刚性粒子增韧UPR复合材料的细观模型

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复合材料细观结构的数学模型及其应用(宋来忠)PPT模板

第7章大量不规则颗粒随机分布区域的三维数学模型
7.2空间点到颗粒的距离与误差估计
7.2.2求点到颗粒距离的搜索法
7.2.1空间点到颗粒的距离
7.2.3搜索法求距离的误差分析
0 5 2.2.5参数曲面沿向量场的伸缩变形 0 6 2.2.6基本matlab程序
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第3章大量不规则颗粒随机分布区域的二维数学模型
第3章大量不规则颗粒随机分布区域的二维数学模型
3.1平面上点与椭圆的位置关系判别 3.2单颗增强颗粒的参数方程 3.3点到增强颗粒边界的距离 3.4几何模型的建立 3.5二维不规则颗粒模型的matlab 程序 3.2单颗增强颗粒的参数方程 3.3点到增强颗粒边界的距离 3.4几何模型的建立 3.5二维不规则颗粒模型的
6.4搜索法求距离误差分析
6.5具有大量椭球颗粒/孔洞的随机分布
区域模拟的算法
6.6视骨料为椭球的混凝土试件的几何模
拟
作为覆盖的不规则骨料颗粒模型 6.8椭球颗粒模型的matlab程序 6.8椭球颗粒模型的MATLAB程序
第6章大量椭球随机分布区域的数学模型
6.8椭球颗粒模型的matlab程序
6.8.1点到椭球的距离程序
2
6.8.2椭球作图程序
6.8.3二级配椭球骨料模型创建程序
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第7章大量不规则颗粒随机分布区域的三维数学模型
第7章大量不规则颗粒随机分布区域的三维数学模型
7.1单颗颗粒的参数方程 7.2空间点到颗粒的距离与误差估计 7.3几何模型的创建 7.4三维不规则颗粒模型的matlab 程序 7.2空间点到颗粒的距离与误差估计 7.3几何模型的创建 7.4三维不规则颗粒模型的 M AT L A B 程序

基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟

基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟基于大型有限元软件ANSYS建立单向纤维增强复合材料的代表性体积单元的仿真模型,将纤维和基体作为两种不同的材料建模。

通过施加适当的边界约束条件和载荷,计算有效弹性模量。

计算结果与部分实验和理论结果具有较好的一致性,表明所采用的方法能够较好地计算复合材料的宏观有基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟杜潇，陈柯河海大学土木工程学院，南京（210098）摘要：基于大型有限元软件ANSYS建立单向纤维增强复合材料的代表性体积单元的仿真模型，将纤维和基体作为两种不同的材料建模。

通过施加适当的边界约束条件和载荷，计算有效弹性模量。

计算结果与部分实验和理论结果具有较好的一致性，表明所采用的方法能够较好地计算复合材料的宏观有效弹性模量。

关键词：ANSYS；复合材料；代表性体积单元；有效弹性模量1. 引言复合材料是一大类新型材料，具有强度高、刚度大、质量轻、抗疲劳、减振、耐高温等一系列优点，纤维增强复合材料是其中一种。

研究复合材料力学性能分为宏观力学和细观力学两种方法。

连续介质力学中假设材料为均匀，其目的是采用适当的本构关系描述材料外部作用的响应。

这类本构关系是在不考虑材料微结构的情况下通过宏观实验得到的。

然而，不论是天然材料还是人工材料，即使在宏观尺度下表现出均匀性，实质上却是非匀质。

所以，连续介质力学的描述只是一种近似，力学性能实验只能反映出材料的“整体”性能。

连续介质力学并不能揭示出微结构与宏观性能之间的关系。

材料细观力学是20世纪力学领域重要的科学研究成果之一。

它研究宏观均匀但细观非均匀的介质，多采用多尺度力学理论，目的就是基于材料细观结构的信息，寻找宏观均匀材料的有效性能，其基本思想是“均匀化”。

对于弹性问题，从细观尺度的应力、应变场出发，通过应力和应变体积平均值之间的关系确定材料的有效弹性性能，从而用均匀化后的介质代替原非均匀介质[1]。

刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构

V o l.14高分子材料科学与工程N o12　1998年3月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G M ar.1998刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构Ξ欧玉春(中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室,北京,100080)摘要　介绍了作者近年来在无机刚性粒子增强增韧聚合物(尼龙、聚丙烯、聚乙烯)方面的最新研究结果。

