2017年 第34卷 第8期
2017, 34(8): 1625-1635.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170523.002
摘要:
颗粒增强钛基复合材料是一种重要的战略性结构材料，在航空航天、空间技术和武器装备等高新技术领域具有广阔的应用前景。但这种材料变形难、强度高等特性决定了实现其高精度、高质量加工非常困难。本文综述了颗粒增强钛基复合材料传统加工与特殊加工工艺的研究现状与进展，重点阐述了该材料在传统热加工、置氢加工、超塑性加工和激光制造过程中的加工机制和加工性能，展望了该材料在未来加工技术方面的发展趋势。
颗粒增强钛基复合材料是一种重要的战略性结构材料，在航空航天、空间技术和武器装备等高新技术领域具有广阔的应用前景。但这种材料变形难、强度高等特性决定了实现其高精度、高质量加工非常困难。本文综述了颗粒增强钛基复合材料传统加工与特殊加工工艺的研究现状与进展，重点阐述了该材料在传统热加工、置氢加工、超塑性加工和激光制造过程中的加工机制和加工性能，展望了该材料在未来加工技术方面的发展趋势。
2017, 34(8): 1636-1644.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161123.002
摘要:
以滑石粉为成核剂，超临界CO2为发泡剂，采用间歇釜式方法制备微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料。采用DSC、XRD和SEM对微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料的结晶行为与泡孔结构进行了测定与分析。结果表明：滑石粉的添加能够提高微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料的结晶温度，诱导产生不完善的α晶型；能够提高聚合物基体的熔体黏度，减小泡孔尺寸，增加泡孔密度，促使泡孔尺寸分布更均匀，最终能够形成泡孔密度为1.0×109个/cm3、平均泡孔半径为16.4 μm、发泡倍率为18倍、表观密度约为0.055 g/cm3的微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料。
以滑石粉为成核剂，超临界CO2为发泡剂，采用间歇釜式方法制备微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料。采用DSC、XRD和SEM对微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料的结晶行为与泡孔结构进行了测定与分析。结果表明：滑石粉的添加能够提高微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料的结晶温度，诱导产生不完善的α晶型；能够提高聚合物基体的熔体黏度，减小泡孔尺寸，增加泡孔密度，促使泡孔尺寸分布更均匀，最终能够形成泡孔密度为1.0×109个/cm3、平均泡孔半径为16.4 μm、发泡倍率为18倍、表观密度约为0.055 g/cm3的微孔发泡木粉/聚丙烯复合材料。
2017, 34(8): 1645-1652.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161216.001
摘要:
采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA-g-MAH）对CaSO4晶须/尼龙6（CaSO4W/PA6）增韧改性。通过双螺杆挤出机制备了CaSO4W/PA6二元、CaSO4W-（EVA-g-MAH）/PA6三元复合材料，用SEM、DSC、XRD等观察和表征了形貌、结构和结晶参数，并测试了力学性能。研究表明：添加少量CaSO4W可提高PA6的结晶速率，而高含量CaSO4W导致PA6结晶速率降低，促进γ晶型形成。添加10%（质量分数） CaSO4W可同时提高PA6的刚性和韧性；添加30% CaSO4W可进一步提高PA6的刚性，但PA6的韧性明显降低。添加2.5%和5%（质量分数） EVA-g-MAH，能使30% CaSO4W-（EVA-g-MAH）/PA6的抗冲击强度分别提高25.0%和76.7%，并使其具有较高韧性。冲击强度的提高主要源于EVA-g-MAH所产生的能量耗散、改善应力的有效传递、增强CaSO4W与PA6的界面以及EVA-g-MAH/PA6共混体系较好的相容性。
