高温热处理与C/C复合材料性能关系研究

采用整体炭毡为增强坯体,经过化学气相渗透(CVI)及树脂浸渍/炭化(PIC)工艺制备成整体毡C/C复合材料样品,对样品连续进行了3次2 500℃以上的高温热处理(HTT)。材料性能测试结果表明,3次HTT后材料z向抗拉强度由16.7MPa下降到8.87MPa,抗压强度由129.0MPa下降到72.7MPa,抗弯强度由35.7MPa下降到17.6MPa,抗剪强度由34.4MPa下降到18.7MPa;xy向室温(RT)~1 000℃的平均线膨胀系数由1.55×10-6K-1降低到1.13×10-6K-1;800℃的热导率由106.91 W/(m.K)降低到61.27 W/(m.K),比定压热容由2.56 kJ/(kg.K)下降到1.93 kJ/(kg.K);z向变化趋势基本相同。     

短肢剪力墙结构体系的动力特性分析

应用三维有限元模型,通过对一幢12层短肢剪力墙结构的动力分析,研究并比较了短肢剪力墙结构体系与普通剪力墙结构体系的动力特性。结果表明,与普通剪力墙结构体系相比,短肢剪力墙结构体系抗侧刚度较小,基本周期较长,加速度反应和层间剪力都比较小,这对结构抗震是有利的。此外,本文还将短肢剪力墙在水平载荷作用下的侧移曲线反弯点的相对高度作为此类结构整体性和墙肢相对强弱的综合评价指标,设计中应使反弯点的相对高度不小于0.4。     

PBO/环氧树脂界面的分子建模与力学性能预测

PBO纤维具有十分优异的力学性能和耐高温性能,但由于其分子结构复杂、纤维表面光滑且呈化学惰性,PBO纤维与环氧树脂基体的界面性能与其他纤维相比具有许多差异,且相关实验研究难度较大。采用分子动力学方法,通过动态模拟环氧树脂基体在PBO纤维表面的固化过程,建立了PBO纤维与不同交联度的PBO/环氧树脂界面分子模型。根据体系的相对原子浓度图,确定了界面的存在及其厚度,并通过虚拟单轴拉伸研究了不同交联度下PBO/环氧树脂界面的力学性能。结果表明,不同交联密度下界面厚度基本一致,均在5~6,小于炭纤维等其他增强体复合材料的界面厚度;力学性能随着交联密度的增加而增强,与其他纤维定性类似,但交联度对界面力学性能影响较小,纤维与界面之间的分子作用力对界面力学性能影响较大,使界面力学性能显著增强。     

炭纤维网胎表面改性

为改善炭纤维网胎的针刺性能,采用二甲基硅油、咪唑啉、水溶性二甲基硅油等表面剂处理炭纤维网胎,按照相同针刺工艺制备试验件.扫描电镜结果表明,二甲基硅油处理后网胎纤维相互粘连,水溶性二甲基硅油处理后的网胎呈疏松状态,纤维表面光滑.3种表面剂处理的针刺试样Z向剥离强度,咪唑林达到0.144 MPa,其余两种达到0.128 MPa.相对于咪唑啉和二甲基硅油,水溶性二甲基硅油可与水以任意比例互溶,且成本低,为理想的炭纤维网胎表面处理剂.     

高密度轴棒法C/C复合材料的热膨胀性能

以轴棒法4D编织预制体、高温煤沥青为前驱体,采用常压、高压相结合的液相浸渍-炭化技术制备高密度(≥1.95 g/cm3)的C/C复合材料,并研究了轴棒法编织C/C复合材料在RT~1000℃的热膨胀性能及其影响因素。结果表明,由于材料预制体编织结构与微观结构的界面裂纹具有方向性,导致了C/C复合材料热膨胀表现出明显的各向异性,径向热膨胀系数低于轴向,高温尺寸稳定性较好;轴棒法C/C材料的热膨胀行为在800℃出现拐点,拐点与材料界面裂纹愈合有关,受最终制备温度的影响很大;材料经2500℃热处理之后,拐点后延,整体热膨胀系数下降,随温度上升趋势变缓。     

