关键词： 水泥基材料   多元   微结构   裂缝   多尺度   传输性能   数值模拟  

摘要： 随着“一带一路”和发展海洋强国等国家战略的实施,大量基础设施得到兴建,如桥梁、港口、高铁等,致使混凝土材料的消耗量日益增加。在海洋、盐湖等严酷环境下,结构混凝土材料的耐久性问题已成为重大挑战。随着现代混凝土技术的发展,大量的矿物掺合料被引入到混凝土材料的制备中,从而使现代水泥基材料具有材料组分复杂、活性低、变异性大,微结构发展复杂等特点,致使耐久性研究难度增加。计算机技术的发展为研究现代水泥基材料提供了有力的工具。本文基于数字图像的水泥水化模型建模机理,自行编写和调试程序,建立了多元水泥基材料水化模型;用该模型预测了不同配合比下水泥基材料水化性能和微结构演变过程;自行编写了用于求解氯离子扩散系数的程序,并结合多尺度理论,利用有限差分法,预测了多元水泥基材料在不同尺度下氯离子扩散系数随微结构演变规律,进而研究了氯离子在完整混凝土中的传输行为;在考虑裂缝宽度影响氯离子在混凝土中传输的基础上,提出了氯离子在裂缝中扩散系数数学公式,利用有限差分法和修正双重孔隙介质理论,研究了不同裂缝属性对混凝土传输性能的影响。本文取得了如下创新成果：(1)建立了多元水泥基材料水化模型基于原始CEMHYD3D模型建模机理,即初始微结构的建立-分相-水化规则三个过程,在元胞自动机控制下的“溶解-扩散-反应／成核”的水化规则的基础上,自行开发了包含粉煤灰、矿渣和硅灰的二元、三元以及多元水泥基材料水化模型,获取了水泥颗粒、水化产物、孔等三维空间分布、数目和演变过程,揭示了矿物掺合料与水泥和矿物掺合料之间的交互作用规律,自行编写了表征三维孔结构程序,进而连续观测了孔结构的变化规律。(2)基于微结构,研究了完整混凝土的传输行为基于多尺度理论,利用代表性体积单元法,构建了水泥基材料多尺度结构;结合Fick第一定律和有限差分法,开发了求解氯离子扩散系数的方法—网格传输法;在此基础上,结合多元水泥基水化模型,提出了预测多元水泥基材料不同尺度下的氯离子扩散系数的方法,同时通过Fick第二定律和质量守恒定律,利用中心差分法研究了完整混凝土的传输行为,在钢筋锈蚀临界氯离子浓度的基础上,提出了混凝土结构寿命预测的方法。(3)基于裂缝属性,研究了开裂混凝土的传输行为依据氯离子在不同裂缝宽度中的扩散规律,提出了不同裂缝宽度下裂缝内氯离子扩散系数的数学公式,结合修正双重孔隙介质理论,得到了裂缝对混凝土传输性能的影响规律;研究了不同裂缝属性(外部和内部裂缝、宽度、深度、数目以及取向)对混凝土传输性能的影响,可视化地获取了氯离子在混凝土内的浓度分布。

