2002年 第19卷 第6期
2002, 19(6): 1-7.
摘要:
建立复合材料的本构关系是进行材料设计的基础性工作。针对共混/填充高聚物体系,总结了微损伤演化的基体规律,讨论了在考虑微损伤演化的情况下,材料体系的宏观本构关系研究的思路与主要研究成果。本文作者指出,在共混/填充高聚物体系的破坏过程中,还有很多重要机制需要进一步研究。例如,微孔洞成核和串通汇合过程的分析、夹杂之间的相互作用和基体的非线性对损伤演化的影响以及应变率和温度对损伤的影响等都需要进一步分析。
建立复合材料的本构关系是进行材料设计的基础性工作。针对共混/填充高聚物体系,总结了微损伤演化的基体规律,讨论了在考虑微损伤演化的情况下,材料体系的宏观本构关系研究的思路与主要研究成果。本文作者指出,在共混/填充高聚物体系的破坏过程中,还有很多重要机制需要进一步研究。例如,微孔洞成核和串通汇合过程的分析、夹杂之间的相互作用和基体的非线性对损伤演化的影响以及应变率和温度对损伤的影响等都需要进一步分析。
2002, 19(6): 8-12.
摘要:
使用一种小尺寸试件试验方法来测量复合材料层合板低速冲击后的剩余压缩强度(CAI),以便减少试验费用,降低材料研制成本和周期。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余压缩强度估算的一种软化夹杂模型。该模型将冲击损伤等效成圆形低刚度的夹杂,用8节点等参元分析层合板的应力应变状态,以点应力准则为压缩破坏判据。理论分析结果与试验对比显示,该模型简单有效。
使用一种小尺寸试件试验方法来测量复合材料层合板低速冲击后的剩余压缩强度(CAI),以便减少试验费用,降低材料研制成本和周期。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余压缩强度估算的一种软化夹杂模型。该模型将冲击损伤等效成圆形低刚度的夹杂,用8节点等参元分析层合板的应力应变状态,以点应力准则为压缩破坏判据。理论分析结果与试验对比显示,该模型简单有效。
2002, 19(6): 13-19.
摘要:
基于经典的层合板理论和Navier解法,对静水压作用下压电弹性层合圆柱壳的动力问题的主动控制进行了研究。首先由Hamilton原理导出压电弹性层合壳的非线性动力基本方程。利用压电材料的正、逆压电效应,通过闭环方式,采用速度反馈控制方法得到了任意形式动载作用下带压电感测层/激励层的简支层合圆柱壳动力响应的主动控制模型。数值算例中对于三种不同的外载条件下该控制模型对圆柱壳的动力响应的控制效果进行了研究。结果表明本文中提出的控制模型能够有效抑制动载作用下结构的振动。
基于经典的层合板理论和Navier解法,对静水压作用下压电弹性层合圆柱壳的动力问题的主动控制进行了研究。首先由Hamilton原理导出压电弹性层合壳的非线性动力基本方程。利用压电材料的正、逆压电效应,通过闭环方式,采用速度反馈控制方法得到了任意形式动载作用下带压电感测层/激励层的简支层合圆柱壳动力响应的主动控制模型。数值算例中对于三种不同的外载条件下该控制模型对圆柱壳的动力响应的控制效果进行了研究。结果表明本文中提出的控制模型能够有效抑制动载作用下结构的振动。
2002, 19(6): 20-24.
摘要:
利用热压烧结TiH2,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti3SiC2陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti3SiC2材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti3SiC2基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti3SiC2材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。
利用热压烧结TiH2,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti3SiC2陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti3SiC2材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti3SiC2基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti3SiC2材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。
2002, 19(6): 25-30.
