表面处理对聚酰亚胺柔性复合材料粘结性能的影响

使用聚酰亚胺(PI)膜和PI纤维编织布制备深空探测用柔性织物复合材料,研究表面处理对PI膜和PI纤维编织布之间粘结性能的影响。采用自制表面处理剂分别对PI膜和PI纤维编织布的表面进行处理,再经硅橡胶胶黏剂粘结制备柔性复合材料。使用T剥离强度试验方法测试柔性织物复合材料的层间胶接性能,并分析复合材料剥离面的形貌状态。结果显示,PI膜和PI织物的表面处理可以显著提高柔性织物复合材料的T剥离强度。其中,PI膜和PI织物未经表面处理时,柔性织物复合材料的T剥离强度为8.9 N/cm。对PI膜进行表面处理,或者对PI膜和PI织物均进行表面处理的情况下,柔性织物复合材料的T剥离强度增加至11.7 N/cm和12.8 N/cm,分别提高了31.5%和43.8%。这表明对PI膜及PI织物进行合理的表面处理,可以显著提高柔性织物复合材料的胶接性能。     

三维机织复合材料的细观力学分析

建立了一种三维机织复合材料的细观力学模型。模型包括两相：一相为纤维束，另一相为基体材料或横向的纤维束。该模型考虑了纤维束弯曲所引起的附加剪切。讨论了根据织造参数确定机织复合材料细观结构的方法。将上述理论用于一种实际的碳／环氧三维机织复合材料的分析，研究了细观应力分布的特点，并用平均化方法得到了材料宏观的模量，分析结果与试验数据吻合良好。     

低速冲击下复合材料加筋板的损伤阻抗性能

为确定冲击能量、几何尺寸对低速冲击下复合材料加筋板损伤阻抗性能的影响,对3组工型加筋板进行了试验和数值模拟研究。通过落锤式低速冲击试验,得到了试验件的接触历程、凹坑深度和分层面积等损伤特征。基于引入纤维断裂损伤的各向异性弹塑性理论建立了有限元(FE)模型,对试验件凹坑深度进行了模拟预测,模拟结果与试验结果吻合较好。研究表明,复合材料加筋板凹坑深度随冲击能量的变化曲线存在拐点,拐点后表面冲击部位出现纤维断裂。随着冲击能量的增大,试验件的最大接触力不断增大,而分层起始载荷及分层面积则变化不大。含1.5 mm深凹坑试验件对应的冲击能量和最大接触力随筋条或蒙皮厚度的增大而不断增大,而分层起始载荷仅随蒙皮厚度的增大而增大。      

三维全五向编织复合材料细观结构实验分析

对三维(3D)全五向编织复合材料的细观结构进行了实验研究,三维全五向编织复合材料是一种新型的编织复合材料,其细观结构对预测材料的性能有重要作用。采用显微计算机断层成像(micro-CT)技术得到了三维全五向编织复合材料的截面图片,通过在碳纤维试件中混编入少量玻璃纤维作为示踪纱,提高了示踪纤维束在截面图片中的的对比度。并通过三维重建得到纤维束实体模型,结合CAD技术对纤维束的横截面形状与空间走向进行了研究。结果表明:编织纱与轴纱纤维束的截面形状在材料不同区域与不同的花节高度内是变化的;在不同区域,编织纱的空间走向也是不同的;而轴纱在空间上基本保持伸直。由于编织纱对轴纱的挤压使轴纱表面产生螺旋状的压痕。      

面向设计的纤维缠绕复合材料压力容器结构分析方法

基于薄膜理论和经典层合板理论，导出了纤维缠绕轴对称壳的薄膜内力、应力、应变和位移等计算公式，旨在探讨一种面向纤维缠绕复合材料压力容器设计的结构分析方法。最后，通过两个算例评估了方法的有效性。     

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。     

纳米CeO2/Galfan复合材料的制备工艺

在不同介质中分别用球磨和超声振动对纳米C eO2颗粒进行了预处理;用搅熔铸造工艺制备了质量分数约为1%的纳米C eO2/G a lfan复合材料,用XRD(X-ray d iffration)分析了其中的物相,用场发射扫描电镜(F ie ldem iss ion scann ing e lectron m icroscopy,FE-SEM)观察了纳米C eO2颗粒在基体中的分散情况,并测试了其显微硬度;用中性盐雾腐蚀试验来评价复合材料的耐蚀性,并用XRD检测了腐蚀产物。结果表明,经超声预处理的颗粒与熔体具有较好的润湿性,能单粒分散其中,且制备的复合材料的显微硬度值提高了近一倍。     

纳米高岭土增强PTFE复合材料的摩擦磨损特性

采用纳米高岭土颗粒增强聚四氟乙烯(Po lytetrafluoroethy lene,PTFE),通过熔融插层工艺,制备了不同重量分数的纳米高岭土增强PTFE自润滑复合材料,摩擦磨损实验在往复式滑动摩擦实验机上进行。实验条件:接触压力为5.5M Pa,往复频率为1 H z,往复行程为1.5 mm。实验结果表明:在重载低速的条件下,这种新型的自润滑材料在稳定阶段的摩擦因数在0.07~0.19的范围,填充后的PTFE复合材料的耐磨性显著提高,其中含10%高岭土的PTFE复合材料的表现最佳,比纯PTFE提高了大约54倍。纳米高岭土提高PTFE耐磨性的主要原因是:其层片结构间被PTFE分子链插入,达到了增强基体并阻止PTFE成片剥落的目的。     

利用改进的Monte-Carloβ球法计算结构可靠性

根据Hasofer-Lind可靠性指标β,基本随机变量构成的标准n维欧氏空间Rn可划分为｝X｝≤β和｝X｝>β两部分,｝X｝≤β为n维β球所围区域,该区域必在可靠区内。计算可靠性时,将Monte-Carlo的抽样区域限制在n维欧氏空间β球外部,缩小了抽样范围,从而大大提高了结构可靠性的计算效率,并给出一算例。     

复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析

首先,针对纤维增强复合材料开孔层板进行了压缩试验,通过微距数显设备、电镜扫描和X光扫描设备检测了加载过程中的渐进损伤和试验件最终破坏模式,观测了损伤起始和45°与90°铺层间的分层现象. 其次,将复合材料开孔层板失效分为层内失效和层间失效,基于细观损伤力学MMF3理论和界面胶层单元方法建立了开孔压缩损伤跨尺度分析模型.最后,应用该模型对开孔压缩损伤起始、损伤扩展和层板破坏模式进行了预测,获得了纤维和基体损伤起始位置、分层产生位置及扩展过程、最终的分层和压入破坏等计算结果.计算结果与试验结果获得了较好的吻合,表明该计算模型适用于分析复合材料开孔压缩渐进损伤问题.