三维编织复合材料拉抻性能研究

三维编织复合材料作为一种高级的复合材料，抗分层、耐冲击能力强。本文用真空辅助ＲＴＭ（树脂传递模塑）工艺合成了四步法３×２编织的复合材料试件，通过实验测定了三维编织复合材料未切割、受切割和钻孔试件的拉伸性能，对比了受切割和未切割纤维对于试件侧边拉伸应变的影响，测定了孔边应力集中系数，并且讨论了影响四步法复合材料拉伸性能的因素和断裂失效的原因。结果表明，随着编织角的增大，拉抻模量和拉伸强度减小；受切割和钻孔的试件拉伸性能低于未加工试件的性能；四步法复合材料的孔边应力集中系数比层板材料和金属材料的低；三维编织复合材料的拉伸失效主要是由纤维断裂以及纤维拉拔造成的。     

M-型皱褶芯材弹性常数的细观力学模型

研究了皱褶芯材的几何特征和承力特性，给出了其当量弹性常数求解的细观力学模型。该模型采用材料力学的方法推导出了M-型皱褶芯材的当量密度ρ、当量线弹性模量Ez和当量剪切模量Gyz，为皱褶夹芯结构的优化设计和皱褶芯材夹芯板的力学性能计算奠定了基础。     

用薄板等积变换方法制造起伏构造的工艺问题研究(英文)

研究了用于夹层壁板的新型轻质芯材的制造问题。该种芯材是一种可改变平面方向的褶皱构造。采用薄板等积变换通过局部弯曲而不拉伸材料的方法制造该种芯材已成为可能。其主要难点在于 ,必须实现沿复杂的展开图上所有的画线同时弯曲。现借助于成形过程中使原来的构形组件变形解决其造型问题。本文提出的工艺方法可用于不同材料的深度起伏构造制造 ,如金属薄板和纸等。     

GFRP泡沫夹芯管轴压局部屈曲试验分析（英文）

为研究玻璃纤维增强塑料(Glass fiber reinforced plastic,GFRP)泡沫夹芯管轴向受压局部屈曲性能,本文开展了以聚氨酯泡沫为芯层的GFRP泡沫夹芯管的轴向受压屈曲试验,并在试验的基础上开展了局部屈曲性能数值模拟分析,得到了这种结构的屈曲破坏现象和相关参数影响规律。研究表明,GFRP泡沫夹芯圆柱壳的局部屈曲有共同屈曲和分层屈曲两种形式;端部局部屈曲、端部剪切破坏和界面剥离是比局部屈曲更低效的破坏形式,需通过构造措施来加以抑制;局部屈曲承载力随芯层密度的增加而线性增加;当芯层密度较高(大于0.05g/cm~3)时,增加芯层密度对提高承载效率的效果对于壁厚较大的试件不如对壁厚较小的试件明显;局部分层屈曲是比局部共同屈曲承载效率更低的破坏形式,可通过提高芯层密度加以抑制,保证内外管壁协调工作;夹芯圆柱壳承载力均随高径比的增加而增加,但承载效率随高径比的增加而持续下降。     

树脂基纤维复合材料在湿热耦合及载荷-湿热耦合环境下的损伤分析（英文）

研究了环氧树脂基碳纤维增强复合材料（EP-CFRP）在高低温-湿度-拉伸载荷耦合作用下的损伤情况。考虑了两个高低温循环间隔（[-40～40℃]/[-40～25℃]）、两种湿度条件（浸泡在水中/无水）和3个荷载水平（无荷载/30%极限荷载/60%极限荷载）以及它们之间的耦合效应。结果表明，这3个因素对EP-CFRP的耐久性均有显著影响。这些因素的耦合效应对抗拉强度的影响较大，而对拉伸模量的影响较小。树脂基体与纤维界面产生的微裂纹被证明是后期强度降低的主要原因。湿度和拉伸载荷的耦合效应促进了裂纹的膨胀，加剧了对EP-CFRP的损伤。基于累积损伤理论，采用非线性拟合方法标定了EP-CFRP在3因素耦合作用下的剩余强度损伤模型。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤扩展特性

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯板低速冲击试验及冲击后面内单向压缩试验,并采用解析解方法对含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯板在面内单向压载作用下的损伤扩展过程进行了预测与分析,分析结果与试验结果吻合较好.研究进一步扩展了解析解模型,使之能够预测和分析在面内双向拉压载荷作用下含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯结构的损伤扩展特性.分析结果表明,施加面内横向拉伸载荷会延迟复合材料蜂窝夹芯结构在面内纵向压载作用下低速冲击损伤扩展过程,从而提升结构在纵向的残余压缩强度.     

