单向碳纤维增强塑料的温敏效应

通过升温实验考察了单向碳纤维增强塑料(CFRP)的温度敏感性,并提出一种利用该效应进行CFRP加固结构温度自监测的方法。结果表明,在恒定温度下,单向CFRP具有稳定的伏安特性;在15~60℃的升温过程中,其纵向电阻先表现出PTC效应(电阻随温度升高而增大),后表现出NTC效应(电阻随温度升高而减小),横向电阻一直表现出NTC效应,且响应曲线线性稳定,因而更适用于温度传感,其温度敏感系数为-0.000 253℃~(-1);当CFRP加固在混凝土结构上时,由于混凝土结构对CFRP加固层的热变形的制约,其NTC效应得到增强。     

电⁃湿耦合作用下碳纤维增强树脂基复合材料损伤机制

针对航空结构碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在电⁃湿耦合多场作用下的损伤机制进行研究,采用复合材料电⁃湿耦合环境测试平台对CFRP试样进行电⁃湿耦合处理,对试样表面温度进行实时监测,获得试样表面温度随电流强度大小与通电时间的变化规律,以及不同电流强度下CFRP试样的失重率变化;对不同环境条件处理后的CFRP试样进行弯曲性能测试,并对其断口形貌与表面形貌进行观测和分析。结果表明,通电电流强度越大,CFRP试样的表面稳定温度越高,同一电流值处理下CFRP试样表面稳定温度随通电时间的增加呈上升趋势;经9 A电⁃湿耦合处理24 h后的试样,其试样吸湿开始大于脱湿,经10 A电⁃湿耦合处理96 h后的试样达到吸湿⁃脱湿平衡,经12 A、15 A电⁃湿耦合处理后的试样出现不同程度的质量损失;不同电流强度电⁃湿耦合处理后,对界面均有一定程度损伤,使得弯曲强度下降,下降幅度与电流强度呈正相关。     

CFRP拉挤板材的力阻效应

采用单向拉伸试验考察了碳纤维增强塑料(CFRP)拉挤板的电阻–应变响应规律。结果表明,纵向拉应变引起CFRP拉挤板纵向电阻的增大,其力阻效应的平均灵敏度为1.87,尺寸变化是其电阻变化的主要原因;CFRP拉挤板的力阻响应具有较好的线性,其非线性误差为±1.5%;循环加载过程中,CFRP拉挤板的力阻响应平稳,重复性误差为±4.3%;经过一个周期的加载–卸载试验后,CFRP拉挤板的电阻产生不可逆的增大,其迟滞误差为±4.8%。     

电热载荷对CFRP修理搭接接头剪切性能的影响

采用单层预浸料搭接简化构型,研究电热载荷对复合材料层板挖补修理搭接接头层间剪切性能的影响。通过自制的复合材料电热测试平台,测试了不同电流制度下,随搭接长度不同试样接头处温度分布。研究了不同电流强度下搭接接头温度变化规律,初步揭示了搭接接头长度-温度-电阻之间的关系,并对不同电流载荷下挖补搭接接头的层间剪切性能进行研究。研究结果表明,通电过程中,搭接区域温度升高较快,非搭接区域温度无明显变化。低电流时,电热促使接头树脂进一步固化,适当提高了接头搭接界面的粘接性能,其剪切强度略有上升;当通电电流过大时,接头温度急剧上升,对搭接区域产生过热损伤,降低了接头的剪切强度。     

石墨-陶瓷复合材料电热特性的研究

利用低温快烧工艺制备石墨-陶瓷电热复合材料,首先测定材料的室温电阻率,然后在样品两端施加220 V交流电,测定了材料样品表面不同点的温度变化和电流变化,探讨了材料表面温度随时间的变化规律以及材料的电阻-温度特性.结果表明:试样的升温速率与电阻率有关,电阻率越小,升温速率越快,表面发热温度越高;在通电初期,复合导电材料随温度的升高呈现明显的NTC效应.随着温度的升高,材料的电阻率迅速降低,当温度达到最高时,电阻率最小;随着通电时间的延续,温度略有降低,而电阻率有所回升.当复合材料中石墨含量减少时,NTC效应减弱直至消失.     