摘要:
针对离心力场中铝熔体在SiC多孔介质内的渗流传热现象,考虑离心力对渗流传热过程的影响,根据局部非热平衡假设建立了多孔介质渗流传热模型。采用全隐格式TDMA算法和第一类迎风差分方法对渗流过程的温度场进行了数值计算。研究分析了不同复合层厚度下离心渗透过程中的流场和温度场瞬态变化规律。计算结果表明,在渗透区域,熔体与SiC颗粒存在着一定温差,而在渗透前沿,这种温差相对较大。渗流速度变化存在两个十分明显的阶段,渗流速度较高且急剧下降的初始渗透阶段以及渗流速度相当平稳的后续阶段。渗流速度的这种瞬态变化规律主要是多孔介质内流体流动与离心压力相互作用的结果。渗透初期形成的紊流状态,是导致熔体卷吸空气、使复合材料内部形成气孔的主要原因之一。选择合适的工艺参数对于确保铸件质量是十分关键的。
针对离心力场中铝熔体在SiC多孔介质内的渗流传热现象,考虑离心力对渗流传热过程的影响,根据局部非热平衡假设建立了多孔介质渗流传热模型。采用全隐格式TDMA算法和第一类迎风差分方法对渗流过程的温度场进行了数值计算。研究分析了不同复合层厚度下离心渗透过程中的流场和温度场瞬态变化规律。计算结果表明,在渗透区域,熔体与SiC颗粒存在着一定温差,而在渗透前沿,这种温差相对较大。渗流速度变化存在两个十分明显的阶段,渗流速度较高且急剧下降的初始渗透阶段以及渗流速度相当平稳的后续阶段。渗流速度的这种瞬态变化规律主要是多孔介质内流体流动与离心压力相互作用的结果。渗透初期形成的紊流状态,是导致熔体卷吸空气、使复合材料内部形成气孔的主要原因之一。选择合适的工艺参数对于确保铸件质量是十分关键的。
2002, 19(6): 31-36.
摘要:
研究了颗粒增强铝基复合材料韧性断裂的细观损伤演化特征,提出了细观损伤的最弱环模型,并建立了宏观损伤参数与细观损伤机理之间的联系。分析了颗粒尺寸、体积百分比和热处理状态对损伤演化的影响。研究结果表明:宏观损伤演化可以用幂指数形式来表示,细观最弱环模型能够揭示损伤机理,损伤演化模型计算的结果与实验结果吻合较好。
研究了颗粒增强铝基复合材料韧性断裂的细观损伤演化特征,提出了细观损伤的最弱环模型,并建立了宏观损伤参数与细观损伤机理之间的联系。分析了颗粒尺寸、体积百分比和热处理状态对损伤演化的影响。研究结果表明:宏观损伤演化可以用幂指数形式来表示,细观最弱环模型能够揭示损伤机理,损伤演化模型计算的结果与实验结果吻合较好。
2002, 19(6): 37-42.
摘要:
在先驱体转化陶瓷基复合材料的制备中,坯体在裂解前后的体积发生变化。引入体系体积收缩率参数,对单一先驱体转化纤维增强陶瓷基复合材料致密化模型进行了修正。同时,分别对含惰性填料和/或活性填料的先驱体浆料浸渍-裂解纤维增强陶瓷基复合材料致密化进行了模型分析。从理论上揭示了复合材料的浸渍-裂解周期与材料的理论密度和理论孔隙率之间的关系。当先驱体浆料中含有活性填料时,复合材料的理论密度和理论孔隙率与活性填料的反应陶瓷产率、反应密度比、体积收缩率有密切的数学关系。在先驱体中引入活性填料比引入惰性填料能更为有效地提高材料的密度,降低材料的孔隙率。
在先驱体转化陶瓷基复合材料的制备中,坯体在裂解前后的体积发生变化。引入体系体积收缩率参数,对单一先驱体转化纤维增强陶瓷基复合材料致密化模型进行了修正。同时,分别对含惰性填料和/或活性填料的先驱体浆料浸渍-裂解纤维增强陶瓷基复合材料致密化进行了模型分析。从理论上揭示了复合材料的浸渍-裂解周期与材料的理论密度和理论孔隙率之间的关系。当先驱体浆料中含有活性填料时,复合材料的理论密度和理论孔隙率与活性填料的反应陶瓷产率、反应密度比、体积收缩率有密切的数学关系。在先驱体中引入活性填料比引入惰性填料能更为有效地提高材料的密度,降低材料的孔隙率。
2002, 19(6): 43-46.