真空绝热板技术的研究现状及发展趋势

首先概述了真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP)芯材、阻隔膜和吸气剂的研究现状,分析了不同芯材、阻隔膜和吸气剂对VIP的绝热性能和使用寿命的影响,并基于VIP的应用要求提出了适用于建筑用VIP的最佳结构,即多层金属(或氧化物)树脂复合阻隔膜包覆超混杂复合芯材和碳基氧化物复合吸气剂的VIP。该VIP不仅具有低热桥、阻气阻氧性能好的优点,还具备耐压、耐折、回弹性低、抗刺穿和耐老化的优良特性,充分发挥了纤维型VIP和颗粒型VIP的优点,同时完美结合了纳米涂层与树脂膜的优势,克服了颗粒型VIP易溃散、纤维型VIP易回弹、金属镀层缺陷大和树脂膜易刺穿的缺点。此外,碳基氧化物复合吸气剂的抗热辐射性能良好,可进一步提高VIP的绝热能力。最后指出研究和开发高性能、低成本的VIP将是未来研究工作的发展方向。     

起圈织物泡沫夹芯复合材料Ⅰ/Ⅱ型断裂韧性研究

夹芯复合材料在受到弯曲、剪切和冲击等载荷作用下易发生脱层损伤。脱层损伤程度与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性密切相关。起圈织物由于在其厚度方向引入环状纤维束，增强了与芯层的结合能力，使其在抗分层方面性能优良。本文主要研究起圈织物泡沫夹芯复合材料的Ⅰ/Ⅱ型界面断裂韧性。根据试验标准分别制作了平纹织物泡沫夹芯复合材料和起圈织物泡沫夹芯复合材料。采用双悬臂梁试验（Double cantilever beam, DCB）和末端缺口挠曲试验（End notch flexure, ENF）对上述试验件的增韧机理进行了研究。研究表明，环状纤维束的引入大大提高了界面性能。起圈结构相较于平纹结构的Ⅰ型断裂韧性GⅠC提高了434%，Ⅱ型断裂韧性GⅡC提高了400%。通过建立有限元模型，采用内聚力模型来描述裂纹的扩展，数值结果与试验结果吻合较好。     

Fe3O4对微波扫描快速成形复合材料固化速率及性能的影响

为实现大型复合材料构件损伤的微波扫描固化快速修补,提出选择吸波性能优异的Fe₃O₄作为环氧E51+DDM体系的微波吸收剂,利用超声设备对Fe₃O₄粉体进行分散,研究了Fe₃O₄添加量对微波扫描固化速度的影响并探索其增速机理;在此基础上制备Fe₃O₄体系的玻纤/环氧复合材料试验件,研究了添加Fe₃O₄对玻纤增强复合材料热、力学性能的影响。研究结果表明:Fe₃O₄的加入提高了体系的吸波能力进而加快体系的反应速率,且在添加量为1%时对体系的增速效率最高,与纯环氧体系相比其固化时间缩短了24%;与未加Fe₃O₄纯体系相比,添加1%Fe₃O₄环氧体系的玻璃化转变温度提高了1.5℃,拉伸模量提高了5.8%,但两者的拉伸强度相当,弯曲强度及短梁剪切强度分别提高了9.0%和6.5%。     

基于Lattice-Boltzmann方法的多孔介质真空绝热特性

作为真空绝热板的芯材,多孔介质微尺度空间形貌结构及物性参数对其绝热性能影响较大。为研究多孔介质真空下的导热性能,选择颗粒状、纤维状和泡沫状3种典型多孔介质材料,并基于Lattice-Boltzmann(LBM)提出了一种随机构造多孔介质物理模型的方法。模型中重要参数结合多孔介质电镜扫描图像处理获取。采用D3Q15LBM模型进行数值模拟,并分析了真空度及颗粒/纤维/泡孔等效直径对导热系数的影响规律。模拟与实验的对比结果揭示了多孔介质真空下的导热系数随真空度及多孔介质物性参数的变化规律。     

碳/锌复合材料的制备与性能研究

本文采用真空液态渗透法制备了碳/锌复合材料。拉伸和磨损试验表明:碳纤维的加入,明显提高了锌以及锌合金的抗拉强度,改善了锌合金的摩擦磨损特性。用S-570扫描电镜观察了碳/锌复合材料的拉伸和冲击断口,以及碳/锌复合材料的磨损表面,并用X-射线能谱仪对断口进行了分析。此外,本文还对碳/锌复合材料的纵向拉伸性能、纵向冲击性能以及摩擦磨损性能的影响因素进行了讨论。     

纤维增强韧性基体复合材料界面损伤分析

用基于内聚力的界面模型分析了纤维增强韧性基体复合材料的界面损伤,研究了连续纤维增强复合材料受横向荷载时,诸如纤维排布方式、纤维体积占有率以及纤维和机体模量比等细观参数对界面损伤和材料拉伸强度的影响.研究发现,当纤维体积占有率和纤维模量提高,以及纤维按四方排布时,虽然能增加复合材料刚度,但纤维与基体的界面更容易损伤.当界面脱粘现象存在时,复合材料的拉伸强度主要由界面强度决定.     