关键词： 超高性能水泥基复合材料   粉煤灰   耐磨性能   断裂   韧性   计算机断层扫描   微结构   纳米压痕   纳米划痕   可持续性  

摘要： 超高性能水泥基复合材料(Ultra-high performance cementitious composite,UHPCC)是近年来发展起来的一种新型土木工程材料。和普通混凝土相比,它具有极其优异的力学性能和耐久性,能够满足当代建筑结构高层化、大跨化、轻量化以及长寿命等要求,因而它具有广阔的应用前景。高韧性作为UHPCC的一个重要特征,其主要源自于高强纤维的掺加。纤维的增韧机理如纤维拔出、纤维断裂、纤维变形以及基体的多缝开裂等,已经被相关试验研究所证实,然而关于各个机理对材料韧性所贡献的比重,相关研究较为匮乏。在UHPCC制备方面,粉煤灰等矿物掺合料的应用越来越广泛,然而目前缺乏对其宏观性能产生机理的系统研究。因此,本文一方面对UHPCC中纤维的增韧机理进行了定量分析,另一方面系统研究了低水胶比条件下矿物掺合料尤其是粉煤灰对UHPCC微结构的影响。此外,为了推进UHPCC的绿色化,本文还探索了铁矿尾砂作为细集料应用于UHPCC中的可行性。首先,本文采用"水泥+粉煤灰+硅灰"的三元胶凝材料体系,制备出了性能优异的UHPCC材料,并研究了其基本性能。研究表明,粉煤灰单掺时会降低材料的抗折强度,和硅灰复掺后能够消除这种不利影响。和标准养护至成熟龄期相比,蒸汽养护提高了材料的抗压强度,但对抗折强度影响不大,高温干热养护能够显著提高材料的抗压强度。采用天然河砂和石英砂分别配制的UHPCC的力学性能较为接近,而采用铝矾土作为细集料能够提高材料的力学性能。UHPCC的力学性能随纤维掺量的增加而提高,纤维对抗折强度的提高程度高于抗压强度。UHPCC的耐磨性能较水灰比为0.3的高性能混凝土(HPC)高54%,这主要源于其浆体具有较高的耐磨性能。UHPCC中硅灰的掺加缩短了诱导期的持续时间,而粉煤灰的掺加延缓了水化进程,半绝热条件下UHPCC的内部温升峰值比HPC高约6.8℃。对于水养至成熟龄期的UHPCC,其干缩值在后期约为300个微应变,小于HPC。UHPCC的抗氯离子渗透性能远高于HPC。其次,采用缺口试件的三点弯曲试验,对UHPCC的韧性进行了表征,继而通过纤维拉拔试验和X射线计算机断层扫描,分别对断裂过程中纤维拔出和基体开裂所消耗的能量进行了定量分析。研究表明,纤维掺量为1%和2%时,UHPCC的断裂能分别为同配比砂浆试件的230倍和290倍。基体多缝开裂对韧性的贡献较小,而纤维拔出对韧性的贡献较大。当纤维掺量为1%和2%时,多缝开裂所消耗的能量与系统总输入能量的比值分别为4%和5.5%左右,而纤维拔出所消耗的能量与系统总输入能量的比值分别为50%和70%左右。再次,采用扫描电镜、X射线衍射Rietveld定量分析以及压汞测孔法研究了 UHPCC微结构的演变过程。结果表明,标准养护条件下,UHPCC在3d龄期时能够形成较为密实的微结构,且其内部水化反应主要发生在7d龄期之内,在28d时水泥的水化程度接近50%。单掺粉煤灰延缓了水化初期微结构的形成,对早期力学性能不利,而粉煤灰和硅灰复掺后发挥协同效应,降低了粉煤灰对早期微结构的不利影响。蒸汽养护条件下水泥的水化程度略有降低,而材料内部火山灰反应程度有所提高,微结构十分密实。另一方面,采用网格点阵纳米压痕技术对UHPCC浆体以及界面区的微观力学行为进行了研究。结果表明,UHPCC的水化反应产物主要为力学性能较高的高密度(HD)水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和超高密度水化产物相(UHD相),二者在标养过后占据反应产物的80%。和标养相比,蒸养条件下水化产物中低密度(LD)C-S-H的含量大幅降低,而UHD相的含量大幅提高,HD C-S-H和UHD相的含量占据反应产物的90%,这从微观力学的角度解释了蒸汽养护有助于提高材料的的力学性能。UHPCC中未反应的水泥和粉煤灰颗粒的力学性能远高于水化产物,能够作为高刚度的微集料增强浆体。在纤维或集料与浆体的界面区,力学性能较为稳定且与基体相当,表明纤维或集料与浆体之间具有较强的粘结作用。这些结果从根本上揭示了 UHPCC宏观力学性能的产生机理。此外,采用纳米划痕技术对比研究了 UHPCC和HPC浆体的微观力学性能,结果表明,UHPCC试样的瞬时划痕深度均值和残余划痕深度均值相比HPC试样分别低约35%和38%,这与二者在宏观上的耐磨性能较为一致。最后,为了推进UHPCC的绿色化以及水泥基材料的可持续发展,研究了铁矿尾砂取代天然河砂用于UHPCC材料制备的可行性。结果表明,当尾砂完全取代天然河砂时,材料的工作性能和力学性能均明显下降。然而,当尾砂取代率不高于40%时,标养90d以及蒸养条件下材料的力学性能与基准相接近。因此,从力学角度分析,尾砂在UHPCC中的应用具有可行性。

