碳纤维增强铝基复合材料金属z-pin层间强化技术
作者：张云鹤 著
出版时间：2018年版
内容简介
《碳纤维增强铝基复合材料金属z-pin层间强化技术》系统地阐述碳纤维增强铝基（Cf/Al）复合材料的金属 z-pin 层间强化技术相关理论及应用等新的研究成果。主要内容包括：Cf/Al 复合材料及其z-pin层间强化技术的国内外研究现状；金属z-pin增强Cf/Al复合材料制备及测试方法；Cf/Al复合材料的界面及界面反应控制；金属z-pin增强Cf/Al复合材料的设计思路及显微组织；金属z-pin增强Cf/Al复合材料的层间力学性能和抗弯性能；金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间剪切过程的模拟；Cf/Al复合材料在航天结构上的应用实例。
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 碳纤维 2
1.2.1 碳纤维的分类 2
1.2.2 碳纤维的结构 3
1.2.3 碳纤维石墨化度的评价 4
1.2.4 碳纤维的力学性能 6
1.3 Cf/Al复合材料的制备方法 8
1.3.1 扩散黏结法 8
1.3.2 挤压铸造法 9
1.3.3 真空压力浸渗法 9
1.4 Cf/Al复合材料的界面 10
1.5 Cf/Al复合材料的力学性能 11
1.5.1 碳纤维种类对Cf/Al复合材料力学性能的影响 12
1.5.2 碳纤维体积分数对Cf/Al复合材料力学性能的影响 12
1.5.3 碳纤维表面改性对Cf/Al复合材料力学性能的影响 13
1.5.4 基体合金对Cf/Al复合材料力学性能的影响 14
1.6 复合材料z-pin层间强化技术 15
1.6.1 z-pin的嵌入方式 16
1.6.2 z-pin增强复合材料的组织特征 18
1.6.3 z-pin增强复合材料的力学性能 20
1.6.4 z-pin增强复合材料的层间强化机理 23
1.6.5 z-pin技术存在的问题 23
1.7 本书的研究目的和研究内容 24
第2章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料制备及测试方法 25
2.1 引言 25
2.2 试验用原始材料 25
2.3 金属z-pin增强Cf/Al复合材料制备 26
2.4 材料测试方法 27
2.4.1 密度测试 27
2.4.2 拉伸性能测试 27
2.4.3 三点弯曲性能测试 28
2.4.4 层间剪切强度测试 29
2.4.5 组织结构分析 30
2.4.6 扫描电镜动态拉伸测试 31
第3章 Cf/Al复合材料的界面及界面反应控制 32
3.1 引言 32
3.2 碳纤维的显微结构 33
3.2.1 碳纤维的石墨化度分析 33
3.2.2 碳纤维表面形貌观察 35
3.2.3 碳纤维的透射电镜观察 36
3.3 碳纤维石墨化度对Cf/Al复合材料界面反应、界面形貌及力学性能的影响 38
3.3.1 Cf/Al复合材料的金相组织 38
3.3.2 Cf/Al复合材料界面反应的基本特征 39
3.3.3 碳纤维石墨化度对Cf/Al复合材料界面形貌的影响 40
3.3.4 碳纤维石墨化度对Cf/Al复合材料力学性能的影响 44
3.4 合金成分对Cf/Al复合材料界面形貌及力学性能的影响 46
3.4.1 合金成分对Cf/Al复合材料界面形貌的影响 46
3.4.2 合金成分对Cf/Al复合材料力学性能的影响 50
3.5 制备工艺参数对Cf/Al复合材料界面反应的影响 51
3.5.1 预热温度对Cf/Al复合材料界面反应的影响 52
3.5.2 保温时间对Cf/Al复合材料界面反应的影响 54
3.5.3 铝液温度对Cf/Al复合材料界面反应的影响 56
3.6 Cf/Al复合材料界面反应控制的基本规律 57
3.6.1 碳纤维种类选择的依据 58
3.6.2 基体合金元素对界面反应的作用机制 59
3.6.3 最优工艺参数的理论估计 61
3.7 本章小结 64
第4章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的设计思路及显微组织 65
4.1 引言 65
4.2 金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间强化的设计思路 66
4.2.1 层间增强体的材料选择 66
4.2.2 层间增强体体积分数选择 67
4.2.3 层间增强体直径选择 68
4.3 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的显微组织特征 68
4.4 本章小结 72
第5章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的层间力学性能和抗弯性能 73
5.1 引言 73
5.2 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的双切口法层间剪切强度 74
5.3 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的短梁法层间剪切强度 79
5.4 金属z-pin增强Cf/Al复合材料的抗弯强度 90
5.5 金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间强化机制 95
5.6 本章小结 104
第6章 金属z-pin增强Cf/Al复合材料层间剪切过程的模拟 105
6.1 引言 105
6.2 双切口层间剪切模型的建立 105
6.2.1 双切口层合板模型的建立 105
6.2.2 层合板层间剪切界面和z-pin增强体模型的处理 107
6.3 有限元模型单元的选择和材料参数的赋值及网格划分 108
6.3.1 模型单元的选择和材料参数的赋值 108
6.3.2 模型的网格划分 111
6.4 双切口层间剪切模型的模拟分析 112
6.4.1 施加载荷和边界条件 112
6.4.2 后处理与模拟结果分析 114
6.5 基于双切口层间剪切模型的不同z-pin参数模拟预报 123
6.5.1 不同材料z-pin增强Cf/Al复合材料剪切模拟预报 123
6.5.2 不同数量z-pin增强Cf/Al复合材料剪切模拟预报 125
6.5.3 不同几何分布z-pin增强Cf/Al复合材料剪切模拟预报 127
6.6 本章小结 129
第7章 Cf/Al复合材料在航天结构上的应用实例 130
7.1 引言 130
7.2 Cf/Al复合材料的基本力学性能 131
7.3 Cf/Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构强度特性 132
7.3.1 Cf/Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构刚度试验 132
7.3.2 Cf/Al复合材料薄壁筒形开口构件的结构强度破坏试验 135
7.4 本章小结 140
第8章 总结 142
参考文献 144