摘要:
为了考察MoSi2/SiC防氧化涂层体系在动态氧化环境下的防护能力,对碳/碳复合材料MoSi2/SiC涂层试样在1100~1500℃下进行了高温燃气高质流冲刷环境下的氧化试验。结果表明,在1100~1500℃的燃气动态环境下,具有稳定的氧化失重速率,氧化失重曲线近似呈直线关系,氧化失重和氧化失重速率均随着氧化温度的升高而降低,表现出该涂层抗高质流冲刷和氧化的能力随温度的升高而提高,在该温度区间内,随着温度的升高,具有更优异的抗氧化和抗高质流冲刷的能力。
为了考察MoSi2/SiC防氧化涂层体系在动态氧化环境下的防护能力,对碳/碳复合材料MoSi2/SiC涂层试样在1100~1500℃下进行了高温燃气高质流冲刷环境下的氧化试验。结果表明,在1100~1500℃的燃气动态环境下,具有稳定的氧化失重速率,氧化失重曲线近似呈直线关系,氧化失重和氧化失重速率均随着氧化温度的升高而降低,表现出该涂层抗高质流冲刷和氧化的能力随温度的升高而提高,在该温度区间内,随着温度的升高,具有更优异的抗氧化和抗高质流冲刷的能力。
2002, 19(6): 47-51.
摘要:
采用扫描电镜原位观察方法研究了束丝SiC纤维增强铝复合丝在低频疲劳和静拉伸过程中的损伤过程。实验发现,经过较短时间的疲劳加载或在较低的载荷下就出现纤维裂纹,裂纹向基体方向扩展,没有明显的界面脱粘现象。损伤过程可分为三个阶段,包括以纤维裂纹萌生为主的损伤起始阶段、以纤维多次断裂和基体裂纹扩展为主的损伤累计阶段以及裂纹迅速扩展和主裂纹连接的失稳破坏阶段。根据剪滞模型计算的表观界面强度表明该复合丝为强结合界面。
采用扫描电镜原位观察方法研究了束丝SiC纤维增强铝复合丝在低频疲劳和静拉伸过程中的损伤过程。实验发现,经过较短时间的疲劳加载或在较低的载荷下就出现纤维裂纹,裂纹向基体方向扩展,没有明显的界面脱粘现象。损伤过程可分为三个阶段,包括以纤维裂纹萌生为主的损伤起始阶段、以纤维多次断裂和基体裂纹扩展为主的损伤累计阶段以及裂纹迅速扩展和主裂纹连接的失稳破坏阶段。根据剪滞模型计算的表观界面强度表明该复合丝为强结合界面。
2002, 19(6): 52-56.
摘要:
研究了铸造WCP/Ni基合金梯度复合涂层组织与摩擦磨损特性。结果表明,梯度复合涂层与基材实现了良好的冶金结合,涂层内有γ-Ni枝晶组织,γ-Ni＋M23C 6共晶组织以及凝固结晶析出的M6C、M23C6、M7C3等块状或条状组织;随着铸造WCP体积分数的增加,复合涂层摩擦系数减小,耐磨性增加。19-4试样的耐磨性最高值为4.61,是基材的3倍以上。梯度涂层的磨损机理为磨粒磨损与粘着磨损的复合作用。
研究了铸造WCP/Ni基合金梯度复合涂层组织与摩擦磨损特性。结果表明,梯度复合涂层与基材实现了良好的冶金结合,涂层内有γ-Ni枝晶组织,γ-Ni＋M23C 6共晶组织以及凝固结晶析出的M6C、M23C6、M7C3等块状或条状组织;随着铸造WCP体积分数的增加,复合涂层摩擦系数减小,耐磨性增加。19-4试样的耐磨性最高值为4.61,是基材的3倍以上。梯度涂层的磨损机理为磨粒磨损与粘着磨损的复合作用。
2002, 19(6): 57-60.