采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA-g-MAH）对CaSO4晶须/尼龙6（CaSO4W/PA6）增韧改性。通过双螺杆挤出机制备了CaSO4W/PA6二元、CaSO4W-（EVA-g-MAH）/PA6三元复合材料，用SEM、DSC、XRD等观察和表征了形貌、结构和结晶参数，并测试了力学性能。研究表明：添加少量CaSO4W可提高PA6的结晶速率，而高含量CaSO4W导致PA6结晶速率降低，促进γ晶型形成。添加10%（质量分数） CaSO4W可同时提高PA6的刚性和韧性；添加30% CaSO4W可进一步提高PA6的刚性，但PA6的韧性明显降低。添加2.5%和5%（质量分数） EVA-g-MAH，能使30% CaSO4W-（EVA-g-MAH）/PA6的抗冲击强度分别提高25.0%和76.7%，并使其具有较高韧性。冲击强度的提高主要源于EVA-g-MAH所产生的能量耗散、改善应力的有效传递、增强CaSO4W与PA6的界面以及EVA-g-MAH/PA6共混体系较好的相容性。
2017, 34(8): 1653-1659.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161124.006
摘要:
采用十二烷基硫酸钠改善纳米石墨（CNPs）在水溶液中的分散性，使其均匀负载至功能化石墨烯纳米带（EGNRs）上，制得功能化石墨烯纳米带-纳米石墨复合体（EGNRs75%-CNPs），随后利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得EGNRs75%-CNPs/乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）复合材料薄膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、FE-SEM、氧气透过仪、高阻计对不同EGNRs75%-CNPs含量的EGNRs75%-CNPs/EVA复合材料薄膜进行了结构和性能表征。研究表明：EGNRs75%-CNPs以3D网络形式存在，能够抑制纳米带团聚，说明其与EVA基体相容性好。当EGNRs75%-CNPs质量分数为1%时，EGNRs75%-CNPs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率降低了67.6%，阻隔性能提高明显；当质量分数为0.8%时，CNPs负载到EGNRs构建3D导电网络，协同发挥增强作用，EGNRs75%-CNPs/EVA复合材料薄膜导电性能提升了约8个数量级，表现出了优良的室温导电性能。
采用十二烷基硫酸钠改善纳米石墨（CNPs）在水溶液中的分散性，使其均匀负载至功能化石墨烯纳米带（EGNRs）上，制得功能化石墨烯纳米带-纳米石墨复合体（EGNRs75%-CNPs），随后利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得EGNRs75%-CNPs/乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）复合材料薄膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、FE-SEM、氧气透过仪、高阻计对不同EGNRs75%-CNPs含量的EGNRs75%-CNPs/EVA复合材料薄膜进行了结构和性能表征。研究表明：EGNRs75%-CNPs以3D网络形式存在，能够抑制纳米带团聚，说明其与EVA基体相容性好。当EGNRs75%-CNPs质量分数为1%时，EGNRs75%-CNPs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率降低了67.6%，阻隔性能提高明显；当质量分数为0.8%时，CNPs负载到EGNRs构建3D导电网络，协同发挥增强作用，EGNRs75%-CNPs/EVA复合材料薄膜导电性能提升了约8个数量级，表现出了优良的室温导电性能。