关键词： 低合金高强度钢   纳米相   时效工艺   显微结构   力学性能  

摘要： 纳米相强化低合金高强度钢是在普通低合金钢基础上发展起来的,由于其强度高、加工性能较好且经济适用而在汽车、船舶与海洋工程以及桥梁等基础设施建设方面有着广泛应用.时效工艺是该类钢种优化纳米相和提高其力学性能的必须之路,且对于探索纳米相强化机制等科学问题也具有重要意义.本文主要研究了时效工艺分别对纳米相强化低合金高强度钢显微结构与力学性能的影响.研究表明时效工艺对纳米相强化低合金高强度钢显微结构无显著影响,而对纳米相析出有着重要影响.较高时效温度下,时效峰较早时间出现当其硬度却相对较低.最后,对其原因进行了讨论.

关键词： 注射压缩成型   V型肋微结构   散热能力   正交实验   Moldflow  

摘要： 表面微结构的存在可以显著提高散热面积,实现对传热性能的强化,而微结构的尺寸精度影响微结构对传热的强化效果；由于高分子材料具有更高表面传热系数、更好的成型方式等优点促使了其在传热强化领域得到足够的重视和发展,利用注射压缩成型可以实现对表面微结构的高精度、高稳定性成型,实现对大面积连续性表面结构散热材料的制备。在本文中,首先对V型肋微结构的表面温度分布进行理论计算和分析,并对注射压缩法制备表面微结构进行了研究,采用正交实验法,分析结晶和非结晶材料、工艺参数、距离浇口位置等因素对成型精度的影响,并利用Moldflow对工艺参数影响微结构成型的主要原因进行了分析,最后通过实验验证微结构成型对散热效果的影响。对V型肋微结构单元建立数学模型,分析其在自由对流时,微结构侧表面上的温度分布,结果表明：肋基宽度w,顶角角度2α,基面和流体温差的值越大,微结构侧表面上的散热量越大；要保证微结构的强化效果、较高的经济性及可加工性,微结构几何尺寸设定范围应为：顶角半角角度0<α<25°,肋基宽度0.1mm