实验表明,无机刚性粒子填充聚合物的增强增韧与其界面相结构有着密切的关系。

在保证无机刚性粒子均匀分散的条件下,界面相结构是决定性的因素,界面相容剂的性质、界面相互相作用的程度和界面层厚度可以调节和控制复合材料的最终力学性能。

关键词　无机刚性粒子,增强增韧,界面相结构弹性体增韧塑料虽然在工业上已取得了巨大成功,但它提高韧性的同时,却使刚度、强度和使用温度大幅度降低。

从1984年起,国外出现了以非弹性体代替橡胶增韧塑料的新思想[1]。

人们先后获得了PC AB S、PC A S、PP AB S等刚性有机粒子增韧体系[1,2]。

1988年,李东明、漆宗能[3]在研究CaCO3增韧PP复合材料的断裂韧性中,用断裂力学分析能量耗散的途径,在国内首次提出了填充增强、增韧的新途径。

对刚性粒子填充塑料的增韧机理,人们进行了大量的研究。

但对增强和增韧机理的研究皆未对界面相的状况及其在增强增韧过程中的作用机理作深入研究。

实际上,复合材料的力学性能很大程度上取决于分散相在基体中的分散质量和二者形成的界面层的状况。

本文的目的是探讨无机刚性粒子能不能增韧聚合物,在什么条件下才能起到增强增韧聚合物的作用,这种增强增韧作用和界面相结构的关系,以及怎么通过界面相结构来控制复合材料的最终力学性能。

1　无机粒子在聚合物基体中的分散状况当无机粒子添加到聚合物熔体中经过螺杆或机械剪切力的作用,可能形成3种无机粒子分散的微观结构状态(见F ig.1),a.无机粒子在聚合物中形成第二聚集态结构,在这种情况下,如果无机粒子的粒径足够小(nm级),界面结合良好,则这种形态结构具有很好的增强效果,无机粒子如同刚性链条一样对聚合物起着增强作用,二氧化硅和碳黑为什么能很好的增强橡胶,其中一个很重要的原因是它们在 F ig.1　Sche matic represen tation of f iller dispersion i nthe poly mer橡胶基体中形成了这种第二聚集态结构。

复合材料增强原理

高分子复合材料
当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材料的断裂强度提高。
高分子复合材料
为了达到纤维增强的效果，须遵循以下原则：

纤维的强度和弹性模量应远高于基体；纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，并防止脆性断裂；纤维的排列方向要与构件的受力方向一致；纤维与基体的热胀系数应匹配；纤维与基体不能发生使结合强度降低的化学反应；纤维所占体积分数、纤维长度和直径及长径比等必须满足一定要求。
高分子复合材料
几种典型复合材料的临界长度Lc和长径比Lc/d
高分子复合材料

在单向连续纤维增强复合材料中，复合材料中组分承载应力表达式：
f Af V f E f Pm m Am Vm Em
Pf
纤维/基体弹性模量↑，纤维体积含量↑，则纤维承载越大
高分子复合材料
图2.2 位错在晶面上滑移（a）和在TiC颗粒前位错的塞积（b）
图2.3 两相不均匀变形在界面形成的位错环
高分子复合材料
不同体积分数的粒子对性能的影响
高分子复合材料

纤维增强机制
纤维增强复材：由高强度、高模量、连续（长）纤维或不连续（短）纤维与基体复合而成
基体：通过界面将载荷有效地传递到增强相（晶须、纤维等），不是主承力相。纤维：承受由基体传递来的有效载荷，主承力相。
图2.1 颗粒起着阻碍基体位错运动作用示意图
高分子复合材料