摘要:
采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R1和R2两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合ROM法则,材料的抗弯强度和最大挠度强烈地受到SiC颗粒梯度分布方式与弯曲方向的影响;当基体处于受拉侧,高SiC含量组分处于受压侧时,MMGC能充分发挥其性能优势;MMGC在受梯度应力作用下的力学性能优势和其方向性特征受到材料状态、材料宏观不均匀性和微观连续性等因素的影响;MMGC的抗弯强度比R1反映了这类材料的性能优势,而抗弯强度比R2则反映了材料的方向性能特征。
采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R1和R2两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合ROM法则,材料的抗弯强度和最大挠度强烈地受到SiC颗粒梯度分布方式与弯曲方向的影响;当基体处于受拉侧,高SiC含量组分处于受压侧时,MMGC能充分发挥其性能优势;MMGC在受梯度应力作用下的力学性能优势和其方向性特征受到材料状态、材料宏观不均匀性和微观连续性等因素的影响;MMGC的抗弯强度比R1反映了这类材料的性能优势,而抗弯强度比R2则反映了材料的方向性能特征。
2002, 19(6): 61-67.
摘要:
分别用苯乙烯和丙烯酸乙酯对纳米SiO2进行辐照接枝聚合改性,通过两步熔融共混工艺与聚丙烯(PP)共混制备了SiO2/PP复合材料。研究了SiO2添加量和表面接枝不同聚合物的SiO2对复合材料力学性能的影响。结果表明,接枝改性的SiO2对PP有较好的增强增韧效果;拉伸断面观察显示复合材料韧性的提高主要由基体剪切屈服所致。对断面上个别较大团聚体分析发现,经辐照接枝聚合改性的纳米粒子团聚体的结构变得更加紧凑、结实,且随粒子表面聚合物的性质不同,团聚体与基体树脂的界面粘结也随之不同,导致其拉伸破坏形状有所差异,但与基体树脂的界面粘结都得到较好的改善。
分别用苯乙烯和丙烯酸乙酯对纳米SiO2进行辐照接枝聚合改性,通过两步熔融共混工艺与聚丙烯(PP)共混制备了SiO2/PP复合材料。研究了SiO2添加量和表面接枝不同聚合物的SiO2对复合材料力学性能的影响。结果表明,接枝改性的SiO2对PP有较好的增强增韧效果;拉伸断面观察显示复合材料韧性的提高主要由基体剪切屈服所致。对断面上个别较大团聚体分析发现,经辐照接枝聚合改性的纳米粒子团聚体的结构变得更加紧凑、结实,且随粒子表面聚合物的性质不同,团聚体与基体树脂的界面粘结也随之不同,导致其拉伸破坏形状有所差异,但与基体树脂的界面粘结都得到较好的改善。
2002, 19(6): 68-71.
摘要:
根据分子结构决定性能的原理在PMR-15体系的基础上引入共聚单体PMDE,通过共聚方法合成了一系列BTDE/PMDE共聚PMR聚酰亚胺树脂。探讨了树脂粘度、冲击强度和热氧化稳定性与分子结构的关系规律,并对优化树脂体系通过TGA、DSC和DMTA等手段进行了表征。实验表明随着分子量的增大,树脂粘度增大,热氧化稳定性提高,冲击强度先增大后减小;随PMDE含量的增大,树脂粘度和冲击强度降低,热氧化稳定性提高。
根据分子结构决定性能的原理在PMR-15体系的基础上引入共聚单体PMDE,通过共聚方法合成了一系列BTDE/PMDE共聚PMR聚酰亚胺树脂。探讨了树脂粘度、冲击强度和热氧化稳定性与分子结构的关系规律,并对优化树脂体系通过TGA、DSC和DMTA等手段进行了表征。实验表明随着分子量的增大,树脂粘度增大,热氧化稳定性提高,冲击强度先增大后减小;随PMDE含量的增大,树脂粘度和冲击强度降低,热氧化稳定性提高。
2002, 19(6): 72-81.