2017, 34(8): 1660-1666.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170517.001
摘要:
采用静电纺丝法，以聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯腈（PAN）为基体，通过改变ZrO2的含量，制备了ZrO2/PVDF-PAN复合纤维膜。用SEM和比表面积测试仪（BET）分别对复合纤维膜的形貌和比表面积进行了表征。结果表明：纳米ZrO2的加入量对ZrO2/PVDF-PAN复合纤维膜的形貌有较大影响，随着纳米ZrO2含量的增加，纤维表面变得凹凸不平，提高了纤维膜的比表面积，进而提高了纤维膜的吸液率，且当ZrO2含量为PVDF和PAN总质量的0.4%时达到最大值。将复合纤维膜组装成超级电容器，利用电化学工作站对其循环伏安（CV）和交流阻抗（EIS）性能进行测试，研究了ZrO2的加入对复合纤维膜电化学性能的影响。结果表明：ZrO2的加入提高了ZrO2/PVDF-PAN复合纤维膜的电导率，当ZrO2含量为0.4%时其电化学综合性能最好，其中比容量达126.0 F/g，离子电导率为9.31×10-3 S/cm。
采用静电纺丝法，以聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯腈（PAN）为基体，通过改变ZrO2的含量，制备了ZrO2/PVDF-PAN复合纤维膜。用SEM和比表面积测试仪（BET）分别对复合纤维膜的形貌和比表面积进行了表征。结果表明：纳米ZrO2的加入量对ZrO2/PVDF-PAN复合纤维膜的形貌有较大影响，随着纳米ZrO2含量的增加，纤维表面变得凹凸不平，提高了纤维膜的比表面积，进而提高了纤维膜的吸液率，且当ZrO2含量为PVDF和PAN总质量的0.4%时达到最大值。将复合纤维膜组装成超级电容器，利用电化学工作站对其循环伏安（CV）和交流阻抗（EIS）性能进行测试，研究了ZrO2的加入对复合纤维膜电化学性能的影响。结果表明：ZrO2的加入提高了ZrO2/PVDF-PAN复合纤维膜的电导率，当ZrO2含量为0.4%时其电化学综合性能最好，其中比容量达126.0 F/g，离子电导率为9.31×10-3 S/cm。
2017, 34(8): 1667-1673.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161124.002
摘要:
采用快速成核/晶化法、油酸钠改性以及高速球磨分别得到改性前后锌镁铝类水滑石（ZnMgAl LDHs，LDHs）和Sb2O3-LDHs样品。通过XRD、FTIR、FESEM和TG等对所制备的LDHs和Sb2O3-LDHs进行了表征。考察了添加质量比为6∶100（PVC为100）时，改性前后LDHs和Sb2O3-LDHs的添加对所制备的聚氯乙烯（PVC）基复合材料阻燃及力学性能的影响，结果显示：添加改性前后LDHs和Sb2O3-LDHs所制备的PVC基复合材料均达到V-0级别，极限氧指（LOI）值可达33.4%，且添加改性LDHs和Sb2O3-LDHs的复合材料力学性能均有所改善。材料燃烧后残碳及断面的FESEM显示：改性LDHs和（Sb2O3）10-LDHs的添加使PVC基复合材料燃烧后表面形成结构密实的保护性炭层，提高阻燃性能；改性LDHs在软PVC中分散均匀，相容性较好，使改性LDHs具有更优的增强和增韧作用；而Sb2O3-LDHs在PVC基体间存在界面差异，导致材料的断裂伸长率、拉伸强度随Sb2O3质量分数的增加有所下降。
