材料"素化"为降低金属材料的合金化程度及资源回收利用的难度提供了一个简洁且具有应用前景的设计方法。本文将素化的概念引入复合材料中,提出在不改变材料体系基本组成、不增加功能相体积分数的前提下,以复合材料的多级结构设计(如界面工程、缺陷工程等)为核心,充分利用多级结构的调控能力,实现材料性能的提高及综合性能的优化。以典型复合材料...
采用水热还原法将羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)接枝到氧化石墨烯(GO)上,经冷冻干燥得到三维石墨烯-多壁碳纳米管气凝胶(GA-MWCNTs),再以热塑性聚氨酯(TPU)为填充体,通过真空浸渍法制得三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯(GA-MWCNTs/TPU)复合材料。借助FTIR、 Raman、 XPS、 TEM、 SEM,对GA-MWCNTs的化学结构、微观形貌进行表征,并通过TGA...
为研究纳米改性对复合材料力学性能的影响,以纳米黏性环氧树脂与固化剂混合胶液为基体,以三维正交机织玻璃纤维织物为增强体,利用真空辅助树脂传递模压工艺(Vacuum assisted resin transfer molding, VARTM),制备纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料。分别测试不同质量分数(1wt%、 2wt%、 3wt%、 4wt%)纳米黏性复合材料沿0°和90...
采用层层自组装法(LBL),在剑麻纤维素微晶(SFCM)表面交替吸附壳聚糖(CH)和聚磷酸铵(APP)构筑CH-APP阻燃涂层,成功制备(CH-APP)n/SFCM阻燃复合材料。通过Zeta电位分析仪、 FTIR、 TGA、 POM、垂直燃烧法(VFT)、 SEM手段对复合材料的结构和性能进行表征。FTIR、 Zeta电位结果表明, CH和APP在SFCM表面电位正负交替变化, CH-APP涂层成功包覆在SFCM表...
复合材料结构强度的参数影响研究是结构设计的必要内容,然而还缺乏在不同湿热环境条件下结构尺寸对其强度的影响研究。采用数值和试验方法研究了宽径比(W/D)对不同湿度、温度时T800/X850碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)开孔层压板压缩强度的影响。设计了参数影响研究试件,通过试验获得了不同湿热条件下的开孔层压板压缩失效结果;并利用现有的...
为了提高聚乳酸(PLA)与铝合金的连接强度,采用在PLA中添加玄武岩纤维(BF)获得BF/PLA复合材料的方式对PLA进行增强。利用转矩流变仪对干燥处理后的PLA及BF进行密炼,利用光纤激光器对铝合金表面进行毛化处理。采用平板硫化机对BF/PLA复合材料和处理后铝合金进行连接成型,测试其拉伸强度,对失效后断面进行分析。结果表明:随着BF质量分数的增加, BF/...
冲击凹坑的回弹特性对飞机复合材料结构低速冲击损伤的目视检出概率有至关重要的影响。采用T800碳纤维/M21环氧树脂复合材料单向预浸丝束自动铺贴和热压罐固化工艺制造了层压板试件。试件引入1 mm左右的冲击凹坑后分成4组,分别在室温环境、湿热环境、重复载荷及湿热和重复载荷联合作用的条件下测量冲击凹坑在不同时间的回弹量,以研究湿热环境和...
通过偏轴拉伸实验研究了因纱线细度变化而引起的不平衡2.5D碳纤维机织预制体(2.5D CFWPs)的面内剪切变形性能,实验材料包括4组不平衡2.5D CFWPs试样和1组平衡2.5D CFWPs试样。观察了不平衡2.5D CFWPs试样的典型宏观变形形貌和细观结构变化;对比了不平衡试样和平衡试样的剪切角和拉伸载荷变化;通过归一化处理,详细分析了纱线细度对预制体面内剪切...
通过建立损伤指数与分层损伤参数间的定量关系,对复合材料加筋壁板分层损伤进行准确定量监测,提出了一种基于模型的分层损伤定量监测方法。该方法包括模型的建立和逆求解两个过程,通过插值拟合方法建立表征分层损伤参数与损伤指数间定量关系的多项式模型;采用损伤概率成像算法获得相对距离和损伤指数,将其代入模型中,得到所对应的分层损伤面积;...
