纤维集合体的结构特征与其吸声性能

应用驻抗管测量几种纤维集合体的吸声性能,以探求纤维集合体的基本结构参数对其吸声性能的影响。这些参数包括纤维集合体的平均体积密度、纤维体积分数、孔隙率以及空气层的厚度。测量结果表明,随着集合体中纤维体积分数的增大,整个频域的吸声性能增强,且吸声曲线的峰将向低频移动;但纤维体积分数存在一个极限值,超过这个值吸声系数将不再增大。纤维种类似乎对吸声性能的影响不大。通过控制纤维层与空气层的组合,能够增强纤维集合体的吸声效果,尤其是在中低频区域的吸声效果。通过分析可知,纤维体积分数的增大会增加纤维集合体截面中纤维端头数、减小孔洞半径和自由长度,同时使得吸声曲线的峰值向低频域移动。     

碳纤维复合材料的压缩响应的微观分析

设计了实验平台,对纤维压缩应变与电阻间灵敏系数进行了标定,将标定后的纤维制作成单丝和多丝复合材料体系压缩试验件。在压缩载荷条件下,通过电阻测量,揭示了多丝复合材料体系纤维断裂对周围纤维的影响规律,并准确测量出纤维发生压缩破坏时的最大变形量;利用数值方法模拟了断口处基体应力分布导致附近纤维微屈曲的损伤过程。      

纤维增强塑料平板压缩性能测试技术的研究

本文介绍了一种使用电阻应变片测试纤维增强塑料性能的检测方法。将试样与电阻应变片相粘接,通过动态电阻应变仪及试验装置在试验机上完成其压缩模量和压缩强度的测试。     

柔性石墨板材压缩回弹率影响因素研究

研究了国内三种不同生产工艺的柔性石墨板材的压缩回复性,结果表明随压缩应力的增加和板材密度的减小,板材压缩率增大,而回弹率降低.在相同的压缩应力下板材的压缩回弹性也受其密度的影响,即随密度的增加,板材的压缩率降低,回弹率提高。     

经编多轴向织物的压缩性能研究

真空袋工艺由于采用了柔性的上模具,使得增强织物的厚度很难控制,从而最终的纤维体积含量也就难预测和控制。研究了多轴向织物在真空袋工艺的压缩行为,在干态压缩实验中,讨论了时间,层数,纤维束细度,织物结构以及铺层角度对于最终纤维体积含量的影响。在湿态压缩中讨论了树脂的润湿作用以及润湿后一些织物的反弹行为。对不同纤维体积含量的复合材料横截面进行分析,讨论了不同压力下导致织物压缩的因素。     

颗粒增强铝合金基泡沫铝材料压缩性能的研究

利用熔体发泡法制备了颗粒增强铝合金基闭孔泡沫铝,进行了准静态压缩和动态压缩实验,并且与铝合金基泡沫铝的相关性能进行了比较.研究了不同相对密度的泡沫铝准静态压缩和动态压缩性能.添加颗粒能增强基体合金性能,改善泡沫压缩效果.结果表明,在动态压缩和准静态压缩中,随着密度增加,颗粒增强基泡沫铝的平台应力和弹性模量逐渐增大;动态情形下的能量吸收能力要高于准静态情形下的能量吸收能力.向熔体中添加适当比例的粉煤灰颗粒可产生显著的基体增强效果,有效提高泡沫铝的压缩性能.     

三维正交机织复合材料厚向压缩性能试验研究

采用方柱形试样对UHMWPE/乙烯基酯三维正交机织复合材料进行了压缩试验。研究了该类材料的厚向压缩强度和压缩模量与z向增强纤维细度的关系,并讨论了材料的压缩破坏失效模式。结果表明:z向增强纤维细度的增加导致材料厚向压缩性能的下降。降低z向增强纤维束的细度,有利于提高材料厚向抗压性能。三维正交机织复合材料的压缩破坏具有塑性特征。三维正交机织复合材料主要的破坏模式是z向纤维在试样表面的应力集中、纤维束的剥离和剪切破坏。     

玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴拉伸及准静态压缩性能

为研究玄武岩纤维增强泡沫混凝土的力学性能,共设计了52组试件,讨论了玄武岩纤维体积掺量和纤维长度对各密度试件的拉伸和压缩性能的影响。结果表明：玄武岩纤维可显著提高试件的抗拉峰值应力(最大提升达到737%)和峰值应变(最大提升达到833%),可有效改善中高密度试件的受拉失效模式,使其出现伪应变硬化现象,提升了试件的抗拉承载能力和变形能力。试件抗拉峰值应力和峰值应变随纤维体积掺量增大而增大,随纤维长度增长先增大后降低;另一方面,玄武岩纤维能改变试件的受压破坏模式,使其从纵向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏和横向压溃破坏,显著提高了中低密度试件的抗压承载力和吸能能力(最大提升达到328%)。试件的吸能能力随纤维体积掺量增大而增强,随纤维长度增长先提升后降低。     