摘要:
轮胎是一个十分复杂的橡胶基复合材料结构,在使用过程中常常发生层间脱层破坏。提出了一种新的复合材料结构中层间脱层裂纹扩展模型,并利用Irwin的虚拟裂纹闭合技术和有限元分析技术对轮胎结构带束层中的层间脱层裂纹扩展过程进行了数值模拟。结果表明,提出的模型能够比较真实地揭示复杂复合材料结构层间脱层裂纹扩展复杂性的特点。
轮胎是一个十分复杂的橡胶基复合材料结构,在使用过程中常常发生层间脱层破坏。提出了一种新的复合材料结构中层间脱层裂纹扩展模型,并利用Irwin的虚拟裂纹闭合技术和有限元分析技术对轮胎结构带束层中的层间脱层裂纹扩展过程进行了数值模拟。结果表明,提出的模型能够比较真实地揭示复杂复合材料结构层间脱层裂纹扩展复杂性的特点。
2002, 19(6): 82-86.
摘要:
分别用釜内聚合和机械熔融混合方法制备高岭土填充UHMWPE基复合材料,对其热性能,结晶性、聚集态结构和与45钢对摩的滑动摩擦磨损性能进行了实验研究,并分析了复合材料的摩擦磨损特性与其结构之间的联系。结果表明,釜内聚合法制备的复合材料具有比较好的性能,良好的性能源于高度分散的高岭土颗粒的增强作用和较高的界面结合强度,也与UHMWPE的结晶形态有关。
分别用釜内聚合和机械熔融混合方法制备高岭土填充UHMWPE基复合材料,对其热性能,结晶性、聚集态结构和与45钢对摩的滑动摩擦磨损性能进行了实验研究,并分析了复合材料的摩擦磨损特性与其结构之间的联系。结果表明,釜内聚合法制备的复合材料具有比较好的性能,良好的性能源于高度分散的高岭土颗粒的增强作用和较高的界面结合强度,也与UHMWPE的结晶形态有关。
2002, 19(6): 87-91.
摘要:
先进复合材料的固化成型工艺十分复杂,目前在很大程度上仍依赖于经验工艺。为了实现复合材料固化工艺的透明化、科学化及智能化,提出了将光纤折射率传感器用于复合材料制造过程,研制了一种折射率光纤传感器,同时将光源、探测器、信号处理器等元器件集成化为一个便携式的光纤传感仪以利于生产现场使用。利用该传感器对常温固化树脂的固化过程进行了测量,将其与同等条件下迈克尔逊干涉仪对固化过程的监测结果进行了比较,二者具有良好的一致性。在实验室与生产现场两种条件下将光纤折射率传感器埋设于预浸料中对其固化工艺过程进行了监测。结果表明,该技术不仅可以用于新型树脂固化工艺制度的确定,也可用于复合材料固化工艺过程的在线监测。
先进复合材料的固化成型工艺十分复杂,目前在很大程度上仍依赖于经验工艺。为了实现复合材料固化工艺的透明化、科学化及智能化,提出了将光纤折射率传感器用于复合材料制造过程,研制了一种折射率光纤传感器,同时将光源、探测器、信号处理器等元器件集成化为一个便携式的光纤传感仪以利于生产现场使用。利用该传感器对常温固化树脂的固化过程进行了测量,将其与同等条件下迈克尔逊干涉仪对固化过程的监测结果进行了比较,二者具有良好的一致性。在实验室与生产现场两种条件下将光纤折射率传感器埋设于预浸料中对其固化工艺过程进行了监测。结果表明,该技术不仅可以用于新型树脂固化工艺制度的确定,也可用于复合材料固化工艺过程的在线监测。
2002, 19(6): 92-96.
