sic复合材料研究论文

张立同从事航空航天高温陶瓷及其复合材料研究，在氮化硅结合碳化硅、自增韧碳化硅、定向自生共晶硼化物复合材料、硅炭氮纳米吸波材料以及连续纤维增韧钡长石复相玻璃陶瓷复合材料等方面均取得新突破。特别在连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料及其制造技术方面，打破国际封锁，建立了具有中国自主知识产权的制造技术与设备体系。 1980年，在张立同的科研理论指导下，中国首次采用铜川上店土型壳材料铸造成功了第一批高精度、低粗糙度的斯贝低压一级无余量空心导向叶片。新铸叶片的尺寸精度及内部质量与国际著名的罗罗发动机公司的斯贝发动机叶片相当，表面粗糙度还略低于英国叶片。斯贝发动机的引进，使张立同的研究进入到向国际先进行列看齐的新阶段。 张立同主持研究的“无余量熔模铸造技术”，不仅将中国的熔模铸造水平推向了国际先进行列，而且还为发展中国新型发动机复杂内腔叶片及薄壁复杂整体构件奠定了理论和工艺基础。铜川上店土型壳材料，也被正式命名为“中华高岭土型壳材料”。 2000年和2008年先后创建超高温结构复合材料国防重点实验室和陶瓷基复合材料工程中心，为中国陶瓷基复合材料研究与工程转化搭建平台，工程化成果广泛用于航空航天领域，并向民用领域拓展。 张立同合著专著二部，授权国家发明专利50余项，发表SCI和EI收录论文400余篇。 专著 序号名称出版源年份备注1自愈合陶瓷基复合材料制备与应用基础化学工业出版社2015张立同编著2纤维增韧碳化硅陶瓷复合材料 模拟、表征与设计化学工业出版社2009张立同主编3复合材料手册化学工业出版社2009益小苏 ，张立同主编4近净形熔模精密铸造理论与实践国防工业出版社2007张立同参编5中国材料工程大典 第10卷 复合材料工程化学工业出版社2005益小苏 ，张立同主编期刊论文 序号名称出版源年份作者1化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷科学通报2015成来飞，张立同等2SiC_w/SiC层状结构陶瓷的制备及其应用中国材料进展2015解玉鹏，成来飞，张立同等3碳/碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析航空材料学报2005张亚妮，徐永东，张立同等4碳陶刹车材料的研究进展航空制造技术2014徐兴亚，张立同，范尚武等5吸波型SiC陶瓷材料的研究进展航空制造技术2014张亚君，殷小玮，张立同6化学气相沉积层状BCx/SiC涂层自愈合机制复合材料学报2013张伟华，成来飞，张立同等7Si-B-C陶瓷涂敷2D C/SiC复合材料的抗氧化性能复合材料学报2013左新章，张立同等8液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/C-SiC复合材料复合材料学报2012范晓孟，殷小玮，张立同等9新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展航空制造技术2003张立同，成来飞，徐永东10高温透波材料研究进展航空材料学报2003韩桂芳，陈照峰，张立同等11连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨复合材料学报2007张立同，成来飞12陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用固体火箭技术2000邹武，张康助，张立同13连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究硅酸盐学报2002徐永东，成来飞，张立同14CVI法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料硅酸盐学报1995徐永东，张立同，成来飞15高温陶瓷基复合材料制备工艺的研究材料工程2000肖鹏，徐永东，张立同16CVI法制备三维碳纤维增韧碳化硅复合材料硅酸盐学报1996徐永东，张立同等17层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能复合材料学报2002李世波，王东，张立同等18高温结构陶瓷材料的设计准则硅酸盐通报1997徐永东，张立同，韩金探 张立同培养博、硕研究生近百名，获国家教学成果二等奖1项。 