X-cor夹层结构压缩模量有限元分析

通过两种有限元模型的对比,提出了符合实际的X-cor夹层结构压缩模量有限元计算模型,利用大型有限元软件ANSYS对其压缩模量进行了数值计算,得到了X-cor夹层结构的应力场和压缩模量.研究了Z-pin半径、密度、植入角度和体积分数的改变对模型压缩模量的影响.结果表明:X-cor夹层结构压缩模量随Z-pin植入角度增加而减小,随Z-pin半径、密度和体积分数增加而增加,且与Z-pin体积分数呈线性关系,改变Z-pin半径与改变Z-pin密度对X-cor夹层结构压缩模量影响是等效的.通过有限元模型的计算,得到了X-cor夹层结构参数对其压缩模量的影响规律,验证了所提有限元模型的合理性.     

剪切加载无支持工作段的聚合物基复合材料压缩性能指标的测量不确定度分析

介绍了高模量纤维增强的聚合物基复合材料的面内压缩性能指标的测量不确定分析,涉及到不确定分量的相关性,着重讲述压缩强度、弦向弹性模量的测量不确定度的分析。     

Microporomechanical behavior of perfectly straight unidirectional fiber assembly: Theoretical and experimental

The theory of poromechanics, most often used for macroscopically isotropic granular material, is applied to unidirectional fiber assemblies. When the deformation of the constituting fibers of those assemblies is taken into account during undrained forced compression, the Biot coefficients are expected to be lower than one. In the case of transversely isotropic materials, two independent Biot coefficients exist, one according to the fiber length direction and another relative to the plane perpendicular to that direction. The present paper aims at predicting the Biot coefficients for perfectly straight unidirectional (UD) fiber assemblies using micromechanical methods: dilute, Mori–Tanaka and Ponte Castañeda–Willis estimates. An experimental procedure, based on both uniaxial and triaxial material testing machines, is also detailed and applied to rubber fiber assemblies. The theoretical and experimental Biot coefficient results are compared and show a good agreement.     

透水沥青混凝土单轴冲击压缩特性研究

为研究透水沥青混凝土的动态力学特性,采用74 mm钢质分离式霍普金森压杆装置对不掺纤维和掺0.3%聚酯纤维的透水沥青混凝土进行了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究表明,透水沥青混凝土具有明显的应变率效应,试件压缩率随着应变率的增大而提高,掺聚酯纤维透水沥青混凝土的压缩率是不掺纤维的1.2倍左右;透水沥青混凝土的动态应力-应变曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段。从试件的破坏形态可以看出,集料的断裂是透水沥青混凝土破坏的主要原因。在透水沥青混凝土中掺加聚酯纤维能够延缓裂缝的出现和开展,提高材料的冲击抗压强度,增幅最大为45.1%。     

Converting 2D Nanofiber Membranes to 3D Hierarchical Assemblies with Structural and Compositional Gradients Regulates Cell Behavior

New methods are described for converting 2D electrospun nanofiber membranes to 3D hierarchical assemblies with structural and compositional gradients. Pore-size gradients are generated by tuning the expansion of 2D membranes in different layers with incorporation of various amounts of a surfactant during the gas-foaming process. The gradient in fiber organizations is formed by expanding 2D nanofiber membranes composed of multiple regions collected by varying rotating speeds of mandrel. A compositional gradient on 3D assemblies consisting of radially aligned nanofibers is prepared by dripping, diffusion, and crosslinking. Bone mesenchymal stem cells (BMSCs) on the 3D nanofiber assemblies with smaller pore size show significantly higher expression of hypoxia-related markers and enhanced chondrogenic differentiation compared to BMSCs cultured on the assemblies with larger pore size. The basic fibroblast growth factor gradient can accelerate fibroblast migration from the surrounding area to the center in an in vitro wound healing model. Taken together, 3D nanofiber assemblies with gradients in pore sizes, fiber organizations, and contents of signaling molecules can be used to engineer tissue constructs for tissue repair and build biomimetic disease models for studying disease biology and screening drugs, in particular, for interface tissue engineering and modeling.     