采用快速成核/晶化法、油酸钠改性以及高速球磨分别得到改性前后锌镁铝类水滑石（ZnMgAl LDHs，LDHs）和Sb2O3-LDHs样品。通过XRD、FTIR、FESEM和TG等对所制备的LDHs和Sb2O3-LDHs进行了表征。考察了添加质量比为6∶100（PVC为100）时，改性前后LDHs和Sb2O3-LDHs的添加对所制备的聚氯乙烯（PVC）基复合材料阻燃及力学性能的影响，结果显示：添加改性前后LDHs和Sb2O3-LDHs所制备的PVC基复合材料均达到V-0级别，极限氧指（LOI）值可达33.4%，且添加改性LDHs和Sb2O3-LDHs的复合材料力学性能均有所改善。材料燃烧后残碳及断面的FESEM显示：改性LDHs和（Sb2O3）10-LDHs的添加使PVC基复合材料燃烧后表面形成结构密实的保护性炭层，提高阻燃性能；改性LDHs在软PVC中分散均匀，相容性较好，使改性LDHs具有更优的增强和增韧作用；而Sb2O3-LDHs在PVC基体间存在界面差异，导致材料的断裂伸长率、拉伸强度随Sb2O3质量分数的增加有所下降。
2017, 34(8): 1674-1682.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161109.001
摘要:
采用锥形量热仪实验研究环氧树脂基体、T300碳纤维/环氧复合材料及T300碳纤维/环氧-泡沫层合板（上下层为T300碳纤维/环氧复合材料，中间层为4 mm厚的Divinycell H60泡沫芯材）在不同火灾环境下的燃烧性能。对比分析其点燃时间、热释放速率、总烟气释放量和CO生成速率等燃烧特性参数的变化规律。利用SEM测试T300碳纤维/环氧复合材料燃烧前、后表面形貌图像和环氧树脂基体和T300碳纤维/环氧复合材料燃烧形成炭层的形貌图像，分析碳纤维在碳纤维/环氧复合材料热解、燃烧过程中的影响作用。结果表明，随热辐射强度的增加，三种实验样品的平均点燃时间均缩短，热释放速率峰值和300 s内热释放速率均值均增大，峰值出现时间提前，燃烧后残余率均降低。碳纤维对环氧树脂热解和燃烧起到抑制作用，其点燃、放热及达到热释放速率峰值的时间延后，T300碳纤维/环氧-泡沫层合板中泡沫芯材的燃点较低，使其平均点燃时间、热释放速率峰值出现时间及CO开始释放时间提前。T300碳纤维/环氧复合材料和T300碳纤维/环氧-泡沫层合板燃烧后均出现明显的分层现象，力学性能丧失，整体结构被破坏。碳纤维的存在能够有效抑制碳纤维/环氧复合材料的热解及燃烧，并能有效抑制在燃烧过程中产生融滴、喷溅和大量黑烟。
采用锥形量热仪实验研究环氧树脂基体、T300碳纤维/环氧复合材料及T300碳纤维/环氧-泡沫层合板（上下层为T300碳纤维/环氧复合材料，中间层为4 mm厚的Divinycell H60泡沫芯材）在不同火灾环境下的燃烧性能。对比分析其点燃时间、热释放速率、总烟气释放量和CO生成速率等燃烧特性参数的变化规律。利用SEM测试T300碳纤维/环氧复合材料燃烧前、后表面形貌图像和环氧树脂基体和T300碳纤维/环氧复合材料燃烧形成炭层的形貌图像，分析碳纤维在碳纤维/环氧复合材料热解、燃烧过程中的影响作用。结果表明，随热辐射强度的增加，三种实验样品的平均点燃时间均缩短，热释放速率峰值和300 s内热释放速率均值均增大，峰值出现时间提前，燃烧后残余率均降低。碳纤维对环氧树脂热解和燃烧起到抑制作用，其点燃、放热及达到热释放速率峰值的时间延后，T300碳纤维/环氧-泡沫层合板中泡沫芯材的燃点较低，使其平均点燃时间、热释放速率峰值出现时间及CO开始释放时间提前。T300碳纤维/环氧复合材料和T300碳纤维/环氧-泡沫层合板燃烧后均出现明显的分层现象，力学性能丧失，整体结构被破坏。碳纤维的存在能够有效抑制碳纤维/环氧复合材料的热解及燃烧，并能有效抑制在燃烧过程中产生融滴、喷溅和大量黑烟。
2017, 34(8): 1683-1692.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161123.003