据中国科学技术信息研究所、国家工程技术数字研究馆信息：1995年至2004年期间，张立同共培养8名学生获得博士学位，基本情况如下 ：【曾庆丰】 学位类别：博士；授予学位日期 2004年04月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：C/SiC复合材料优化设计【邹武】 学位类别：博士；授予学位日期 2001年11月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：三维编织C/SiC复合材料的制备及其性能研究【殷小玮】 学位类别：博士；授予学位日期 2001年03月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：3DC/SiC复合材料的环境氧化行为【肖鹏】 学位类别：博士；授予学位日期 2001年10月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：CSCVI法制备C/SiC的过程特征及其模拟【王汝敏】 学位类别：博士；授予学位日期 1991年12月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：改性双马来酰亚胺树脂基体研究【刘晓辉】 学位类别：博士；授予学位日期 1997年12月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：高抗冲复合材料的研究【成来飞】 学位类别：博士；授予学位日期 1997年12月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：1650℃长寿命碳/碳复合材料防氧化涂层研究【杨觉明】 学位类别：博士；授予学位日期 1995年09月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：用溶胶凝胶法制备热强BAS玻璃陶瓷的工艺理论基础及其材料性能研究

1、纳米Fe_3O_4及Fe_3O_4-SrFe_(12)O_(19)吸波复合材料的制备及性能2、纳米Ag颗粒/In-3Ag复合焊料的微观组织演变3、基于宏微观分析的碳纤维增强高分子复合材料强度性能表征4、新型无卤膨胀阻燃聚丙烯的制备及阻燃性能5、热残余应力对内埋光纤光栅传感性能的影响6、独角仙鞘翅微结构及其纳米力学性能7、聚丙烯-钢纤维混杂高强混凝土高温性能研究8、复合材料层合板准静压损伤的数值模拟9、MgO/Li_2O(mol)及烧结温度对结合剂及cBN磨具性能的影响10、复合材料层合板临界屈曲载荷分散性研究11、Si、Mg含量对离心铸造原位颗粒增强Al-xSi-yMg复合材料的组织与耐磨性能的影响12、颗粒增强金属基复合材料涂层的制备及其特性与应用13、三维五向编织复合材料渐进损伤分析的数值方法14、纳米银/环化聚丙烯腈复合物的制备与结构表征15、功能化碳纳米管的制备及功能化碳纳米管/尼龙6复合纤维16、石墨烯/聚苯胺复合材料的电磁屏蔽性能17、二维编织C/SiC复合材料的非线性损伤本构模型与应用18、压电复合材料表面化学镀镍工艺及镀层性能19、微米级煅烧羟基磷灰石/壳聚糖复合膜的制备及性能20、纳米TiO_2颗粒弱界面增强复合材料宏观力学行为有限元模拟

文关键词：金属基复合材料有效性能结构拓扑优化论文摘要：金属基复合材料综合了作为基体的金属结构材料和增强物两者的优点，具有高的强度性能和弹性模量、良好的疲劳性能等特点。由于制作工艺相对容易，和价格低廉，颗粒增强金属基复合材料体现出了广泛的商业价值，金属基复合材料首先在航天和航空上得到应用，随着其价格的不断降低，它们在汽车、电子、机械等工业部门的应用也越来越广。为此全球各大公司和研究机构对它的研究和应用开发正多层次大面积地展开。笔者阅读了大量相关文献，进而综述了近些年来国内外学者对金属基复合材料的研究，具有一定的现实意义。一、颗粒随机分布金属基复合材料有效性能研究九十年代中期Povirk, Gusev等人就研究证明了可以用一个有限体积的代表体元来代替整体复合材料，模拟其细观结构，从而建立复合材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系。随着计算机技术的高速发展，数值分析方法在复合材料力学分析中成为不可缺少的工具，在做计算数值模拟时，建立合适的数学模型，是进行数值模拟计算复合材料等效性能的基础。基于有限元法的多尺度等效性能计算是目前一种行之有效的研究复合材料细观结构与宏观力学行为之间关系的重要方法。采用这种方法的前提是建立复合材料的有限元模型，包括随机颗粒分布区域的几何建模和网格剖分，然后才能进行多尺度计算。对于复合材料等效性能计算的数值方法，国内外已经发展了名目繁多的各种数值方法。一般来说，可以分为反分析法、直接分析法。其中反分析法实质就是根据现场观测结果，来反演复合材料力学参数。反分析法主要依赖于材料程的实测位移、本构模型以及材料参数的假定。由于现场观测资料的获取受客观条件影响和对复合材料认识上的不足，往往造成模型和材料参数假定与实际差异很大，因而该方法在实际应用中遇到了一些困难。为此，人们试图选择另一种途径---直接分析法来预测复合材料的力学参数。