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
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
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
付云伟
,
张龙
,
倪新华
,
刘协权
,
冉超
复合材料学报
由于工艺特殊性,一些陶瓷材料中不可避免地存在孔隙、夹杂等缺陷,且孔隙、夹杂大多分布不均匀,而这种不均匀性对陶瓷材料力学性能有较大影响.根据分布不均匀性特点,以陶瓷材料中孔隙分布为例,定义了均匀度对孔隙分布的不均匀性进行量化,提出了利用图像处理确定均匀度的方法.根据图像处理结果,将材料分为富含孔隙的等效基体相和不含孔隙的等效颗粒相,利用相互作用直推估计(IDD)法研究了材料强度随均匀度的变化关系.结果表明:孔隙分布均匀度对材料强度有较大影响,孔隙分布的均匀度越小,材料强度越低,并且在均匀度低于0.2时造成强度的剧烈降低,当均匀度大于0.5时,对材料强度的影响很小.
关键词:
陶瓷
,
孔隙
,
均匀度
,
图像处理
,
强度
倪新华
,
刘协权
,
赵忠民
稀有金属材料与工程
用SHS技术制备的纳米共晶晶须复相陶瓷具有较大的断裂韧性和较高的塑性形变行为,其组织结构以纳米共晶晶须为基体.运用Mori-Tanaka方法研究了复合共晶晶须的等效本征应变,并得到了复合共晶晶须的应力应变关系.通过应力应变关系计算出复合共晶晶须的刚度,复合共晶晶须为横观各向同性,具有5个独立的弹性常数.根据复相陶瓷的应变均值,考虑复合共晶晶须方位的随机性,计算出材料的有效弹性模量和泊松比,复相陶瓷材料为各向同性体.
关键词:
纳米共晶晶须
,
刚度预报
,
Mori-Tanaka方法
,
横观各向同性
,
各向同性