关键词： InVO4/TiO2   Pt   光热耦合   降解苯   光解水制氢  

摘要： 自从Fujishima和Honda发现并报道了紫外光照射Ti02半导体电极可以将水分解产生氢气的四十多年间,光催化领域的研究进展引人注目。人们渐渐意识到光能与其他形态的能量相互协同有助于提高能量的利用率。开展具有良好的光热协同催化性能的研究,它对于解决能源枯竭和利用率低下的难题具有很高的研究价值和重要的科学意义。InVO4作为一种对可见光响应的半导体,与传统的光催化半导体材料TiO2进行复合,不但将其吸收光谱范围拓宽了 130 nm左右,大幅提高了太阳光能利用率,并在空间上实现了光生载流子的有效分离,降低了光生电子和空穴的复合几率。更为重要的是,我们发现InVO4/TiO2光催化剂具有良好的光热协同催化性能,其在180 ℃的较低温度下即可将气体有机污染物苯完全氧化分解,其催化效果比单独光催化和热催化效果之和要高约12.5%。为了进一步优化其催化性能,将复合光催化剂与极少量的贵金属Pt进行复合,在80 ℃的低温下就可将苯完全氧化,大幅降低了其完全氧化降解苯所需的温度。Pt的负载有效增强了光热催化耦合效应,其催化效果比单独光催化与热催化之和高约90%。另外,我们还就Pt-InVO4/TiO2的光解水制氢性能进行了较深入的探究,经过一系列优化之后,将其产氢量提高至1263 μmol/g,紫外光下量子效率达到6.90%,有效地拓展了其在光催化应用领域的潜力。本论文的创新点如下:(1)首次发现了 InVO4/TiO2在不负载贵金属的情况下具有光热耦合催化效应,在180 ℃下即可完全降解有机污染物苯,远远低于工业热催化所需的温度;(2)利用少量Pt在InVO4/TiO2上的负载,将复合光催化剂完全氧化降解苯的温度降低至80 ℃,且其光热耦合效果提高了 7.2倍;(3)创新性的拓展了 Pt-InVO4/TiO2在光解水制氢方面的性能,并对实验条件进行了相关的优化,使其4小时内的产氢量高达1263 μmol/g。

关键词： Microstructure  

摘要： Damascus steels are related to composites which combine the properties of diverse steel qualities. By forging steel plates with different compositions, in particular differences in the carbon content, a multilayered workpiece is manufactured. Forging of cast iron has not been common because of its low melting point and brittleness at lower temperatures. Wolfgang Scheiblechner, a blacksmith from Palfau in Austria, combined ductile cast iron and soft iron to a unique composite material, which was investigated by means of metallographic methods. The intersections of cast iron and iron are of high interest, where carbon diffusion from ductile cast iron (graphite 100 % C) to soft iron (0 % C) takes place. In this case, all the microstructures characteristic for cast irons, steels, and soft iron were present. The microstructures were additionally influenced by forging and quenching. The cast iron region was dominated by nodular graphite and bainite;ledeburite was observed occasionally. The soft iron regions showed coarse equiaxed ferrite and grain boundary cementite. In the transition areas, ferrite showed a wide variety of shapes, and the microstructure changed from hypereutectoid to hypoeutectoid steel. The various microstructures were characterized by light optical microscopy and confirmed by Vicker's microhardness measurements. © 2016 by ASTM International, 100 Barr Harbor Drive.