摘要:
纤维织物增强复合材料由于轻质和高冲击损伤容限而在防弹装甲设计及制造中逐渐得到应用,如人体防弹衣和车辆防护装甲。但是尚无较好的方法直接计算复合材料防弹特性,其中困难在于复合材料弹道冲击过程中的应变率效应和冲击破坏机理至今没有被揭示。解决问题的第一步是建立复合材料增强相(即织物)防弹特性计算方法。提出基于纤维力学性质应变率效应的织物弹道冲击破坏分析模型,计算不同面密度织物靶体在弹道贯穿过程中的弹体剩余速度,由此反映靶体防弹特性。用本文中提出的简单算法预测的结果与实测结果在靶体厚度不大时极为接近,而且也有可能将其扩展到纤维织物增强复合材料防弹性质的计算。
纤维织物增强复合材料由于轻质和高冲击损伤容限而在防弹装甲设计及制造中逐渐得到应用,如人体防弹衣和车辆防护装甲。但是尚无较好的方法直接计算复合材料防弹特性,其中困难在于复合材料弹道冲击过程中的应变率效应和冲击破坏机理至今没有被揭示。解决问题的第一步是建立复合材料增强相(即织物)防弹特性计算方法。提出基于纤维力学性质应变率效应的织物弹道冲击破坏分析模型,计算不同面密度织物靶体在弹道贯穿过程中的弹体剩余速度,由此反映靶体防弹特性。用本文中提出的简单算法预测的结果与实测结果在靶体厚度不大时极为接近,而且也有可能将其扩展到纤维织物增强复合材料防弹性质的计算。
2002, 19(6): 97-100.
摘要:
采用溶媒投放、颗粒滤取技术制备出CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料,测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能。研究结果表明,CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料具有高的孔隙率(90%)、良好的生物降解性能和物理力学性能,以及三维连通、微孔、网状微观结构,故该复合材料有希望成为软骨组织工程支架材料之一。
采用溶媒投放、颗粒滤取技术制备出CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料,测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能。研究结果表明,CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料具有高的孔隙率(90%)、良好的生物降解性能和物理力学性能,以及三维连通、微孔、网状微观结构,故该复合材料有希望成为软骨组织工程支架材料之一。
2002, 19(6): 101-105.
摘要:
采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。 结果表明,与环氧树脂不同,C3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。
采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。 结果表明,与环氧树脂不同,C3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。
2002, 19(6): 106-110.
摘要:
利用差示扫描量热(DSC)法研究了过氧化物对QY8911-Ⅲ型双马来酰亚胺树脂(BMI)的固化过程的影响。测试了过氧化物含量对树脂固化特性和力学性能的影响。结果表明,引入过氧化物降低了树脂的起始反应温度,提高了固化速度。弯曲强度略有提高,而冲击强度下降,因而过氧化物含量应小于0.6%。注射模压实验表明,引入过氧化物后,消除了短碳纤维(CF)增强BMI复合材料注射模压过程中的严重溢料现象,并使成型时间由原来的2 h缩短到15 min。
利用差示扫描量热(DSC)法研究了过氧化物对QY8911-Ⅲ型双马来酰亚胺树脂(BMI)的固化过程的影响。测试了过氧化物含量对树脂固化特性和力学性能的影响。结果表明,引入过氧化物降低了树脂的起始反应温度,提高了固化速度。弯曲强度略有提高,而冲击强度下降,因而过氧化物含量应小于0.6%。注射模压实验表明,引入过氧化物后,消除了短碳纤维(CF)增强BMI复合材料注射模压过程中的严重溢料现象,并使成型时间由原来的2 h缩短到15 min。
2002, 19(6): 111-115.