由于离散元元方法没有很好解决对复合材料离散后的计算结果的误差，因此基于离散单元法计算宏观力学参数的研究较少目前主要是基于有限元法的数值分析法，其计算过程是首先建立颗粒材料的统计模型，然后模拟出不同尺度的复合材料"试件";这样得到的复合材料"试件"，可以视为由基体和增强颗粒两部分组成，其力学参数可以在实验室分别确定，然后应用有限元方法进行分析，进而得到颗粒统计力学参数即。这一方法计算结果的正确性取决于颗粒统计模型的正确性以及有限元算法的合理性，这一过程虽然有误差，但是误差不会比原位实测更大。该方法的不足之处在于为避免尺寸效应，模拟不同尺度"试件"时，增加了计算成木，并且当计算尺度增大时，"试件"内的颗粒数目明显增加，给有限元的剖分和计算带来了困难。还有学者基于有限元方法，基于等效观点，对颗粒增强复合材料的等效性能进行了研究，即根据一定的等效原则，宏观地考虑颗粒对材料力学特性的影响，将整个颗粒增强复合材料均匀化、连续化，然后用有限元计算得到等效力学特性.按等效方式来分，主要有材料参数等效法、能量等效法等，这些等效方法有其适用的一面，但仍有一定局限性，例如等效体的尺寸效应问题等.关于材料参数的均匀化理论.作为一种研究复合材料宏观性质的新方法，数学家们已进行了大量的研究，例如、等针对小周期结构问题的渐进分析，给出了均匀化材料系数的概念；等对具有小周期结构的均匀化理论和一阶渐进分析理论进行了深入研究；和陈志明等在此基础上给出了一阶渐进展开有限元的理论估计；崔俊芝等针对小周期结构提出了双尺度祸合算法。针对具有对称性的基本胞体给出了高阶渐进展式和有限元估计，并把此方法运用到工程计算中，从而使的均匀化从理论分析进入了数值计算。阶段和实际应用阶段，使得微观构造十分复杂的非均质材料的宏观力学参数计算成为现实，并且给出了计算周期性编制复合材料的等效力学参数的双尺度方法。在进行等效计算时，首先需建立材料的单胞模型，如二维单胞模型、二维多颗粒单胞模型、三维单胞模型、三维多颗粒单胞模型及代表体单元模型。武汉理工大学的瞿鹏程教授等，根据扫描电镜试样截面细观图，建立了有限元模型，并且成功预测出了SiC颗粒增强Al基复合材料等效弹塑性力学性能特征曲线。Soppa根据体积含量10%Al2O3,增强6061Al基复合材料的实验细观图，构件有限元分析模型，观察残余热应力对PRMMCs变形和破坏的影响。Han等人采用三维多颗粒单胞模型研究PRMMCs的力学性能和裂纹的产生。二、复合材料微结构拓扑优化研究结构拓扑优化是结构形状优化的发展，是布局优化的一个方面。当形状优化逐渐成熟后，结构拓扑优化这一新的概念就开始发展，现在拓扑优化正成为国际结构优化领域一个最新的热点。以Roderick Lakes（1987，1993）提出的具有负泊松比系数的泡沫材料以及对通过不同组分材料的复合可以获得任何单相材料无法比拟的极端材料特性(如零膨胀系数、零剪切性能)新发现的阐述为标志，材料微结构的优化设计被纳入拓扑优化领域。特别是由Sigmund于九十年代中期提出来的，现在己经成为材料研究领域的前沿课题之一。而在2002年的第9届AIAA年会上Kalidindi等人提出了"微结构灵敏设计(MSD-Microstructure Sensitive Design)"概念，进一步完善与发展了微结构构型与组分优化设计的思想与体系。这些开创性的工作为复合材料与结构的拓扑优化设计奠定了坚实的基础，进一步促进了材料微结构的优化设计。复合材料的宏观性能可由微结构单胞使用均匀化技术得到，通过对微结构单胞进行拓扑优化设计可获得具有良好特性的复合材料，例如负的泊松比、负的热膨胀系数、零剪切性能以及良好压电特性的压电材料。对单胞的拓扑优化设计，问题可分为两类:一是满足本构模量等于给定值的最小体积百分含量问题;二是满足一系列体积约束和对称条件的极值材料常数问题。Silva基于均匀化方法展开了具有极端性能的二维和三维压电材料的优化设计;国内袁振、吴长春进行了极端性能的弹性材料优化设计，杨卫等采用优化准则法进行具有特定性能的微结构设计，实现了具有负泊松比的材料设计。基于传热性能的微结构优化设计目前还处于初期阶段，张卫红等基于均匀化方法进行材料的热传导性能预测，在给定材料用量下进行复合材料的设计，得到具有极端热传导性能的复合材料。拓扑优化兼有尺寸优化和形状优化的复杂性，微结构最终拓扑形式是未知的。以最小柔度作为目标函数的微结构拓扑优化而得到的蜂窝状结构，为标准的规则正六边行蜂窝结构。三、小结金属基复合材料是近年来迅速发展起来的一种高技术新型工程材料，以其优越的性能受到国内外的高度重视。SiC颗粒增强铝基复合材料是目前复合材料中最引人注目的体系之一，不论是在理论上还是在实验上均是理想的复合材料研究对象。本文综述了国内外对金属基复合材料的有效性能研究和复合材料微结构拓扑优化，对金属基复合材料研究具有一定的知道意义。