电热载荷对CFRP复合材料冲击后压缩性能研究

采用实验室电热载荷试验环境与测试平台,测试了CFRP复合材料在多种电流制度下试样的表面温度分布,并获得了CFRP复合材料电阻在不同电流强度下的变化规律,初步揭示了CFRP复合材料的电阻与电流强度之间呈线性递减的关系;对五种不同电流处理的CFRP复合材料进行了冲击后的剩余压缩强度试验(CAI)测试,试验后采用超声C扫描检测、外观检查与断口侧面宏观观察方法对损伤与失效特征进行了对比分析。研究结果表明,CFRP复合材料的剩余压缩强度随通入电流强度的大小呈先保持不变后下降的趋势,当电流超过20A时,试样表面冲击凹坑深度和冲击损伤面积增长较快,分层损伤与纤维断裂现象越来越严重。     

基于力阻效应的CFRP加固钢梁的自检测技术

针对碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢结构,基于加固材料自身的力阻功能特性,提出以覆盖在结构表面的CFRP加固层作为传感器实施结构的变形与损伤监测。开展了CFRP加固钢梁的三点弯曲实验,利用四电极法监测了加载过程中CFRP加固层的电阻响应。结果表明,在循环加载过程中,无论是位于受拉侧还是受压侧,CFRP加固层的电阻均能及时响应结构的变形,而且具有良好的线性和重复性;在单调加载至屈服阶段时,CFRP加固层的电阻响应曲线相应地出现转折点,当结构破坏时,该电阻响应曲线发生突变。实验结果为CFRP加固钢梁变形与损伤的自监测提供了依据。     

基于力阻效应的CFRP试件传感特性的试验研究

基于碳纤维复合材料传感原理,推导电阻变化率与应变的关系公式,通过CFRP试件轴向拉伸试验,得到试件的初始电阻和伏安特性曲线,研究了在三个不同的应变阶段,试件电阻变化率随应变的变化关系,并通过线性拟合得到初始阶段CFRP试件的灵敏度。试验结果表明:当应变小于0.8%时,电阻变化率随应变变化较快,表现出良好的线性关系,具有良好的力阻效应;当应变在0.8%~2.4%之间时,电阻变化率随应变的变化速度降低,电阻-应变关系曲线出现波动;当应变大于2.4%时,电阻变化率急剧增长,试件破坏。     

新材料

可现场加工的CFRP制混凝土补强材料日本鹿岛和住友化学工业公司共同开发出炭纤维增强塑料(CFRP)制混凝土补强材料。称之为“现场加工型CFRP筋”的这种混凝土补强材料的制造方法,是将经浸渍的热固性树脂的柔软绳索状炭纤维,运到现场,固化成任意的形状。然后给炭纤维通电,利用通电时所产生的热量使热固性树脂固化,即为CFRP制的混凝土补强材料。如直径为10mm 时,在炭纤维上的电压为10V/m,由于炭纤维的电阻产生热量,使升温到150℃状态并保持30分钟,可以成型任何形状的CFRP加强筋。     

EVA热致型形状记忆高分子材料的制备与性能研究

采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)热塑性弹性体制备了热致型形状记忆高分子材料,研究了其力学性能、取向结构、结晶性能及不同变形模式下的形状记忆性能,探讨了变形温度和回复温度对形状记忆效应的影响。结果表明,EVA拉伸试样表面存在明显的取向结构,这为形状回复提供了驱动力;拉伸作用促进了试样结晶,变形回复后试样DSC曲线存在双峰;在拉伸、螺旋和卷曲模式下,EVA试样均呈现良好的形状记忆效应;当变形温度接近EVA熔融温度76℃时,试样可同时获得良好的形状固定率(其值95%)和优异的形状回复率(其值95%);升高回复温度可显著加快EVA试样形状回复速率。     