摘要:
利用MM-200型磨损试验机考察了载荷对纳米SiO2、TiO2、Al2O3与石墨混合填充PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理。结果表明,纳米材料及其与石墨混合都可以不同程度地提高PTFE的耐磨性,而它们对PTFE耐磨性的提高程度各不相同,其中以纳米SiO2-石墨填充PTFE复合材料的磨损质量损失最小,纳米Al2O3-石墨填充PTFE复合材料的磨损质量损失较大;填充PTFE复合材料同钢对磨时的摩擦系数表现出不同的性能,纳米SiO2-石墨填充PTFE的摩擦系数与纯PTFE相差不大。
利用MM-200型磨损试验机考察了载荷对纳米SiO2、TiO2、Al2O3与石墨混合填充PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理。结果表明,纳米材料及其与石墨混合都可以不同程度地提高PTFE的耐磨性,而它们对PTFE耐磨性的提高程度各不相同,其中以纳米SiO2-石墨填充PTFE复合材料的磨损质量损失最小,纳米Al2O3-石墨填充PTFE复合材料的磨损质量损失较大;填充PTFE复合材料同钢对磨时的摩擦系数表现出不同的性能,纳米SiO2-石墨填充PTFE的摩擦系数与纯PTFE相差不大。
2002, 19(6): 116-119.
摘要:
通过球磨、热压制备了Sn-Pb/PS,Sn-Pb/HDPE复合材料。研究了复合材料的导电性能。结果证明:Sn-Pb／PS复合材料具有PTC效应,有PTC强度大、转变陡的突出优点;其 PTC性能是由填料相变的发生引起的。Sn-Pb／HDPE复合材料具有双PTC效应,两次PTC转变分别由基体和填料在其熔点处发生相变引起的,其 PTC强度也有独特之处。
通过球磨、热压制备了Sn-Pb/PS,Sn-Pb/HDPE复合材料。研究了复合材料的导电性能。结果证明:Sn-Pb／PS复合材料具有PTC效应,有PTC强度大、转变陡的突出优点;其 PTC性能是由填料相变的发生引起的。Sn-Pb／HDPE复合材料具有双PTC效应,两次PTC转变分别由基体和填料在其熔点处发生相变引起的,其 PTC强度也有独特之处。
2002, 19(6): 120-124.
摘要:
用聚丙烯纤维来防止混凝土的早期塑性收缩裂缝是近年来为解决混凝土裂缝难题而采取的新措施。研究了两种聚丙烯纤维(Cemfiber和DF)的掺量、纤维种类等参数对塑性收缩裂缝的影响规律;分别采用圆形、平板状试件来研究砂浆、普通混凝土和高性能混凝土的抗裂性能。研究结果表明:(1) 聚丙烯纤维可以显著提高混凝土抗裂能力,纤维掺量越高,抗裂能力越强;(2) 为防止裂缝,应该尽可能降低水泥用量和提高骨料用量;(3) 聚丙烯纤维提高混凝土抗裂能力的主要原因是纤维提高混凝土的早期应变能力、减小收缩应变、提高塑性抗拉强度和减小毛细管的表面张力。
用聚丙烯纤维来防止混凝土的早期塑性收缩裂缝是近年来为解决混凝土裂缝难题而采取的新措施。研究了两种聚丙烯纤维(Cemfiber和DF)的掺量、纤维种类等参数对塑性收缩裂缝的影响规律;分别采用圆形、平板状试件来研究砂浆、普通混凝土和高性能混凝土的抗裂性能。研究结果表明:(1) 聚丙烯纤维可以显著提高混凝土抗裂能力,纤维掺量越高,抗裂能力越强;(2) 为防止裂缝,应该尽可能降低水泥用量和提高骨料用量;(3) 聚丙烯纤维提高混凝土抗裂能力的主要原因是纤维提高混凝土的早期应变能力、减小收缩应变、提高塑性抗拉强度和减小毛细管的表面张力。
2002, 19(6): 125-129.
