连续碳纤维增强聚醚砜复合材料的形态与力学性能

研究了PES/碳纤维复合材料的力学性能与树脂含量的关系,并用SEM观察了复合材料冲击断面的形貌。提出了一个模糊评价法,可定量表征复合材料的界面粘合性。     

碳纤维复合材料单向层合板自传感特性

通过测试碳纤维/环氧复合材料(CFRP)单向层合板单轴拉伸和循环拉伸时的电阻变化,研究了碳纤维复合材料单向层合板自传感特性.结果表明:不同铺层方向CFRP单向层合板拉伸时体积电阻变化特性各不相同,该电阻变化特性比应力、应变能更多地反映有关材料内部结构变化的信息;CFRP单向层合板具有压阻效应,压阻效应随着应力的增加而增加,偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效应比纵向拉伸时要大,且随铺层方向角的增大,压阻效应越来越明显.利用CFRP单向层合板这种自传感特性,可实现在线实时自监测以及对其损伤、破坏的自诊断.     

复合材料层合板稳态和瞬态温度分布

用有限元法分析了各种温度边界条件下复合材料层合板稳态和瞬态温度分布。假 定组成层合板的各铺层均为横观各向同性体，但铺设方向可以是任意的。对八节点等 参元提出了一种新的热容阵集中形式，有效地提高了瞬态温度场的计算精度。以算例 讨论了铺设角和铺设顺序对稳态和瞬态温度分布的影响，并着重论述了层合板热传导 规律。     

碳纤维增强PVC复合材料的制备工艺和力学性能

研究了用模压成型法制备碳纤维增强PVC(CF/PVC)和二维碳纤维平纹布增强PVC(CB/PVC)复合材料,并与原PVC树脂力学性能进行了测试比较。研究结果表明,CB/PVC复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度提高,但弯曲强度有所下降;CF/PVC复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度都比原PVC树脂增大约10%;结合其力学破坏形貌照片,分析了碳纤维和PVC树脂相容性与其性能之间的关系。     

碳纤维增强碳化硅复合材料的力学性能与界面

以A1N和Y2O3为烧结助剂,采用先驱体转化-热压烧结的方法制备了Cf／SiC复合材料．研究了烧结温度对复合材料界面和力学性能的影响及烧结助剂对显微结构的影响．结果表明由于烧结时晶界液相和SiC-A1N固溶体的形成,当烧结温度为1750℃时,复合材料具有较高的致密度和较好的力学性能;当烧结温度升为1800℃时,在复合材料密度增大的同时,其力学性能也大幅度提高,此时复合材料抗弯强度与断裂韧性分别高达691.6MPa和20.7MPa·m1/2,复合材料呈现韧性断裂;进一步提高烧结温度至1850℃时,虽然复合材料的密度有所增加,但由于纤维,基体界面结合过强以及纤维本身性能退化加剧,复合材料呈现典型的脆性断裂,其力学性能急剧降低;纤维／基体的界面是导致纤维增强陶瓷基复合材料性能的关键因素,其中,纤维的脱粘与拔出是主要的增韧因素．     

碳化硅氧化对硬铝基复合材料力学性能的影响

分析比较了原始态碳化硅颗粒与莫来石纤维混杂增强硬铝和氧化态碳化硅颗粒与莫来石纤维混杂增强硬铝复合材料的微观结构与力学性能。     

内部分层对复合材料层合板承载能力的影响

根据含分层损伤复合材料的高阶有限元模型,分析了内部分层对复合材料层合结构的影响。分析表明,内部分层将引起层合板应力分布变化,应力值提高,由此将导致复合材料层合结构承载能力的显著下降。     

缝纫对复合材料层合板分层屈曲的影响

基于包含若干分层的缝纫复合材料层合板在面内压缩载荷作用下发生屈曲破坏的机理,即厚度方向上的缝纫线被拉断,把缝纫线的极限伸长率作为层合板屈曲破坏的控制参数,采用能量的方法建立了用于预测缝纫复合材料层合板屈曲强度的理论模型.采用最小势能原理计算了缝纫及未缝纫复合材料层合板的屈曲强度.在此基础上,定义一个缝纫增强比,用一个算例证明了缝纫复合材料层合板较未缝纫复合材料层合板有更高的屈曲强度.研究了缝纫参数(包括缝纫线直径,缝纫针距和行距)对缝纫复合材料层合板屈曲强度的影响.     

划伤损伤对复合材料层合板承载能力的影响

为了研究划伤对复合材料层合板承载能力的影响,通过对含划伤试件和未损伤试件进行拉伸试验的方法研究了层合板划伤处的损伤类型以及损伤演化过程;同时通过粘贴电阻应变片来分析划伤附近的应变变化规律。结果表明:划伤试件在加载初期主要以基体损伤为主,后期主要以纤维拉伸断裂为主;划伤的存在使得试件的形心与加载中心不重合,使试件在加载后期发生了弯曲变形。可见,划伤明显地降低了试件的承载能力。     

硅烷偶联剂对PP基木塑复合材料力学性能的影响

本文以废弃聚丙烯(PP)和杂木粉为主要原料、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和硅烷偶联剂(KH550)为界面改性剂,采用压制成型法制备PP基木塑复合材料。研究了KH550用量对复合材料力学性能的影响,结果表明:KH550可以显著改善木塑复合材料的拉伸强度、冲击强度。     

计及界面层的单向纤维复合材料力学特性研究

本文计及界面层对单向纤维复合材料力学特性的影响,改进了朱颐龄提出的细观回字模型,提出新的单向纤维复合材料ET、GLT估算公式.将本文估算公式结果与现有常用估算公式及国内外已发表的玻璃/环氧、碳/环氧、硼/环氧复合材料的ET、GLT试验结果进行比较,表明:本文给出的估算公式对单向纤维复合材料力学特性估算值与试验结果吻合度更高.     