二维编织C／SiC复合材料高温拉伸性能研究

对二维编织C／SiC复合材料在1300℃高温氩气、湿氧环境下拉伸性能进行了实验,结合断口观察分析了其在拉伸载荷下的损伤和破坏机理。试验结果表明,二维编织C／SiC复合材料在高温氩气、湿氧环境下表现为非线性特征,通过对比发现,由于氧化作用,高温氩气环境下拉伸强度、破坏应变和比例极限均高于高温湿氧环境。断口观察表明,基体开裂、层间分层以及纤维和纤维束的断裂拔出是材料拉伸破坏的主要形式。     

纤维失效对陶瓷基复合材料准静态加卸载迟滞回线的影响(英文)

采用双参数威布尔模型描述纤维强度分布,结合总体载荷承担准则确定基体裂纹平面处断裂纤维和完好纤维承担载荷。基于卸载/重新加载时纤维相对基体滑移损伤机理,确定了纤维轴向应力分布。采用断裂力学方法确定了界面脱粘长度、卸载界面反向滑移长度和重新加载新界面滑移长度,对比了不同峰值应力下考虑和未考虑纤维失效影响的迟滞回线,分析了纤维特征强度和纤维威布尔模量对纤维失效、迟滞回线形状和面积的影响,预测的迟滞回线与试验数据相吻合。     

考虑抗弯钢筋影响的混凝土板冲切承载力计算

本文采用刚塑性模型和空间问题平面化的合理假定,将复杂的钢筋混凝土板的冲切问题简单化,给出了在竖向荷载作用下无抗冲切钢筋的混凝土板的冲切破坏机构和承载力示意图,认为其承载力由混凝土部分和钢筋部分共同承担。然后采用双剪应力三参数破坏准则,利用虚功原理求得混凝土部分的抗冲切承载力,并综合考虑了抗弯纵筋的销栓作用,推导出钢筋混凝土板的冲切承载力计算公式。公式形式简洁,计算结果与试验结果吻合较好。     

再生型木塑复合材料的研究

为了充分利用城市固体废弃物中的各项资源,本项工作将固体废弃物中的高密度聚乙烯(H igh dens itypo lyethy lene,HDPE)回收后与废弃的木纤维进行复合,成功地制备出再生型木塑复合材料。研究了木纤维长度、含量以及相容剂对木塑复合材料热性能和力学性能的影响。通过扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断口形貌,分析了此类复合材料的断裂机制。结果表明:木纤维的加入使HDPE的结晶温度降低,结晶速度减慢;相容剂的加入大大改善了木纤维与基体树脂之间的界面结合。随着木纤维含量的增加,木塑复合材料的弯曲强度升高,冲击强度下降。     

碳纤维织物增强树脂复合材料准静态压缩力学性能实验

针对一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料,对其三个主方向（垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向）进行了准静态压缩实验,得到了三个主方向上准静态条件矿下的应力-应变曲线和压缩强度。通过对各主方向上的应力-应变曲线的分析,表明该复合材料各主方向上压缩力学性能是碳纤维和树脂基体的力学性能共同起作用的结果,同时碳纤维的初始微屈曲对纵向压缩力学性能、压缩强度都会产生很大影响;碳布经向和纬向的压缩强度都低于垂直于碳布方向的压缩强度,但弹性模量较高;各主方向的压缩破坏模式也有所不同。     

紫外固化环氧树脂复合材料及其修补性能研究

为了推进紫外固化技术在树脂基复合材料的制备及结构修补中的应用,制备了紫外固化环氧树脂基复合材料并进行力学性能测试和微观组织分析。在此基础上,采用紫外固化复合材料对含人工缺陷的层合板试样进行了修补。结果表明,与热固化复合材料相比,采用紫外固化技术制备的复合材料具有良好的综合力学性能,复合材料中树脂基体与纤维之间结合良好;紫外固化复合材料制成的修补贴片对缺陷试样的修补效果显著,修补后试样的拉伸强度可以达到标准试样的84.1%,是缺陷试样的1.21倍。实验证明采用紫外固化复合材料修补贴片对缺陷进行修补是一种快速、有效的修补方法。     

非调质12Mn2 VBS钢中硫含量对组织性能及应用的影响

通过对非调质12Mn2VBX钢的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等性能指标的测定,研究了非调质12Mn2VBS钢中硫含量对组织性能及应用的影响.通过对硫含量的调整,可知非调质12Mn2VBS钢的基本性能指标能够达到甚至超过40Cr等调质钢的基本性能.     

碳纤维增强树脂基断裂的数值模拟研究

基于断裂力学模型,通过应用Abaqus大型商用软件,建立碳纤维增强树脂基复合材料断裂实验的模型,计算了该模型的断裂韧性J积分,研究了用J积分来表征碳纤维增强树脂基断裂韧性特征,其结果表明了使用本文方法的有效性。