摘要:
分别以水热法及离子交换法制备了NO3-和Mo7O246-插层的ZnMgAl三元层状双氢氧化物（NO3-ZnMgAl LDHs，Mo-ZnMgAl LDHs），并分别将制得的两种LDHs添加到聚氨酯弹性体（PUE）中，研究了不同阴离子插层的LDHs对PUE阻燃抑烟性能的影响。锥形量热仪和烟密度仪研究表明，纯PUE的热释放速率峰值（PHRR）及最大烟密度值（Ds，max）分别为920 kW/m2和452，当NO3-ZnMgAl LDHs、Mo-ZnMgAl LDHs的质量分数为7wt%时，LDHs/PUE复合材料的PHRR和Ds，max分别降低至377 kW/m2、343 kW/m2和216、190，两种LDHs对PUE均有较好的阻燃抑烟效果，Mo-ZnMgAl LDHs的效果更显著。LDHs/PUE复合材料的TGA、残炭的拉曼光谱和XPS研究证实，两种LDHs的加入都能够促进LDHs/PUE复合材料催化成炭，提高残炭率，并且能够提高炭层的石墨化程度，使炭层的抗热氧化能力增强；另外，与NO3-ZnMgAl LDHs相比，Mo-ZnMgAl LDHs的引入能够使Mo-ZnMgAl LDHs/PUE复合材料残炭率和炭层的石墨化程度更高，抗热氧化能力更强，有效地保护基体材料避免受热辐射，隔绝氧气，抑制可燃性气体的挥发。
分别以水热法及离子交换法制备了NO3-和Mo7O246-插层的ZnMgAl三元层状双氢氧化物（NO3-ZnMgAl LDHs，Mo-ZnMgAl LDHs），并分别将制得的两种LDHs添加到聚氨酯弹性体（PUE）中，研究了不同阴离子插层的LDHs对PUE阻燃抑烟性能的影响。锥形量热仪和烟密度仪研究表明，纯PUE的热释放速率峰值（PHRR）及最大烟密度值（Ds，max）分别为920 kW/m2和452，当NO3-ZnMgAl LDHs、Mo-ZnMgAl LDHs的质量分数为7wt%时，LDHs/PUE复合材料的PHRR和Ds，max分别降低至377 kW/m2、343 kW/m2和216、190，两种LDHs对PUE均有较好的阻燃抑烟效果，Mo-ZnMgAl LDHs的效果更显著。LDHs/PUE复合材料的TGA、残炭的拉曼光谱和XPS研究证实，两种LDHs的加入都能够促进LDHs/PUE复合材料催化成炭，提高残炭率，并且能够提高炭层的石墨化程度，使炭层的抗热氧化能力增强；另外，与NO3-ZnMgAl LDHs相比，Mo-ZnMgAl LDHs的引入能够使Mo-ZnMgAl LDHs/PUE复合材料残炭率和炭层的石墨化程度更高，抗热氧化能力更强，有效地保护基体材料避免受热辐射，隔绝氧气，抑制可燃性气体的挥发。
2017, 34(8): 1693-1703.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161103.001
摘要:
为了提高碳纤维增强环氧树脂（CF/EP）复合材料在低温（77 K）循环条件下的抗微裂纹性能，采用共沉淀法制备了具有良好顺磁性的Fe3O4修饰氧化碳纳米管（Fe3O4-O—MWCNTs），并研究了Fe3O4-O—MWCNTs在环氧树脂（EP）基体中的有序排列对EP及CF/EP复合材料低温性能的影响。结果表明：Fe3O4-O—MWCNTs的有序排列可有效提高EP基体的低温力学性能及降低EP基体的热膨胀系数，相对于纯EP，Fe3O4-O—MWCNTs改性EP的热膨胀系数降低了41.6%；相对于CF/EP复合材料，Fe3O4-O—MWCNTs改性CF/EP复合材料在低温环境下的微裂纹密度降低了56.2%。
为了提高碳纤维增强环氧树脂（CF/EP）复合材料在低温（77 K）循环条件下的抗微裂纹性能，采用共沉淀法制备了具有良好顺磁性的Fe3O4修饰氧化碳纳米管（Fe3O4-O—MWCNTs），并研究了Fe3O4-O—MWCNTs在环氧树脂（EP）基体中的有序排列对EP及CF/EP复合材料低温性能的影响。结果表明：Fe3O4-O—MWCNTs的有序排列可有效提高EP基体的低温力学性能及降低EP基体的热膨胀系数，相对于纯EP，Fe3O4-O—MWCNTs改性EP的热膨胀系数降低了41.6%；相对于CF/EP复合材料，Fe3O4-O—MWCNTs改性CF/EP复合材料在低温环境下的微裂纹密度降低了56.2%。