摘要:
无论在军事还是航空航天领域,光纤传感器都是一种极具应用前景的智能化监测手段。目前,将光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的监测的研究是一个热点。但由于大多数光纤传感器监测固化过程成本较高,所以还没有被广泛的应用于实际生产当中。开发了一种新型的低成本、高灵敏度、易操作的光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的在线监测。光纤传感器的设计基于光纤微弯损耗原理,其监测的直接目标参量为增强纤维所构成的网络所承担的压力变化,可以进而通过Gutowski的树脂流动/纤维变形理论间接得出对于固化过程中的几个关键参量。给出了这种压力传感器的设计制作方法,测定该种传感器在静态和动态下的压力-光损耗响应曲线,分析了该传感器对环境温度与折射率变化的响应。完成了利用微弯压力传感器进行纤维增强复合材料在热压釜中固化成型过程的在线监测实验,获得了良好的结果。
无论在军事还是航空航天领域,光纤传感器都是一种极具应用前景的智能化监测手段。目前,将光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的监测的研究是一个热点。但由于大多数光纤传感器监测固化过程成本较高,所以还没有被广泛的应用于实际生产当中。开发了一种新型的低成本、高灵敏度、易操作的光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的在线监测。光纤传感器的设计基于光纤微弯损耗原理,其监测的直接目标参量为增强纤维所构成的网络所承担的压力变化,可以进而通过Gutowski的树脂流动/纤维变形理论间接得出对于固化过程中的几个关键参量。给出了这种压力传感器的设计制作方法,测定该种传感器在静态和动态下的压力-光损耗响应曲线,分析了该传感器对环境温度与折射率变化的响应。完成了利用微弯压力传感器进行纤维增强复合材料在热压釜中固化成型过程的在线监测实验,获得了良好的结果。
2002, 19(6): 130-133.
摘要:
通过优化碱处理工艺条件改善苎麻纤维结构和性能,同时对醋酸纤维素进行改性处理,制备了苎麻纤维增强醋酸纤维素复合材料。通过性能测试和扫描电镜观察发现:碱处理既提高苎麻纤维强度和模量,又对苎麻纤维有韧化作用,还提高纤维表面的吸附能力,从而提高苎麻纤维/醋酸纤维素基复合材料剪切强度和弯曲强度。
通过优化碱处理工艺条件改善苎麻纤维结构和性能,同时对醋酸纤维素进行改性处理,制备了苎麻纤维增强醋酸纤维素复合材料。通过性能测试和扫描电镜观察发现:碱处理既提高苎麻纤维强度和模量,又对苎麻纤维有韧化作用,还提高纤维表面的吸附能力,从而提高苎麻纤维/醋酸纤维素基复合材料剪切强度和弯曲强度。
2002, 19(6): 134-136.
摘要:
对碳纤维蜂窝夹层结构的动力学问题进行了深入分析。将碳纤维网格表面等效为正交异性薄板,铝蜂窝夹芯按蜂窝实际受力情况和尺寸大小等效为三维正交异性体,并考虑到为了防止失稳破坏而进行的蜂窝局部加密、碳纤维表板加厚及结构局部加强。所建模型经复杂结构有限元方法分析,结果和试验相吻合,表明等效模型是合理的,方法是正确的。
对碳纤维蜂窝夹层结构的动力学问题进行了深入分析。将碳纤维网格表面等效为正交异性薄板,铝蜂窝夹芯按蜂窝实际受力情况和尺寸大小等效为三维正交异性体,并考虑到为了防止失稳破坏而进行的蜂窝局部加密、碳纤维表板加厚及结构局部加强。所建模型经复杂结构有限元方法分析,结果和试验相吻合,表明等效模型是合理的,方法是正确的。
