小,强度越高;而微裂纹的分布形态和体积分数对复合材料的强度影响很小.
关键词:
弧形微裂纹
,
颗粒性陶瓷复合材料
,
扰动应变
,
本征应变
,
强度
钟国辉
,
倪新华
,
刘协权
,
李宝峰
,
赵磊
,
孙涛
兵器材料科学与工程
doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2010.04.003
脱粘界面是陶瓷颗粒增强金属基复合材料中存在的细观缺陷,根据细观力学方法将陶瓷颗粒、脱粘界面和基体壳简化为椭球三相胞元.并通过Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法的推导得到颗粒和脱粘界面的等效本征应变,进而对三相胞元的弹性常数进行预报.考虑到三相胞元在复合材料中随机分布,由坐标变换公式和物理方程计算出复合材料的有效弹性常数,并根据数值方法得出弹性常数与颗粒以及脱粘界面含量的关系.
关键词:
等效本征应变
,
三相胞元
,
Mori-Tanaka方法
,
弹性常数
姚战军
,
郑坚
,
倪新华
,
陈志伟
,
黄坚
兵器材料科学与工程
doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2006.04.010
陶瓷颗粒增强镍基合金复合涂层在各种高温环境下被大量应用,因此关于此类材料的线热膨胀系数预报与研究是十分重要的.研究把涂层简化为三相模型,碳化铬陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Eshelby-Mori-Tanaka法研究了二相胞元的热失配等效本征应变和平均应变,根据平均应变算出了二相胞元的线膨胀系数,结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有2个独立的热膨胀常数.据二相胞元方位的随机性,由应力应变换轴公式和物理方程确定了复合涂层的平均应变,进而得到复合涂层的热膨胀系数.
关键词:
金属基复合材料
,
颗粒增强
,
有效热膨胀系数
,
Mori-Tanaka方法
,
二相胞元
刘协权
,
倪新华
,
刘晶芝
,
李宝峰
稀有金属材料与工程
针对纳米陶瓷的界面现象,在三相模型基础上,考虑纳米晶粒与界面相的相互作用,将其改进为复合材料刚度预报的四相模型法,根据有效自恰方法推导出纳米晶粒与界面相内的有效应力,进而得到柔度增量的隐性表达式,再利用相互作用直推法,得到纳米陶瓷材料的柔度增量的显性形式,它具有:1)简单的解析形式;2)适合任何形状的纳米晶粒;3)适合各向同性和各向异性纳米晶粒;4)将复合材料的弹性性能与纳米晶粒尺寸联系起来.结果表明:当纳米晶粒尺寸小于50 nm时,纳米陶瓷材料的弹性模量随纳米晶粒尺寸的减小而下降,当纳米晶粒尺寸超过50 nm以后,纳米陶瓷材料的弹性模量基本保持不变.
关键词:
纳米晶粒
,
界面相
,
四相模型法
,
有效应力
,
纳米复合陶瓷