2017, 34(8): 1704-1711.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161115.002
摘要:
采用国产对位芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺）短切纤维、间位芳纶（聚间苯二甲酰间苯二胺）短切纤维与沉析纤维混杂制备芳纶纸，研究了纤维混杂效应对芳纶纸性能的影响。采用SEM、XRD分析了自制混杂纤维芳纶纸和Nomex T410（0.13 mm）纸中短切纤维与沉析纤维之间的微区结合特征以及结晶性能，通过TGA分析了混杂纤维芳纶纸与Nomex T410纸的耐热性能，并通过对比自制芳纶纸与Nomex T410纸力学性能、绝缘性能，研究了对位和间位芳纶短切纤维混杂对芳纶纸性能的影响。结果表明：芳纶纸抗张指数、撕裂指数、结晶度以及耐热性能均随对位芳纶短切纤维添加量的增加而增加，而芳纶纸耐压强度呈先上升后下降的趋势。当对位和间位短切纤维混杂比为2∶2（质量比）时，自制混杂纤维芳纶纸与Nomex T410纸短切纤维与沉析纤维之间粘结状态相似，力学性能、绝缘性能与耐热性能相近，其抗张指数为130.4 N·m·g-1，优于Nomex T410纸纵向（111.1 N· m·g-1）与横向（56.2 N·m·g-1）的；撕裂指数为32.6 mN·m2·g-1，介于Nomex T410纸纵向（37.6 mN· m2·g-1）与横向（23.6 mN· m2·g-1）之间；耐压强度分别为26.5 kV·m-1和27.0 kV·m-1；结晶度分别为34.84%、15.71%；初始分解温度分别为430.6℃、435.1℃，780℃时其质量损失分别为42.8%、39.1%，芳纶纸均具有稳定的耐热性能。
采用国产对位芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺）短切纤维、间位芳纶（聚间苯二甲酰间苯二胺）短切纤维与沉析纤维混杂制备芳纶纸，研究了纤维混杂效应对芳纶纸性能的影响。采用SEM、XRD分析了自制混杂纤维芳纶纸和Nomex T410（0.13 mm）纸中短切纤维与沉析纤维之间的微区结合特征以及结晶性能，通过TGA分析了混杂纤维芳纶纸与Nomex T410纸的耐热性能，并通过对比自制芳纶纸与Nomex T410纸力学性能、绝缘性能，研究了对位和间位芳纶短切纤维混杂对芳纶纸性能的影响。结果表明：芳纶纸抗张指数、撕裂指数、结晶度以及耐热性能均随对位芳纶短切纤维添加量的增加而增加，而芳纶纸耐压强度呈先上升后下降的趋势。当对位和间位短切纤维混杂比为2∶2（质量比）时，自制混杂纤维芳纶纸与Nomex T410纸短切纤维与沉析纤维之间粘结状态相似，力学性能、绝缘性能与耐热性能相近，其抗张指数为130.4 N·m·g-1，优于Nomex T410纸纵向（111.1 N· m·g-1）与横向（56.2 N·m·g-1）的；撕裂指数为32.6 mN·m2·g-1，介于Nomex T410纸纵向（37.6 mN· m2·g-1）与横向（23.6 mN· m2·g-1）之间；耐压强度分别为26.5 kV·m-1和27.0 kV·m-1；结晶度分别为34.84%、15.71%；初始分解温度分别为430.6℃、435.1℃，780℃时其质量损失分别为42.8%、39.1%，芳纶纸均具有稳定的耐热性能。
2017, 34(8): 1712-1720.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161116.001
摘要:
通过理论分析、有限元软件模拟以及试验验证来研究初始缺陷对碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber-Reinforced Plastics，CFRP）加固混凝土圆柱的力学性能和破坏形态影响。从宏微观角度定性分析初始缺陷对加固混凝土柱力学性能的影响；通过数值模拟与实验结果的对比，分析了轴压和偏压作用下带有初始缺陷的CFRP加固混凝土柱力学性能；研究了包裹层数、截面尺寸因素影响下的临界缺陷值的变化规律，论证了初始缺陷尺寸的改变对破坏形式的影响。
通过理论分析、有限元软件模拟以及试验验证来研究初始缺陷对碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber-Reinforced Plastics，CFRP）加固混凝土圆柱的力学性能和破坏形态影响。从宏微观角度定性分析初始缺陷对加固混凝土柱力学性能的影响；通过数值模拟与实验结果的对比，分析了轴压和偏压作用下带有初始缺陷的CFRP加固混凝土柱力学性能；研究了包裹层数、截面尺寸因素影响下的临界缺陷值的变化规律，论证了初始缺陷尺寸的改变对破坏形式的影响。
2017, 34(8): 1721-1728.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161124.003
摘要:
基于VMC850B立式加工中心和UltraPAC超声C-扫描仪，搭建了碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）钻削试验平台，探讨了台阶钻结构参数及钻削工艺参数对CFRP钻削过程中的钻削轴向力和分层因子的影响。结果表明，钻削工艺参数对第一段钻削轴向力影响较大，台阶钻结构参数对第二段钻削轴向力的影响较大；分层因子的大小与第一段钻削轴向力和第二段钻削轴向力有关，当第一段和第二段直径比d/D >0.5时，分层因子主要与第一段钻削轴向力有关；减小分层的优水平组合为第一段直径2.8 mm，第二段锋角95°，主轴转速7000 r/min，进给速度2.5 mm/s。
基于VMC850B立式加工中心和UltraPAC超声C-扫描仪，搭建了碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）钻削试验平台，探讨了台阶钻结构参数及钻削工艺参数对CFRP钻削过程中的钻削轴向力和分层因子的影响。结果表明，钻削工艺参数对第一段钻削轴向力影响较大，台阶钻结构参数对第二段钻削轴向力的影响较大；分层因子的大小与第一段钻削轴向力和第二段钻削轴向力有关，当第一段和第二段直径比d/D >0.5时，分层因子主要与第一段钻削轴向力有关；减小分层的优水平组合为第一段直径2.8 mm，第二段锋角95°，主轴转速7000 r/min，进给速度2.5 mm/s。
2017, 34(8): 1729-1735.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161205.004
摘要:
基于二次Bezier曲线法，开展纤维变角度层合板的屈曲特性研究。首先，对原始的二次Bezier曲线进行了扩展，提出了分段式二次Bezier曲线变化方法，重新定义了纤维变角度铺放参考路径，确定了变角度层合板的表示形式。其次，以[0± < 20（β）65 >]2s和[90± < 20（β）65>]2s为例对变角度层合板的屈曲特性进行了有限元分析，并与定角度层合板对比。最后，研究了不同终止角α和连接点参数β对层合板屈曲性能的影响，结果表明：连接点参数β的增大使得两种变刚度层合板的线性屈曲载荷先增大后减小，终止角大于起始角时，层合板的一阶屈曲载荷逐渐增大，铺放角度的增大有利于层合板屈曲载荷的提高。
基于二次Bezier曲线法，开展纤维变角度层合板的屈曲特性研究。首先，对原始的二次Bezier曲线进行了扩展，提出了分段式二次Bezier曲线变化方法，重新定义了纤维变角度铺放参考路径，确定了变角度层合板的表示形式。其次，以[0± < 20（β）65 >]2s和[90± < 20（β）65>]2s为例对变角度层合板的屈曲特性进行了有限元分析，并与定角度层合板对比。最后，研究了不同终止角α和连接点参数β对层合板屈曲性能的影响，结果表明：连接点参数β的增大使得两种变刚度层合板的线性屈曲载荷先增大后减小，终止角大于起始角时，层合板的一阶屈曲载荷逐渐增大，铺放角度的增大有利于层合板屈曲载荷的提高。
