王裕
,
梁军
,
方国东
,
韩文波
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2008.z1.051
理论推导了平板材料热冲击过程中瞬时温度分布和热应力分布.通过实验研究了ZrB2-20%SIC-10%AIN(ZSA)超高温陶瓷基复合材料的热物理性能、力学性能和其热冲击开裂过程,确定了不同厚度试样热冲击开裂的临界温差;随着试样厚度的增加,热冲击开裂的临界温差逐渐降低.通过理论计算的分布曲线和实验数据点的比较,预测了不同试样厚度的ZSA陶瓷基复合材料热冲击时的表面换热系数值,并计算了不同厚度试样热冲击过程中表面热应力随时间的变化关系,发现厚度为1mm的平板在其临界温差480℃下热震时,表面达到最大热应力所用的时间最短,然后热应力的降低速度也最快.
关键词:
热冲击
,
临界温差
,
超高温陶瓷
梁军
,
卢琦
,
方国东
,
王玲玲
航空材料学报
doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.z1.043
C/C复合材料的宏观强度是由纤维束强度起主导作用,而纤维束强度受纤维/基体界面剪切强度影响.本文建立了界面剪切强度影响下的纤维束强度计算模型,用以计算纤维束或碳布强度.针对细编穿刺C/C复合材料利用其周期性结构单胞,纤维柬和碳布采用Tsai-Wu准则,基体采用最大应力准则,纤维束/基体界面采用内聚力单元,并对其采用二次应力准则,将单胞施加周期性边界条件,计算了纤维束/基体界面处于弱界面剪切强度并与纤维/基体界面剪切强度在一定比例协同变化时的材料宏观拉伸强度,分析了材料的破坏模式.通过计算结果表明:材料宏观拉伸强度会随两类界面剪切强度的协同增加而增加.
关键词:
C/C复合材料
,
界面强度
,
纤维束强度
,
宏观拉伸强度
,
有限元分析
陈海龙
,
方国东
,
李林杰
,
时圣波
,
梁军
复合材料学报
基于高硅氧/酚醛复合材料体积烧蚀条件下的三维多物理场耦合控制方程,通过有限元方法预报了高硅氧/酚醛复合材料在酚醛树脂热解反应过程中的温度场、位移场、孔隙压力以及树脂残留率等热力学响应.计算结果表明:数值计算模型预报的温度场和位移场与高硅氧/酚醛复合材料高温变形实验的测量值吻合.材料热解过程中固体材料孔隙压力的峰值点出现在材料热解反应刚开始发生的区域,而弹性应力的峰值点出现在靠近材料热解层的原始材料层.
关键词:
高硅氧/酚醛
,
体积烧蚀
,
多物理场
,
高温力学性能
,
有限元法
谢军波
,
方国东
,
陈振
,
梁军
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20151123.002
为研究针刺C/C-SiC复合材料的剪切损伤行为，首先，进行了面内剪切加卸载实验，并利用 SEM对复合材料的剪切破坏形貌进行了观测；然后，建立了一种塑性与损伤相结合的非线性本构模型描述复合材料的非线性力学行为，以幂函数描述等效塑性应变与等效应力的关系；最后，基于剪切强度的Weibull分布规律提出了一种指数型损伤变量表征剪切刚度的退化，并通过实验数据拟合得到模型中的参数。结果表明：复合材料在卸载后存在明显的残余应变，卸载模量随载荷的增加不断降低，表现出明显的剪切非线性特征；大量无纬布纤维束和纤维单丝拔出，且易在针刺部位发生破坏；由于针刺部位等缺陷的不规律分布，剪切强度存在一定的分散性，符合指数型 Weibull统计分布规律；复合材料的剪切非线性主要由基体开裂和纤维/基体界面脱粘等内部损伤引起，从宏观上可以解释为塑性变形和刚度性能折减。所得结论表明本构模型能够很好地表征 C/C-SiC 复合材料的面内剪切非线性行为。
关键词:
针刺
,
C/C-SiC复合材料
,
剪切
,
塑性
,
损伤
,
本构模型
王宝来
,
梁军
,
方国东
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2008.z1.083
分别对编织角度为30和45度的三维四向碳环氧编织复合材料进行了不同厚度试件的弯曲实验,验证了材料的破坏模式、本构关系与试件几何尺寸的相关性.研究表明:弯曲破坏无明显的破坏裂纹,当载荷增加到了极限载荷,载荷不再增加而位移依然逐渐变大.当进行卸载时,大部分的弹性变形都可以得到恢复,仅剩余很小的塑性变形.另外改变试件的厚度对材料的载荷位移关系没有影响.
关键词:
三维四向
,
编织材料
,
弯曲实验
,
尺寸效应
王玲玲
,
方国东
,
梁军
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.201501.002
开展了SiC(20vol％)-石墨(15vol％)/ZrB2复合材料室温及高温拉伸性能实验,发现高温时复合材料的拉伸强度和弹性模量有所降低,并且具有明显的非线性特征.引入热损伤来表征弹性模量随温度的衰减规律,利用强度统计分析方法确定单向应力状态下材料的机械损伤演化方程,建立了材料在热力耦合条件下的高温拉伸损伤非线性本构模型.分析表明:随着温度的升高,SiC-石墨/ZrB2复合材料的热损伤和机械损伤不断增加,延性增强,且脆性-延性破坏转变温度范围为1 250～1 350℃.
关键词:
ZrB2
,
陶瓷
,
复合材料
,
超高温
,
微裂纹
,
损伤
,
本构模型
刘宝瑞
,
方国东
,
梁军
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150424.001
通过Voxel有限元网格对球形夹杂复合材料进行应力分析时,由于Voxel网格在两相界面呈现阶梯状,所以在两相界面附近的单元会表现出明显的应力集中现象.提出采用局部应力平均方法来处理由于Voxel有限元网格而引起的应力集中,并且考虑应力平均区域、应力平均加权函数以及网格密度的影响.结果表明:该局部应力平均方法能够有效地去除两相界面附近单元的应力集中,但应力平均区域不能过大也不能过小.通过计算发现采用2个Voxel网格深度的平均区域为最优,并且具有网格不依赖性.该方法也可以进一步用于球形夹杂复合材料的积累损伤演化分析.
关键词:
Voxel网格
,
有限元
,
局部应力平均
,
应力集中
,
应力分析