颗粒增强机制颗粒增强复合材料：尺寸较大(>1μm)的坚硬颗粒及基体复合而成粒子直径为1～50μm，体积分数>20% 机理：颗粒阻碍基体位错运动强化

复合材料增韧

复合材料增韧复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

然而，复合材料在使用过程中往往容易出现脆性断裂的问题，因此如何增加复合材料的韧性成为了一个重要的研究方向。

增韧的方法有很多种，本文将从微观结构调控、纤维增韧、界面改性、层合板设计等方面来探讨复合材料增韧的方法。

首先，微观结构调控是一种常见的增韧方法。

通过控制复合材料的微观结构，可以有效地提高其韧性。

例如，可以通过纳米颗粒的加入来增强复合材料的韧性，这是因为纳米颗粒可以有效地阻止裂纹的扩展，从而提高复合材料的抗拉强度和韧性。

此外，还可以通过调控复合材料的晶格结构来增加其韧性，例如通过固溶强化、析出强化等方法来改善复合材料的力学性能。

其次，纤维增韧是另一种常用的增韧方法。

在复合材料中加入适量的纤维材料，可以有效地提高其韧性。

例如，在碳纤维增强复合材料中加入适量的玻璃纤维，可以有效地提高其韧性，这是因为玻璃纤维可以有效地吸收能量，阻止裂纹的扩展。

此外，还可以通过控制纤维的取向和分布来增加复合材料的韧性，例如通过层合板的设计来提高其韧性。

再次，界面改性也是一种常用的增韧方法。

复合材料的性能往往受到界面的影响，因此通过改善复合材料的界面性能，可以有效地提高其韧性。

例如通过表面处理、界面活性剂的加入等方法来改善复合材料的界面结合强度，从而提高其韧性。

此外，还可以通过界面层的设计来增加复合材料的韧性，例如通过增加界面层的厚度、改变界面层的成分等方法来提高复合材料的韧性。

最后，层合板设计也是一种常用的增韧方法。

层合板是一种由多层材料组合而成的复合材料，通过合理设计层合板的结构，可以有效地提高其韧性。

例如通过控制层合板的层序、层间界面的设计等方法来增加其韧性。

此外，还可以通过在层合板中加入夹芯材料来增加其韧性，例如在层合板中加入泡沫芯材料、蜂窝芯材料等，可以有效地提高其韧性。

综上所述，复合材料增韧的方法有很多种，可以通过微观结构调控、纤维增韧、界面改性、层合板设计等方面来提高其韧性。

具有界面效应的复合材料细观力学研究

一、引言复合材料作为一种重要的工程材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。

而复合材料的界面效应对其力学性能具有重要影响，因此对复合材料的界面效应进行细观力学研究具有重要意义。

二、复合材料的界面效应1. 界面效应的定义复合材料是由两种或两种以上的材料结合而成的材料，其性能优于单一材料。

而这种优越性能的实现主要依赖于复合材料内部的界面结构和界面效应。

界面效应指的是复合材料内两种不同材料之间相互作用所产生的各种效应，包括化学、物理和力学效应等。

2. 界面效应的影响复合材料的界面效应对其力学性能具有明显的影响。

界面的强度和粘附性能决定了复合材料的整体强度和韧性，同时也影响着复合材料的疲劳性能和耐久性能。

研究复合材料的界面效应对于提高复合材料的力学性能具有重要意义。