水平力下板柱结构等代梁等效宽度系数的研究

指出了水平力作用下板柱结构的等代梁应是变截面梁,与柱相交处的等代梁宽度比跨中的小;同时按刚度相等原则,给出了折算成等截面等代梁宽度的计算方法。提出了影响等代梁等效宽度系数的主要因素为受扭构件的抗扭刚度与板的抗弯刚度的比值,并通过弹性有限元分析,给出了以这个比值作为参数的板柱结构内框架和边框架等代梁等效宽度系数计算公式。     

基础橡胶垫、滑移和混合隔震房屋的动力特性分析

为了对采用叠层橡胶隔震垫、滑移隔震垫和混合隔震垫的这三种基础隔震结构体系在隔震方面的作用和效果有一个综合的认识和理解，本文对这三种基础隔震垫分别建立了力学计算模型和运动微分方程，并且编制了相应的动力反应时程分析程序。通过工程算例，对比固定结构与隔震结构由于结构的支承条件不同所引起的不同的动力反应，由于隔震结构大大地降低了结构对地震动的反应，从而证实了隔震的有效性。同时，通过分析上述三类隔震结构在地震动下动力反应的基本特点，对比了 三类基础隔震结构在隔震作用方面的不同效果及其优劣性，从而为实际工程选择适合的隔震方式及其参数提供参考。     

高温处理过程C/C复合材料微结构演变规律

对热解炭基、热解炭-树脂炭基C/C复合材料进行了1 500、1 800、2 100、2 500℃高温热处理。采用X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪,对不同热处理温度及未进行热处理的2种C/C复合材料纳米尺度结构进行了表征;采用扫描电子显微镜、压汞仪,检测了其微米尺度孔隙缺陷。结果表明,随热处理温度的增加,微米尺度C/C复合材料的孔隙率逐渐增加,材料中裂纹型孔隙缺陷在热处理过程中,没有沿裂纹尖端的应力集中区域扩展,而是沿裂纹的宽度方向变化;纳米尺度C/C复合材料炭结构向理想微晶结构转变,缺陷逐渐减少,其变化趋势和微米尺度孔隙率的变化很相似。随热处理温度的增加,纳米尺度1-d002与微米尺度孔隙率呈线性关系趋势,并据此获得了用微米尺度孔隙率变化表征C/C复合材料石墨化度的经验公式。     

新型含硅芳基乙炔的固化及成炭机理研究

通过FTIR、DSC、TG和XRD等分析了新型含硅芳基乙炔树脂的组成、固化反应、炭化过程、炭化机理及热分解动力学.结果表明,树脂主链上含有Si元素,在222 ℃发生Diels-Alder固化反应;固化树脂的起始热分解温度为380 ℃,900 ℃的残留率为89.5%.热解动力学分析表明,树脂的炭化分为几个阶段,在250～445 ℃阶段,为引发阶段,结构变化小;450～725 ℃为热分解阶段,聚合物的主链破坏并转变为玻璃态炭结构;在830～855 ℃是芳环发生脱氢交联反应引起的放热阶段;860～895 ℃为碳化物逐渐向乱层石墨结构转变,此阶段以后热稳定性高.XRD和拉曼光谱表明, 1 500 ℃处理后出现SiC峰,2 200 ℃处理后出现石墨峰,表明材料在高温处理时可发生部分石墨化.     

机翼主梁结构模拟件当量加速腐蚀关系研究

为了进行腐蚀条件下飞机结构的疲劳寿命与日历寿命评定,需对结构模拟件进行加速腐蚀试验,所用当量加速关系是否准确关系到结果的可靠性。通过对某机翼主梁结构模拟件进行加速腐蚀试验研究,提出了腐蚀影响系数法,并应用该方法计算了该结构模拟件在某加速谱下的当量加速关系。