针对不同编织角度的三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料,进行了热环境下的轴向拉伸和压缩力学性能实验研究,讨论了温度对三维四向编织复合材料的轴向拉伸和压缩力学性能的影响,并根据宏观断裂形貌和SEM图像分析了材料的破坏和断裂机制。结果表明,随着测试温度的升高,三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料的纵向拉伸强度有小幅提高,而纵向压缩...
针对碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料板-钢搭接接头连接的糊状胶黏剂粘层厚一致性控制较难、铅垂向成形可能不易等问题,将糊状胶黏剂换成胶膜,制作了胶膜连接的五种粘结长度共15个CFRP板-钢双搭接接头试件,并对该胶膜连接的CFRP板-钢搭接接头进行了室温条件下的破环模式、有效粘结长度、传力规律、粘结-滑移本构、承载力等的试验研究。结果表明:所...
开展明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验,研究夹芯结构在软体高速冲击下的损伤形式,分析相关因素对结构动态响应结果的影响。通过CT扫描对复合材料蜂窝夹芯板内部进行检测可知,面板出现分层、基体开裂、纤维断裂、凹陷、向胞内屈曲等损伤形式,蜂窝芯出现芯材压溃、与面板脱粘的损伤形式;分析复合材料蜂窝夹芯板后面板的动态变形过程及撞击中心...
研发了基于多壁碳纳米管(MWCNT)界面传感器的多功能复合材料,并研究了其在纤维缠绕压力容器健康监测中的应用。首先考察了该界面传感器在复杂环境中的可靠性,分析了MWCNT对纤维/基体界面层间剪切强度的影响,得到了植入MWCNT界面传感器的复合材料在不同水温下吸水特性;随后研究了基于MWCNT界面传感器的纤维/基体界面原位监测和损伤修复,分析了利...
为改善和提升汽车的轻量化和耐撞性,针对碳纤维增强树脂基复合材料特性提出一种基于灰色关联分析与熵权法结合的复合材料防撞梁结构的设计策略。建立了考虑整车实际工况的数值简化模型,并通过碳纤维增强树脂复合材料力学性能试验确定了T300碳纤维/5113环氧树脂复合材料的材料力学性能,为碰撞工况下碳纤维增强树脂保险杠防撞梁模型计算提供真实准...
为深入分析雷电环境下含紧固件碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料的损伤机制及尺寸对损伤面积的影响规律,对两种不同尺寸含紧固件CFRP进行雷电损伤试验和仿真研究。根据热电耦合理论在ABAQUS中建立含紧固件CFRP的热-电耦合模型,得到单一雷电流A分量作用下CFRP的温度场分布规律;雷电损伤试验中采用超声C扫描方法评估试件损伤特性。试验和仿真结果表明...
基于Reddy的Layerwise理论,对含压电铺层的复合材料层合壳的静力响应特性进行了理论研究。基于Layerwise理论,推导了含压电层的复合材料层合壳的应变分量与电场强度表达式。利用Hamilton原理和变分法,推导了压电智能层合壳的欧拉-拉格朗日方程,并采用有限元解法,建立了相应的有限元控制方程及其机电耦合刚度矩阵。通过算例结果与文献中的精确解...
胶黏剂粘接性能下降导致的面板与蜂窝芯分离是Nomex蜂窝夹层结构在高温下力学性能发生退化的主要原因。为此定义了胶黏剂的等效脱粘系数为温度升高引起蜂窝夹层结构弯曲刚度下降的损伤变量,并引入面板和蜂窝芯弹性模量的温度保持系数,建立了蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学模型。经外伸梁三点弯曲法试验校验,所建力学模型计算值与试验值的...
研究了热环境下纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳强迫振动响应的理论求解方法。考虑了基础激励载荷的影响,并依托板壳理论、复弹性模量等方法,在确立了受热后材料与结构的本构关系、物理方程及能量方程基础上,建立了该类型纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳在热环境下的理论模型。利用双向梁函数法表示振型函数,在引入比例阻尼的基础上,通过Ritz法和振型叠...
采用紫外线老化试验箱模拟大气环境中的紫外线进行加速老化试验,对玄武岩纤维增强树脂复合材料(BFRP)及环氧树脂在紫外线环境中的耐久性进行了研究。通过BFRP及环氧树脂经紫外线老化后的拉伸强度、弹性模量、断裂延伸率的变化,结合深度信念网络(DBN)的方法,预测BFRP及环氧树脂拉伸强度、弹性模量的变化趋势;并提出以同批次非破坏性试件的弹性模...