500kV变电站中性点小电抗工频暂态过电压及电流的相关性研究

为研究500kV变电站中性点加装小电抗后其工频暂态过电压及电流,利用电力系统暂态及电力电子的全数字仿真软件(EMTPE)进行了详细计算分析,主要分析系统运行方式和小电抗阻值与中性点小电抗工频电压及电流相关性。最后得出系统"N-1"运行方式下小电抗的工频过电压和电流大于正常运行方式下。投产初期为2台主变,在考虑主变"N-1"运行方式下(单台主变),小电抗的工频过电压和电流会增大;500kV线路或220kV线路"N-1"运行方式下,相关侧发生故障时,小电抗的工频过电压和电流会增大。另外随着小电抗阻值的增大,小电抗的工频电压逐步增大,增大的趋势逐渐变慢;小电抗的工频电流逐步较小,变化率越来越小。     

5O0kV变电站中性点小电抗工频暂态过电压及电流的相关性研究

为研究500kV变电站中性点加装小电抗后其工频暂态过电压及电流,利用电力系统暂态及电力电子的全数字仿真软件(EMTPE)进行了详细计算分析,主要分析系统运行方式和小电抗阻值与中性点小电抗工频电压及电流相关性.最后得出系统“N-1”运行方式下小电抗的工频过电压和电流大于正常运行方式下.投产初期为2台主变,在考虑主变“N-1”运行方式下(单台主变),小电抗的工频过电压和电流会增大;500kV线路或220kV线路“N-1”运行方式下,相关侧发生故障时,小电抗的工频过电压和电流会增大.另外随着小电抗阻值的增大,小电抗的工频电压逐步增大,增大的趋势逐渐变慢;小电抗的工频电流逐步较小,变化率越来越小.     

加载频率对多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料压阻传感行为的影响

为考察多壁碳纳米管/天然橡胶(MWCNT/NR)复合材料压阻传感特性与加载频率的相关性，对不同加载频率下MWCNT/NR复合材料的压敏传感行为进行了系统研究。分析了加载频率对MWCNT/NR复合材料循环应力分布、电阻-应变响应特征和肩峰强度的影响，探讨了电阻变化幅值衰减行为、恢复能力及灵敏度与加载频率间的关系。结果表明，加载频率越大，MWCNT/NR复合材料应力强度越高；其电阻-应变响应行为随着加载循环的进行逐渐独立于加载频率，电阻变化幅值衰减随着加载频率的增大逐渐减小并趋于稳定；而在整个循环加载过程中肩峰强度发展趋势与加载频率呈正相关性。传感特性恢复能力随循环次数的增加而增强，而随加载频率的增加呈下降趋势。     

ZrB_2-SiC复合陶瓷发热体的电性能与发热体表面温度之间关系的研究

按照ZrB2和SiC的质量比为7525配料,混料、烘干、热压烧结后,经线切割加工成ZrB2-SiC复合陶瓷直型发热体,研究了发热体的物相组成、微观形貌及在空气和氩气气氛下发热温度随电流电压的变化规律。结果表明,ZrB2-SiC复合陶瓷由均匀分布在ZrB2基体晶界处的SiC颗粒和尺寸小于10μm的等轴状基体ZrB2颗粒组成;在空气和氩气气氛下,ZrB2-SiC复合陶瓷发热体的温度均随电流、电压及加热时间的延长呈稳步增大趋势,同时空气气氛下发热体的电阻随温度升高而增大,并呈现线性变化;在空气和氩气气氛下,ZrB2-SiC复合陶瓷发热体表面温度分别达到1800和2200℃。同时,与铬酸镧和氧化锆发热体相比,其电压、电阻变化较小,电流较大。     