高性能纤维束纤维尺度横向压缩数值模拟

为深入研究高性能纤维束纤维尺度横向压缩过程及变形机制,基于ANSYS有限元数值分析平台,采用APDL编程语言,在纤维尺度建立了高性能纤维束具有统计意义的三维数值生长模型。该模型考虑了纤维束内部纤维的随机分布与偏转及纤维之间在三维空间不产生相互贯穿的物理特性。利用数值模拟方法研究了纤维束在横向压缩时的变形情况,不仅获得了与纤维束压缩实验一致的非线性变形过程,而且得到了压力与纤维体积含量的定量关系,与经典的理论预测进行对比,获得了较好的支持。     

单纤维拔出方法表征CFRP界面强度的研究

提出了单根碳纤维从环氧树脂基体中拔出的一种简易方法，在国内首次实现了用该方法表征碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ）界面粘合性能的技术。     

碳纤维复丝压缩性能测试方法

为准确测试碳纤维(CF)的压缩性能,针对浸胶固化的碳纤维复丝,设计了制样方法和测试夹具,建立了碳纤维复丝压缩性能测试方法。采用所建立方法对东丽T700SC等碳纤维进行压缩性能测试,研究了制样条件、测试条件及材料种类对碳纤维复丝压缩强度及破坏模式的影响,考察因素主要包括复丝胶含量、复丝浸胶固化的张力、预加载、测试段长度及树脂基体和纤维种类。结果表明:所建立的方法操作简单,测试结果分散性小;除预加载以外,所考察因素对测试过程及结果具有明显影响;当试样含胶量为30%~35%(树脂质量百分含量)、复丝浸胶的张力为10~15N、测试段长度为1.5mm时,环氧树脂浸渍固化的T700SC碳纤维复丝压缩强度测试结果最高,优化的测试条件对所考察的其他种类碳纤维复丝的压缩强度测试也适用;树脂的种类对复丝压缩强度有显著影响。     

高聚物纤维材料的高应变率响应行为研究

利用MTS和旋转盘式杆－杆型冲击拉伸试验装置，在高应变率、大应变率范围条件下（Aramid:0.01/s-1000/s;PVA:0.01/s-1500/s），研究了应变率对芳纶纤维和高强PVA纤维束力学性能的影响；同时，利用扫描电子显微镜考察了纤维材料在不同应变率下的微观断裂机理。     

短纤维增强发泡橡胶复合材料高低温压缩性能

为开发新型耐高温和耐低温材料提供理论依据,对同一发泡率、不同纤维体积分数和同一纤维体积分数、不同发泡率的锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料(以下简称SFRFRC)在213~398 K温度下的压缩性能进行测试。结果表明:在213 K时,SFRFRC的压缩性能发生明显变化,已经由高弹态转变为玻璃态,而玻璃化转变温度在213~233 K之间。纤维体积分数和发泡率均对SFRFRC的耐低温性能有很大影响。短纤维的添加和适当改变发泡率都明显改善了SFRFRC在低温下的压缩性能。在定160 N和5 mm条件下,同一发泡率、不同纤维体积分数的SFRFRC,压缩永久变形随着纤维体积分数的增加而呈指数下降;而5%纤维体积分数、不同发泡率的SFRFRC,压缩永久变形随着发泡率的增大而增大。     

废纸浆/陶瓷纤维抄造纸的性能研究

目的 节约植物纤维用量,以陶瓷纤维加填抄片,评估废纸浆/陶瓷纤维抄造纸的实用性.方法 使用KH-550硅烷偶联剂对陶瓷纤维进行表面处理,将未处理陶瓷纤维与处理的陶瓷纤维以一定比例加填到废纸纤维中,抄造手抄片,比较手抄片的紧度、撕裂度、环压强度、耐折度和抗压强度,并对手抄片的微观形貌进行观测.结果 陶瓷纤维交错分散于纸纤维之间.经过KH-550硅烷偶联剂处理的陶瓷纤维加填后,当质量分数<20％时,手抄片的撕裂度、环压强度、抗张强度随纤维含量的增加而下降;当质量分数>20％后,以上性能均随陶瓷纤维含量的增加而上升.手抄片的耐折度随含量的增加明显下降.抄片的环压强度显著提高,陶瓷纤维质量分数为40％时,环压强度为3.81 kN/m,为废纸纤维手抄片的2.06倍.结论 加填陶瓷纤维质量分数至40％,不仅节约了植物原材料,也会提高抄造纸的环压强度,可用于承受高环压强度的纸质材料.