关键词： 石墨烯   热导率   碳纳米纤维   超级电容器  

摘要： 碳材料拥有丰富的同素异形体,优异的力、热、电性能,被广泛用来充当功能材料的添加剂与增强剂。本文同时研究了石墨烯和碳纤维与高分子材料复合时的特性。石墨烯具有极好的导热能力,可作为高效的聚合物热导增强添加剂。但是由于石墨烯片层间存在很强的范德瓦耳斯力,导致石墨烯本身极易团聚。本文利用正电子湮没方法,并辅之以其他实验测试技术系统地研究了不同含量的石墨烯片层(rGO)在聚乙烯醇(PVA)中的分散状况、与聚乙烯醇分子链间的界面相互作用、对聚乙烯醇原子尺度自由体积特性和链段运动影响以及对聚乙烯醇导热性增强的微观机理。此外,我们提出了一种简易的制备交联碳纤维的方法,即直接碳化聚丙烯腈纤维会使得到的碳纤维出现交联结构。然后以这种交联碳纤维为骨架生长导电高分子材料聚苯胺,当其作为超级电容电极材料时表现出了优异的电化学性能。主要研究内容如下：1.石墨烯/聚乙烯醇纳米复合材料中热导率与自由体积的关系通过冷冻干燥的方法制备了多孔的聚乙烯醇/石墨烯复合材料,利用正电子湮没寿命谱技术,结合扫描电镜、透射电镜、红外光谱、热导率测试系统地研究了石墨烯/聚乙烯醇纳米复合材料中自由体积对热导率的影响。a. 当rGO/PVA纳米复合材料总石墨烯的含量较少(0.5 wt%)时,石墨烯在复合材料中的分散最好,随着石墨烯含量的逐渐增加,石墨烯的团聚程度逐渐增加。b. 红外光谱结果表明在rGO/PVA纳米复合材料中,存在氢键的相互作用。根据正电子湮没寿命谱结果中第二寿命分量的强度计算得到的界面相互作用因子证明,在石墨烯含量为0.5 wt%时界面相互作用最强。c. 由于石墨烯与聚乙烯醇分子间存在界面相互作用,导致高分子链段的堆积密度增大,自由体积减少。且由于含量为0.5 wt%的复合材料中石墨烯分散状况最好,界面相互作用最强,导致自由体积最小。d. 随石墨烯含量的增加,复合材料的热导率随石墨烯的含量以近线性的方式增加。为了解释导热增强的原理,我们用三种模型,分别为并联模型、串联模型以及Maxwell-Garnett有效介质近似(EMA),计算了复合材料的热导率,然后将计算值与实验值进行比较。用EMA理论计算得到的热导率与实验测得的热导率之间的差值与界面相互作用有密切关系,证明石墨烯分散的越好,与聚乙烯醇分子的相互作用越强,热阻越大。e. 我们得到了关于自由体积分数与复合材料热导率的直接关系,可表示为k∞e-ft/0.18,证明界面自由体积缺陷对于声子散射和复合材料的热导率有重要影响。2.交联碳纤维／聚苯胺纳米复合材料的电化学性能研究分别制备了具有交联结构的碳纤维与普通的碳纤维,并比较了其作为支架负载聚苯胺后的电容特性。a. 我们发展了一种简单的制备交联碳纤维的新方法,即通过直接碳化聚丙烯腈纳米纤维的方法可以得到具有交联结构的碳纳米纤维。而传统的制备通过预氧化和碳化处理的碳纤维不具备交联结构。我们对两种碳纤维的形貌结构、结晶性、缺陷特性以及导电性进行了系统地研究。拉曼光谱证明,与不交联的碳纤维(NCLCNF)相比,交联碳纤维(CLCNF)中碳的晶格尺寸更小,结晶性更差。正电子寿命湮没谱显示,在CLCNF中正电子平均寿命更长,证明其存在的缺陷更多。但四探针的结果显示,CLCNF比NCLCNF拥有更好的导电性,这说明交联结构对碳纤维的导电性有很重要的贡献。b. 另外,我们以两种碳纤维作为支架,用化学氧化聚合的方法,在其表面生长了导电聚合物聚苯胺(PANi),并将所得复合材料作为超级电容器电极材料,以比较两种碳纤维作为导电支架在负载活性材料时的性能差异。我们发现,CLCNF/PANi复合材料在800 A／g的电流密度下比电容为127 F／g。与在电流密度为0.5 A／g得到的比电容(259 F／g)相比,CLCNF/PANi复合材料的倍率性为49%,远高于NCLCNF/PANi复合材料的17%。同时,CLCNF/PANi复合材料为电极材料组装的超级电容器器件,在以10 A／g的电流密度充放电10000个循环后,电容值仍旧保留了75.3%,表明其循环稳定性很好。所有的以上结果都证明,我们制备具有交联结构的碳纤维的方法对于在储能领域如何制备及应用碳纤维具有极大的促进作用。