几何尺寸与温度对CFRP筋材力学性能的影响

为了研究高温下碳纤维增强复合材料(CFRP)筋材的力学性能,对不同直径的CFRP筋材进行了高温下的三点弯曲性能和压缩性能测试,研究了CFRP筋的破坏形态和机理,分析了直径和温度对CFRP筋材弯曲强度和压缩强度的影响。结果表明,直径对试样弯曲强度和压缩强度的影响不太明显,温度对试样弯曲强度和压缩强度的影响较大;CFRP筋材的强度保留率随着温度的升高而降低。     

热处理温度对Al2 O3 -SiC-Al复合材料性能和结构的影响

利用金属Al在高温下转化成Al和Al2O3的三维骨架来结合Al2O3-SiC复合材料,并借助XRD、EPMA等方法对Al2O3-SiC-Al复合材料性能和显微结构进行了研究。结果表明:(1)试样在空气中进行热处理,试样的强度随着热处理温度的升高逐渐增强,Al的含量逐渐降低,但1600℃热处理后试样仍有少量Al存在。(2)试样的结合方式随着热处理温度的升高而发生改变,当温度低于500℃时,为结合剂的物理结合;试样中金属Al熔化但未发生大规模氧化时,其结合主要为金属结合和少量的陶瓷结合;随着热处理温度的升高,陶瓷结合比例逐渐增大,试样的强度迅速增大,并在1100℃几乎完全转化为Al2O3陶瓷结合,试样的强度达到最大;但热处理温度为1600℃,界面反应强烈,试样的强度下降。     

POY热应力测试条件选择的影响因素分析

介绍了热应力仪测试条件温度和速度的关系,列举不同规格POY样丝,在不同温度下的应力速度关系曲线,以及在测试热应力时,确定拉伸速度的选择范围。通过应力与速度变化曲线分析,结果表明:在相同的测试温度时,应力随拉伸速度的增加而增大,测试温度越高,拉伸速度的可选择范围越大。在同一温度下,纤维线密度越大,拉伸速度的可选择范围越小。     

GMT-PP材料老化性能及寿命预测研究

研究GMT-PP材料的老化性能及预测其寿命,以GMT-PP材料为原料制备试样,并研究其在不同温度下GMTPP材料的失重率、压缩强度、体积电阻、表面电阻随时间的变化情况,结果表明:GMT-PP材料在90、110、130、150℃下,失重率上升,压缩强度、体积电阻率、表面电阻率下降,温度越高,其变化速率都越大。并推测其寿命(常温20℃下)为:15.1、6.39、6.19年,压缩强度、体积电阻率、表面电阻下降30%。     

块状菱镁矿原矿热压烧结性能

采用热压烧结法,模拟块状菱镁矿在自重压力作用下的烧结过程,研究了热压条件下块状菱镁矿的致密化规律。结果表明:在匀速升温阶段,颗粒迅速致密化,自重压力增加,加快了方镁石颗粒重排速率,缩短了致密化时间,降低了试样致密化温度;在保温阶段,试样以塑性流动和扩散方式致密化;在塑性流动阶段,随着P/η的增大,致密化速率提高,塑性流动过程缩短;扩散阶段,随着保温时间的延长,试样的孔隙度逐渐减小,晶粒逐渐长大;在匀速降温阶段,自重压力越大,试样弹性模量越高,应力释放产生的弹性形变越大,相对密度降低速率越快,自重压力为5MPa时试样的致密化程度和方镁石结晶度最高。     

火花塞陶瓷绝缘体高温分流电阻的研究

火花塞陶瓷绝缘体的高温分流电阻会影响火花塞的使用性能和寿命,笔者研究了氧化铝中Na2O含量、配方组成和烧结温度对火花塞陶瓷绝缘体高温分流电阻的影响。结果表明:随着氧化铝原材料中Na2O含量的增加,试样的高温分流电阻逐渐降低;在配方组成中,当CaO的含量由33%增加至40%,氧化铝原材料中Na2O含量为0.1%时,试样在500℃时的分流电阻由517MΩ提升至1 192MΩ;烧结温度低于1 580℃时,试样的高温分流电阻较低。