三、复合材料界面效应的细观力学研究1. 界面微结构的表征复合材料的界面微结构主要包括界面分子层、界面化学键和界面原子的排列方式等。

通过高分辨扫描电镜和透射电镜等技术，可以对复合材料的界面微结构进行准确定量的表征。

2. 界面效应的原子尺度模拟利用分子动力学模拟和密度泛函理论等方法，可以对复合材料的界面效应进行原子尺度的模拟和分析。

通过模拟可以深入理解界面效应的基本原理，并为实验研究提供理论指导。

3. 界面效应的力学性能测试利用原位力学测试和纳米压痕等测试方法，可以对复合材料的界面效应进行力学性能测试。

通过测试可以获得界面的强度、韧性和断裂行为等重要参数，为界面效应的力学性能提供定量的实验数据。

四、复合材料界面效应研究的意义和挑战1. 意义复合材料的界面效应研究对于提高复合材料的力学性能具有重要意义。

通过深入理解界面效应的本质，可以有效地改善复合材料的性能，并拓展其应用领域。

2. 挑战复合材料的界面效应研究也面临着一些挑战，如界面微结构的表征受到限制、原子尺度模拟的复杂度和计算资源需求等。

研究人员需要不断开展创新性工作，解决这些挑战，推动界面效应研究取得更大的突破。

无机刚性粒子增韧聚丙烯的影响因素

４２］一般认为，无机刚性粒子在聚合物熔体中可能形成３种微观结构的分散状态［。第一类是刚性粒
性能的影响时发现，复合材料的力学性能均比纯ＰＰ有所提高，且随着粒径的减小，冲击韧性逐渐增大。但粒子的粒径过小，粒子表面能高，颗粒之间作用力过强而处于热力学非稳定状态，极易聚集成团，影响颗粒的实际增韧效果。
１９］无机刚性粒子的粒径分布也是影响增韧效果的重要因素，吕素平等［从损伤竞争角度分析得出，
ｉＯ的增韧效果优于普通ＴｉＯ，但纳米ＴｉＯ质量分数超过４％时，ＰＰ／纳米ＴｉＯ复合学性能，发现纳米Ｔ２２２２材料的冲击强度大幅度下降，其原因可能是纳米粒子增多后，分散更加困难，易产生粒子“ 团聚” ， “ 团聚” 既易产生应力集中，又能在外力作用时产生相互滑移，使体系性能变劣。２．３无机刚性粒子在ＰＰ基体中的分散情况
综合评述无机刚性粒子增韧聚丙烯的影响因素福建省高分子材料重点实验室福建师范大学材料科学与工程学院福州350007简要介绍了无机刚性粒子对聚丙烯pp的增韧机理并着重介绍了利用无机刚性粒子增韧pppp基体无机刚性粒子的性质及用量无机刚性粒子在pp基体中的分散情况无机刚性粒子与pp基体间的界面相互作用等因素对增韧效果的影响
２．２无机刚性粒子的性质及用量２．２．１无机刚性粒子的性质无机刚性粒子自身的性质包括粒子种类、形状、尺寸、粒径分布、表面积和孔隙率以及物理、机械、化学、热、光和电等其它性能。其中粒子种类、形状、尺寸和粒径分布是影响其Ｐ效果的重要因素。增韧增强Ｐ
３６］不同种类和形状的填料在复合体系中的增韧的效果不同，Ｂｒａｍｕｚｚｏ等［研究发现，球形ＣａＣＯ、球３

含韧性界面相的颗粒增强复合材料的损伤研究

含韧性界面相的颗粒增强复合材料的损伤研究
杨慧
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2015(37)4
【摘要】基于增量损伤理论,提出一个可描述颗粒增强复合材料渐进式脱粘损伤、基体塑性变形及颗粒尺寸效应的本构模型。