采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al2O3@Y3Al5O12复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维具有良好...
应力强度因子在断裂力学中广泛应用于预测由远程载荷或残余应力引起的裂缝尖端附近应力状态。本文基于平面应力条件下应力强度因子建立WC P形状与其尖端应力之间的规律,利用有限元分析软件对含不同形状WC P的WC P/Fe复合材料的热应力进行模拟仿真,研究WC P形状对WC P/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明,WC P的形状显著影响应力...
采用溶胶-凝胶法,利用微晶纤维素(CMC)辅助制备了C-TiO2复合材料,并对其进行了结构、组成和形貌的分析。XRD分析结果表明,所制备的C-TiO2复合材料样品为具有较高的结晶度的锐钛矿相TiO2和石墨碳的复合材料;SEM、 TEM和XPS分析表明, CMC在C-TiO2复合材料的制备中起到双重作用:既是复合材料中C的前驱体,同时会增大所制备的TiO2的分散程度。同时,利...
选用合适的软模板,通过简便的一步溶剂热法成功制备了NiS2/三维多孔石墨烯(3D rGO)复合材料。利用FESEM、 TEM、 XPS和电化学工作站对样品的表面形貌、元素价态和电化学性能进行表征。结果表明:制备的NiS2/3D rGO复合材料存在石墨烯三维堆叠的孔道结构,且具备较大的比表面积,为57.51 m2·g-1。电化学测试表明,在1 A·g-1的电流密度下NiS2/3D rGO复...
为研究缝线对热防护结构拉伸特性的影响,提出一个缝线缝合增强三明治结构(陶瓷-气凝胶-陶瓷)模型。借助有限元软件程序设计语言建模,用多阶次逐步精确分析法确定缝合增强三明治结构内部应力-应变场。首先对支架和不带缝线的试件整体进行有限元分析;然后考虑缝线等详细结构;最后截取子结构进行详细分析。将三明治结构有限元模型应力变化趋势与试...
为研究非线性导电复合材料在电磁脉冲作用下的响应特性,采用多元醇法合成了具有较高长径比的Ag纳米线(AgNWs),并以聚乙烯醇(PVA)为基体,制备了不同体积分数的AgNWs/PVA复合材料样品。使用功率器件分析仪和脉冲响应测试系统分别测试AgNWs/PVA复合材料的场致非线性导电特性和电磁脉冲响应特性。结果表明, AgNWs/PVA复合材料在一定的体积分数区间内...
聚乙烯醇纤维增强水泥(Polyvinyl alcohol fiber reinforced cement, PVA/C)复合材料具有优越的受拉应变硬化特性,可显著提高结构的变形能力。本文以PVA纤维体积分数和受拉钢筋配筋率为研究参数,对6根配筋PVA/C梁和2根普通混凝土梁(RC)进行四点弯曲试验,并对其曲率延性进行了试验研究和理论分析。试验研究表明:配筋PVA/C梁的荷载-挠度(P-δ)关系...
为研究高延性混凝土(HDC)的剪切性能并评价其剪切韧性,设计了5组HDC试件、 1组HDC基体试件(不含纤维)和1组普通混凝土对比试件,通过双面剪切试验,以纤维体积分数和HDC抗压强度为参数,分析其破坏形态、抗剪强度及峰值变形,根据试验结果提出了HDC的剪切韧性评价方法。结果表明:HDC纤维桥联作用及纤维拔出过程中吸收了大量能量,试件发生具有延性特...
红外热成像(IRT)检测技术常被用于纤维增强聚合物复合材料(FRP)加固混凝土板的剥离损伤无损检测。但传统热源激励IRT法受加热距离短、热灵敏度低、功耗大等因素影响较大。本文提出了基于光学激发线激光热源的IRT法对FRP加固混凝土的剥离检测方法,该方法通过控制线热束在FRP加固混凝土结构的表面形成移动扫描热激励,通过红外热像仪测量结构中的界...
根据复合材料具有可重复单胞的特征,提出一种基于重复子结构的缝合式夹芯板动力学建模方法。利用复合材料精细化单胞有限元模型构造初始子结构和残余结构,通过空间位置关系映射得到重复子结构,将所有子结构组装到残余结构上,实现复合材料重复子结构动力学建模及分析。以缝合式夹芯板为例,对其进行重复子结构建模及动态特性分析,并与精细化实体有...
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