Enhanced electrothermal effect of carbon fibrous composites decorated with high conductive carbon nanotube webs

Literature has demonstrated that Carbon Nanotubes (CNTs) can greatly enhance the electrical conductivity and matrix-dominated mechanical properties of fibrous composites. However, electrothermal coupling effect of CNTs on Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRPs) has scarcely been considered. This work prepared and introduced thin and porous CNT webs to the surface or/and interface of a CFRP to enhance its electrothermal properties. The results show that CNT webs can enhance the transverse electrical conductivities of the CFRP by 231%−519% in a current range of 50–150 mA, when compared to the base-CFRP. Also, the surface temperature of CNT webs decorated CFRP can be improved by 20.5–32.3 °C within 3 min showing a self-heating rate of 6.8–10.8 °C/min just with an applied voltage of 20–30 V, increased by 152%−177% when compared to the base-CFRP (2.7–3.9 °C/min). Also, deicing can be finished within 4–10 min with a voltage of 18 V and an input power of 246 W/m². Moreover, the electrothermal processes nearly have no negative effect on the mechanical properties of the CFRP. The relatively low input power and short response time for deicing make the CNT webs decorated CFRP may be a potential new generation for aeronautical deicing structure.     

一种高空飞艇螺旋桨结构多目标优化设计方法

为了远离旋转激振力的影响避免桨叶共振,需要提高桨叶的弯曲频率,这不可避免的会增加质量。为了解决低质量与高频率之间的矛盾,提出了一种螺旋桨两目标优化方法。以桨叶最小质量和最大弯曲频率作为两个优化目标,以复合材料的铺层角度、铺层厚度和铺层区域作为设计变量,以最大应变、桨尖最大位移和桨叶50%、75%和85%剖面处的扭转角作为约束,使用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对螺旋桨进行优化设计,得到了关于质量和频率的Pareto解集。转速为520 r/min的两叶桨的转频为8.76 Hz,穿越频率为17.33 Hz,根据频率在Pareto解集上选取远离这两个点的方案。通过制造与测试,得到的实物桨叶频率为12.29 Hz,距离两个共振点都较远,有效的避免了桨叶共振。      

乳液冷冻干燥法制备壳聚糖/聚乳酸复合材料

亲水性细胞外基质聚糖和疏水性脂肪族聚酯材料之间的复合是生物材料研究面临的巨大挑战。本研究以亲水性壳聚糖(CS)的醋酸溶液为水相,疏水性聚乳酸(PLA)的CHCl3溶液为油相,Tween80为表面活性剂,采用乳液冷冻干燥法制备了CS/PLA复合材料。FTIR分析发现,复合材料中CS和PLA组分间存在强烈的氢键相互作用。SEM观察表明,控制PLA的体积分数不高于50%,则复合材料的孔隙结构相互贯通,CS和PLA分布均匀。CS/PLA复合材料的孔隙率介于85%~90%,并且随PLA用量的增加,孔隙率略有下降。当PLA用量体积分数由25%增加到75%时,复合材料的力学性能介于CS和PLA的力学性能之间,其压缩强度由0.20 MPa增加到0.33 MPa,压缩模量由2.84 MPa增加到4.83 MPa。这种CS/PLA两亲复合体系为新型生物材料的设计和构建提供了新方法。     

环境温湿度对低密度烧蚀材料施工窗口的影响

为了研究环境温湿度对低密度烧蚀材料施工窗口的影响,将低密度预混料在室内放置不同的时间后,再对其进行后续的灌注、固化、加工等处理,进而讨论基体黏度对烧蚀材料的宏观微观形貌及施工工艺的影响。结果表明:基体黏度随放置时间的增加而增加,且有拐点,拐点后环境温湿度对基体的黏度影响更加显著,温湿度越大,基体黏度增大越快;拐点前后灌注的低密度材料的密度、宏观形貌没有明显差别,但拐点前灌注的材料填料在树脂中分布均匀,树脂充分浸润填料,而拐点后灌注的材料填料分布不均匀,树脂不能充分浸润填料,存在孔隙。说明低密度预混料应在基体黏度拐点前进行灌注,环境温度湿度越大,施工窗口越短,反之亦然。     

纺织结构复合材料的细观力学分析

纺织结构复合材料细观力学分析中的若干基本问题是单层几何特性的描述，单元体细观结构的模型、应力应变假设以及强度分析等。对前人在前三个问题上已进行的研究工作作出扼要的回顾，并介绍其当前的技术发展动态，针对这些研究工作中存在的不足之处和未来的发展，提出几点意见。     

民机机头复合材料风挡结构鸟撞分析

在鸟体撞击风挡结构过程中,鸟体与风挡结构撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后建立了包括风挡玻璃、风挡骨架以及蒙皮在内的民机全尺寸风挡结构抗鸟撞动响应分析的有限元模型,进行了鸟撞数值模拟,其中风挡骨架与蒙皮采用复合材料。全尺寸的复合材料风挡骨架目前还没有应用到民机上,因此,对复合材料风挡结构的研究是很有意义的。     

复材加热组件一体成型制备及其热/力学性能研究

针对玻纤/环氧复合材料,采用平板硫化机热压成型制备工艺,将预封装的石墨烯加热元件内嵌于复材夹层中,从而制备得到复材加热组件。实验证明,该制备方法对石墨烯复合材料的阻值及发热影响较小,保证了石墨烯加热元件的防/除冰效率。基于复材加热组件,进行了热/力学性能实验和低温除冰实验。实验结果表明,复材加热组件的温升速率随热流密度的增加而增大,并且铺层位置对复材加热组件的温升具有较大影响。在冷环境除冰实验中,环境温度为-20℃,热流密度为0.3 W/cm²时,相较于传统电加热组件,复材加热组件的除冰时间大幅减小,能耗减少约30%,为进一步制备复材加热机翼奠定了基础。     

部分相干光云纹干涉法测定复合材料连接件应力场

介绍采用部分相干光云纹干涉法测定复合材料单销钉连接件的位移场,从位移云纹图求得应变场和应力场。给出过销钉孔心水平截面上的应变和应力分布及应力集中系数。通过静力平衡所得误差在６％以内。证实了部件相干光云纹干涉法测量复合材料连接件的应变场和应力场是有效的实验方法