采用双夹杂模型将韧性界面相嵌入到增量损伤理论模型,用界面分离的能量平衡式来描述颗粒增强复合材料的渐进式脱粘损伤。

该模型可研究颗粒尺寸效应和界面性能对复合材料应力-应变关系的影响,并可解释界面相对复合材料力学性能的颗粒尺寸效应的影响。

【总页数】7页(P735-741)
【关键词】颗粒增强复合材料;脆性界面相;有限元方法;脱粘损伤
【作者】杨慧
【作者单位】上海工程技术大学航空运输学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.碳化硅颗粒增强铝基复合材料中颗粒尺寸对材料断裂韧性的影响 [J], 孙立志
2.碳化硅颗粒增强铝基复合材料中颗粒尺寸对材料断裂韧性的影响 [J], 孙立志
3.含脆性界面相的颗粒增强金属基复合材料的损伤 [J], 杨慧;么娆
4.SiC颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的研究进展 [J], 刘志辉;刘亚楠;杨为民;王娟;
张曙
5.具有非均匀界面相的颗粒和纤维增强复合材料弹性静力学问题的解析解 [J], 段慧玲;王建祥;黄筑平;黄红波
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第２卷第３５期２１年５０１月
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刚性粒子ＭｅｌｒｉａＥｇｎｅｎ，Ｈｕａｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙｈｚｏｕａ１０７ｈｎ）．ｏｌｅｆｔｕｇｃｌｎｉｅｒｇｅｏｌａｉｎｎＵｉｅｓｏＴｎｌｇ，ＺｕｈｕＨｎ４２０，Ｃｉａｙｔｃｎ
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用细观参数与宏观力学参数的相关性模拟了宏观塑性变形规律，模拟曲线与实验曲线吻合较好。数值结果表明，非线性理论模型可以较好地模拟复合材料的塑性应变曲线。
关键词：复合材料；增韧；非线性本构模型；应力应变
ｂｃｍｅｅｔｒｗｉｅｉｃｅｓｍｅｔｆｏｇｎｃｒｇｄｐｒｉｌＡ６ａｄｉｏｇａｉｉｄｎｏａｔｌｓＳｉ２ＴｈｅｓｎｌｅｌｅｏｓｂｔｔｔｎｒａｅｎｒａｉｉａｔｃｅＰｎｒｎｃｒｇｉａｐｒｉｅＯ．ｅｈｈｏｉｎｎｃｉｇｅｃｌｃｎｔｔｔｖｏｌｆｔｅｒｇｄｐｒｉｌｓａｄＵＰｐｓｓｅｔｂｉｈｄＴｅｍａｒ－ｌｔｅｏｍａｏｓｓｍｕａｅｙｏｓｉｕｉｅｍｄｅｉｉａｔｃｅＲｈａｅｗａｓａｌｓｅ．ｏｈｎｈｃｏｐａｉｄｆｒｔｎｗａｉｌｔｄｂｓｃｉｔｅｅａｃｆｉｒ－ｅｈｉａｄｍａｒｓｏｉｅｈｎｃｌａａｅｅｓｔｅｓｍｕｌｔｏｕｖｓｗｅｅｉｏｄａｒｅｅｔｈｅｒｌｖｎｅｏｃｏｍｃａｃｌｍｎｎａｃｏｃｐｃｍｃａｉａｒｍｔｒ，ｉｐｈａｎｃｒｅｒｎｇｏｇｅｍｎｉｗｉｈｔｅｅｐｒｍｅｔｌｎｓＴｅｎｍｅｃｅｕｔｎｃｔｄｔａｅｎｎｉｅｅｒｔｃｄｅａｆｃｅｔｙｓｍｕａｅｔｅｔｘｅｉｎａｅ．ｈｏｈｕｒａｒｓｌｉｄｉａｅｔｏｌｎａｔｏｅａｍｏｌｎｅｉｌｓｈｔｈｒｈｉｌｃｉｉｎｌｉｌｔｈｐａｔｃｓｒｉｕｖｓｏｅｃｍｐｉｅ．ｌｓｉｔａｎｃｒｅｆｔｏｈｏｓｔｓＫｅｗｏｄ：ｃｍｐｏｉｅｍａｅｉ；ｔｕｈｎｎｙｒｓｏｓｔｔｒａｌｏｇｅｉｇ；ｎｎｉｅｏｓｔｔｅｍｏｅ；ｓｒｓ— ｔａｎｏｌｎａｃｎｔｕｖｄｌｔｅｓｓｒｉｒｉｉ
ＰｅｇＹｉｇ，Ｌｉｉｎｕａ，ＳｅｉｏＨｕＸｕｐｎｎｕＪａｈ２ｈｎＺｈｎｎｇ，ｎｕ（１ＣｏｌｇｆＣｉｉＥｇｎｅｉｇａｄＡｒｈｔｃｕｅＨｕａＵｎｖｒｉｆｃｈｏｏｙ，ＺｕｈｕＨｕａ４２０．ｌｅｏｖｌｎｉｅｒｎｎｅｃｉｔｒ，ｎｅｎｉｅｓｔｏＴｅｎｌｇｙｈｚｏｎｎ１０７，Ｃｈｎ；ｉａ
中图分类号：Ｂ３；０３５Ｔ３２４
文献标志码：Ａ
文章编号：１７－８３２１）３ｌ－４６３９３（００７０１
Ｍｉｒ — ｏｅｆＵＰＲｍｐｏｉｅｕｈｎｅｙＲｉｉｒｉｌｓｃｏＭｄｌｏＣｏｓｔｓＴｏｇｅｄｂｇｄＰａｔｃｅ
彭瑛，刘建华。，沈志农，胡洵璞
（．湖南工业大学土木工程学院，湖南株洲４２０；２１１０７．湖南工业大学冶金工程学院，湖南株洲４２０１０７）
摘要：制备出了以纳米材料为增韧剂的不饱和树脂复合材料，研究了刚性纳米粒子对不饱和树脂的增韧作用。通过对复合材料的拉伸实验，证实了在一定范围内随着有机刚性粒子ＰＡ６和无机刚性粒子纳米ｓｏｉ添加量增大，其对不饱和树脂的增韧效果也越好。建立了刚性粒子与不饱和树脂相的单胞细观本构模型，利