关键词： 微结构光纤   偏振滤波器   偏振分束器   传感器   表面等离子体共振  

摘要： 基于功能材料填充的微结构光纤结合了填充材料的物理性能与光纤的微纳结构,具有设计灵活、外场调谐、易于集成和全光纤化等优点,为新型光纤光子器件的发展提供了重要的平台。本文从液晶、磁流体、金、铝等功能材料的折射率特性出发,合理设计光纤气孔结构及填充位置,研究了功能材料填充微结构光纤的模式耦合规律,并对光子器件性能进行了表征。首先,在石英基微结构光纤包层的一个空气孔中设计填充了外场调谐的折射率材料,研究了外场对纤芯模与缺陷模耦合的影响。结果表明,当功能材料填充空气孔临近纤芯时,纤芯模与缺陷模表现为完全耦合。耦合强度较高,而限制损耗谱锐度较低。当功能材料填充空气孔与纤芯较远时,纤芯模与缺陷模表现为非完全耦合。耦合强度较低,但限制损耗谱锐度较高。通过外场改变填充材料折射率,可以调节纤芯模与缺陷模间的耦合,从而可以实现光纤传感。其次,在双芯石英基微结构光纤中两个纤芯中间的一个空气孔设计填充了向列相液晶,研究了液晶的电场、温度等折射率调控性能对其偏振分束特性的影响。高折射率液晶只在两个纤芯中间的一个空气孔中填充,保证了光传导模式仍然为折射率引导型,并获得了宽带宽的偏振分束器。容差特性分析表明设计的偏振分束器在1%的制作误差范围内具有较好的偏振分束特性。然后,在单芯、双芯、三芯微结构光纤中设计填充了金金属材料,研究了表面等离子体共振效应对其偏振滤波、分束特性的影响。利用纤芯模与表面等离子体模间的级联共振效应,获得了超宽带宽的单芯微结构光纤偏振滤波器。利用表面等离子体共振效应对双芯、三芯微结构光纤纤芯超模的折射率调控性能,获得了具有高消光比、宽带宽、低插入损耗、短耦合长度等优异性能的偏振分束器。最后,在微结构光纤中设计填充了拥有低熔点的铝金属材料,研究了表面等离子体共振效应对其偏振滤波、传感特性的影响。利用相互正交偏振方向上具有显著差异的纤芯模与表面等离子体模耦合特性,获得了超短光纤长度和超宽带宽的偏振滤波器。利用分析物折射率对纤芯模与表面等离子体模耦合强度的调控性能,获得了高灵敏度和宽测量范围的的强度型折射率传感器。