温度作用下复合道面力学性能试验研究

为治理寒区机场跑道入口等待区复合道面轮辙病害,提出了复合道面原位加铺刚性层的处置方法。依据弹性地基梁理论制作了两种8组试块并对其分组进行了常温、高温、低温环境以及冻融循环作用后的力学试验,记录了试块破坏过程的实效模态和应变时程曲线,利用应力变化率法研究了试块的力学性能和破坏特征,对比于传统复合道面结构,分析了夹心型道面结构的优缺点。结果表明：常温环境下两种道面结构承载力接近;在高温和冻融循环作用下,夹心型道面结构上下部刚性层对中部沥青层具有保护作用,结构整体表现出较好延性;低温条件下两种道面结构中的沥青层抗裂性能变差,试块易发生整体脆性破坏;通过试件应力变化率分析可知,夹心型道面结构的承载力和延性在不同温度状况及冻融循环作用下较传统复合道面结构有所改善。特别地,相较于传统型道面结构,夹心型道面结构沥青混合料不易脱落到道面表面形成FOD,符合机场严格的FOD管理标准,表明该新型复合道面结构具有一定工程适用性。     

多组元铁基非晶复合材料的力学性能研究

采用真空感应水冷铜坩埚磁悬浮熔炼以及负压铜模吸铸法制备了Fe-15Mn-5Si-10Cr-xC(x=0.6~1.0)铁基非晶合金复合材料,由C元素含量变化调控合金的热力学参数,分析其组织和室温力学行为变化.结果表明:随着C含量的增加,合金的原子尺寸差δ增大,混合熵ΔS_mix提高,混合焓ΔH_mix降低.合金铸态组织由非晶相和过冷γ-Fe奥氏体相组成,在压应力加载过程中发生马氏体相变并表现出显著的加工硬化.Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.9C合金的ΔS_mix和ΔH_mix分别为1.13 RJ·mol^－1·K^－1和－19.6 kJ·mol^－1,其综合力学性能优异,屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为1 300、2 378 MPa和17.2%.     

复合材料层合板瞬态温度场非线性分析

采用在时间域内迭归算法为基础的混合有限元法分析了具有各种温度边界条件下复合材料层合板非线性热传导问题。在分析中考虑了材料热物理性质随温度变化的因素。为了提高瞬态温度场数值分析精度和改善数值计算稳定性，提出了一种新的离散原则，其中包括增量时间步长和有限元离散网格尺寸的选择以及它们之间的优化匹配原则。以［０°／９０°］ｓ碳／环氧Ｔ３００／５２２２为例，给出了数值分析结果。数值结果表明，在复合材料及其结构分析和设计中，必须考虑材料热物理性质随温度的变化。     

复合纤维对混凝土抗裂性能的影响

由于复合纤维具有良好的力学性能,通过掺入一定比例的多壁碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维制备具有抗裂性能的混凝土,使用WA-1000B型液压式万能试验机和PTS-E0系统分别对试件的力学性能和抗裂性能进行测试,并结合混凝土综合抗裂模型,对掺加量为1.2~2.1 kg/m3的4组混凝土的力学性能和抗裂性能进行研究.实验结果表明:复合纤维的掺入可以提高水泥混凝土强度40%左右,同时减少了表面裂缝的出现,混凝土的力学性能和抗裂性能随着复合纤维掺加量的增加呈现增强趋势,但复合纤维的工程用量需要综合考虑.     

碳/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测

对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。     

高温状态下石灰岩力学性能实验研究

为了研究高温状态下石灰岩力学性能,采用液压伺服刚性岩石力学实验系统对常温～800℃高温作用下石灰岩的力学性能进行了实验研究,分析了石灰岩应力应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量等的变化情况。研究结果表明:在600℃以内的高温下,温度对石灰岩的力学特性的影响不明显。但在600℃以后,随受热温度升高石灰岩力学性能迅速劣化,峰值应力和弹性模量急剧降低,而峰值应变迅速增长。800℃时已形成缓和的应力-应变全过程曲线,表现出软化现象。     

耐烧蚀硅基纤维布增强酚醛树脂复合材料的高温氧化性能与力学性能

针对目前广泛应用的耐烧蚀硅基纤维布增强的复合材料存在的问题,比较了三种不同的硅基纤维布增强酚醛树脂复合材料的高温氧化后的失重率、力学性能和宏观/微观形貌的变化.发现高温氧化后,混编复合材料失重率的变化明显大于单编复合材料失重率的变化;高温氧化后材料的弹性模量随温度升高而减小.在三种硅基纤维布增强的复合耐蚀材料中,单编硅基纤维布增强的复合材料具有更好的抗高温氧化性能.     

长炭纤维网对PEMFC用炭纸性能的影响

向炭纸初坯中引入长炭纤维网,以改性酚醛树脂为黏合剂对炭纸坯体进行浸渍,经模压固化、炭化和石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池(PEMFC)用炭纸。研究长炭纤维的添加对炭纸性能的影响。研究结果表明:在兼顾炭纸具有优良透气性的前提下,长纤维的加入对炭纸起到了既增强又增韧的效果,并且提高了炭纸的导电能力;当添加的长炭纤维占炭纸初坯的10%(质量分数)时,炭纸的综合性能最好,其性能参数如下:厚度为0.23 mm,密度为0.47 g/cm3,电阻率为2.39 m-.cm,抗拉强度、抗弯强度及弯曲挠度分别为28.15 MPa,83.89 MPa和1.1 mm,孔隙率为75.8%,透气率为4 906.75 m3/(h.kPa.m),满足燃料电池气体扩散层用炭纸的需要。