关键词： SiC/SiC   微结构设计   力学性能   热导率  

摘要： 连续碳化硅纤维增韧碳化硅复合材料（Continuous Silicon Carbon Fiber Reinforced Silicon Carbide Composites,SiC/SiC）具有低化学活性、低密度、低热膨胀系数、高能量转化率和极好高温强度和较好的抗腐蚀性能,使SiC/SiC成为极具潜力的第四代核反应堆包壳材料,可避免锆包壳高温遇水产生爆炸的问题;同时,在14 MeV中子辐照下SiC/SiC具有低感生放射性、高尺寸稳定性、低诱导放射性、低衰变热和低氚渗透性,在聚变反应堆第一壁结构材料概念设计中,SiC/SiC也备受瞩目。但是,SiC/SiC也面临系列挑战,如热导率较低、气密性较差和自身连接较难等。化学气相渗透（Chemical Vapor Infiltration,CVI）是制备SiC/SiC的一种成熟工艺方法,该晶态CVIβ-SiC基体缺陷少,且具有良好抗辐照能力。但是,CVIβ-SiC的热导率不足,如CVI 2D SiC/SiC的室温热导率仅为10～15W/（m·K）。如何提高SiC/SiC热导率是其在反应堆中应用亟待解决的问题,可直接影响核反应堆的能量转换效率、使用寿命和安全性。本文以提高CVI SiC/SiC热导率和确保强韧性为目标,通过系统研究SiC/SiC复合材料的纤维、界面和基体等各结构单元的组分与微结构对其热导率和力学性能的影响规律,并结合热传导模型和相应计算进行验证。主要研究内容与结果如下:（1）研究了三种不同氧含量SiC纤维的C/Si比和结晶度对微结构、热稳定性和相关SiC/SiC热导率的影响。结果表明,近化学计量比、低氧含量、高结晶度的3#SiC纤维在高温下具有最优微结构和稳定物相,且热导率最高,可作为核用SiC/SiC的增强纤维。（2）研究对比了PyC、SiCp-SiC、CNTs和CNTs-PyC四种界面对SiC/SiC力学性能和热导率的影响。结果表明,CNTs-PyC界面可有效改善强韧性和热导率,解决了PyC界面结合弱及热导低的问题。与PyC界面SiC/SiC相比,CNTs-PyC界面的弯曲强度和断裂韧性分别提高约17%和26%,热导率也同步提高约115%。高热导CNTs作为PyC界面的掺杂相,有效改善了纤维与基体界面结合强度,从而提高了SiC/SiC的强韧性;同时改善了CVI PyC织构而提高SiC/SiC的热导率。（3）以PyC界面为基础,设计了SiC_f/SiC与SiCw/SiC交替叠层的层状基体复合材料（SiC_f/SiC+SiCw/SiC）、SiC基体中引入SiCw的多层基体SiC_f/（SiCw+SiC）复合材料、SiC基体中引入一层CNTs的SiC_f/（SiC-CNTs）复合材料和SiC_f/SiC与CNTs/SiC交替叠层的层状基体（SiC_f/SiC+CNTs/SiC）_n等四种基体改性复合材料。对比研究了该四种复合材料的微结构、力学性能和热导率变化规律。结果表明,采用涂刷结合CVI工艺制备的SiC_f/（SiCw+SiC）复合材料可有效改善复合材料的强韧性和热导率,解决了CVI SiC微晶基体热导低的问题,同时提高了复合材料韧性。与SiC/SiC相比,SiC_f/（SiCw+SiC）热导率和断裂韧性分别提高约79%和51%。从三点弯断口形貌可见,该SiCw与SiC_f与基体结合较好,（SiC_f+SiC）与（SiCw+SiC）层断裂交替发生,该两层分别有SiC_f和SiCw拔出,故复合材料韧性提高;CVI SiC微晶基体中引入高热导SiCw使其热导率提高。（4）依据SiC/SiC的组元与微结构的优化结果,最终选用3#SiC纤维、电泳沉积结合CVI制备CNTs-PyC界面,涂刷法结合CVI制备（SiC_f+SiCw）/SiC复合材料,该复合材料密度为2.51±0.05 g·cm-3,孔隙率为12.2±0.3%。其弯曲强度为530±15 MPa,断裂韧性为35.7±1.3 MPa·m1/2,热导率提高至28.5 W·m-1·K-1,分别比传统CVI-SiC/SiC提高约22%、150%和94%,为发展核反应堆环境用高导热和高强韧SiC/SiC复合材料奠定坚实基础。

摘要： Most of the existing materials around us can be considered composite materials, since they are composed by several phases or components at certain spatial scale. The physical and chemical properties of composites, as occurs with structures composed by two or more materials, is defined by the response provided by their constituents. Therefore, a good characterization of the composite requires considering the performance of its components. In the last decades, several methods have been proposed with this approach to characterize composite materials, most of them based on multiscale techniques. Nowadays, multiscale homogenization analysis is a popular topic in the simulation of composite materials. This is because the complexity of new composites demands of advanced analysis techniques for their correct characterization, and thanks to the continuous increase of computational capacity. However, the computational cost when multiscale procedures are taken to the non-linear range and are applied to real-size structures is still excessively high. In this context, this work presents a comprehensive homoge-nization formulation for an efficient non-linear multiscale modeling of composite structures. The development of a composite multiscale constitutive model is addressed from two different homog-enization approaches. The first one corresponds to a phenomenological homogenization procedure for the non-linear analysis of carbon nanotubes reinforced composites. The second one is a general two-scale homogenization procedure to analyze three-dimensional composite structures. Carbon nanotubes (CNTs) have been regarded as ideal reinforcements for high-performance composites. The formulation developed takes into account explicitly the performance of the interface between the matrix and the CNTs. The load is transferred to the nanotubes through the considered interface. The composite non-linear behavior results from the non-linearities of its constituents, and in case of interface dam