2017, 34(8): 1736-1744.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161115.008
摘要:
针对VARTM工艺的特点，建立了充模过程树脂流动和预成型体变形行为数学模型。提出了基于混合网格方法的VARTM充模仿真算法，在该算法中，模具型腔几何模型进行二维或三维网格划分，在每个真空袋表面单元上增加一个一维附属单元，用于在仿真过程中实时地吸收或挤出因真空袋变形而产生的局部树脂体积变化，形成混合网格仿真模型；求解过程中，对树脂流动和预成型体变形分别进行求解后，基于上述混合网格模型进行两者耦合操作，实现了仿真精度和速度的统一。搭建了VARTM充模实验平台，进行了一维充模实验，通过仿真结果与实验测量结果对比，验证了本文算法的正确性。最后，通过三维仿真算例，验证了算法对三维复杂结构和顺序浇口策略仿真的可行性。
针对VARTM工艺的特点，建立了充模过程树脂流动和预成型体变形行为数学模型。提出了基于混合网格方法的VARTM充模仿真算法，在该算法中，模具型腔几何模型进行二维或三维网格划分，在每个真空袋表面单元上增加一个一维附属单元，用于在仿真过程中实时地吸收或挤出因真空袋变形而产生的局部树脂体积变化，形成混合网格仿真模型；求解过程中，对树脂流动和预成型体变形分别进行求解后，基于上述混合网格模型进行两者耦合操作，实现了仿真精度和速度的统一。搭建了VARTM充模实验平台，进行了一维充模实验，通过仿真结果与实验测量结果对比，验证了本文算法的正确性。最后，通过三维仿真算例，验证了算法对三维复杂结构和顺序浇口策略仿真的可行性。
2017, 34(8): 1745-1753.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161124.005
摘要:
提出一种复合材料薄壁圆柱壳轴压局部屈曲承载力计算模型。在梁弯曲变形平截面假定和小变形假定的基础上，提出复合材料层合梁抗弯刚度的计算方法；根据轴压下圆柱壳的几何对称性及受力对称性，将圆柱壳局部屈曲问题转化为轴向和环向壳带的弯曲变形问题。依据薄壳稳定理论，建立弹性基础上纵向壳带局部屈曲模型，得到了复合材料圆柱壳屈曲承载力解析公式。理论计算公式与经验工程计算公式相比，具有形式上的相似性，且得到的计算系数可直接求出，而非经验范围选取。对三种铺层的复合材料薄壁圆柱壳进行了轴压试验，结合文献试验数据对比，试验结果与理论预测值基本一致，满足工程精度要求，验证了模型的正确性。
提出一种复合材料薄壁圆柱壳轴压局部屈曲承载力计算模型。在梁弯曲变形平截面假定和小变形假定的基础上，提出复合材料层合梁抗弯刚度的计算方法；根据轴压下圆柱壳的几何对称性及受力对称性，将圆柱壳局部屈曲问题转化为轴向和环向壳带的弯曲变形问题。依据薄壳稳定理论，建立弹性基础上纵向壳带局部屈曲模型，得到了复合材料圆柱壳屈曲承载力解析公式。理论计算公式与经验工程计算公式相比，具有形式上的相似性，且得到的计算系数可直接求出，而非经验范围选取。对三种铺层的复合材料薄壁圆柱壳进行了轴压试验，结合文献试验数据对比，试验结果与理论预测值基本一致，满足工程精度要求，验证了模型的正确性。
2017, 34(8): 1754-1763.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161115.004
摘要:
通过试验及模拟对复合材料的轴向压缩失效过程进行了研究。试验中，采用高速摄像机对失效过程进行捕捉，并对最终破坏模式进行光学显微镜分析。基于纤维初始位错、纤维随机强度及基体Ducker-Prager塑性本构，通过有限元软件ABAQUS建立了复合材料轴向压缩的有限元模型，并对比分析剪切型及拉伸型两种不同初始位错模型的模拟结果。研究结果表明，复合材料轴向压缩包含弹性变形及塑性变形阶段，离散的纤维基体二维有限元模型能够有效模拟压缩的渐进损伤过程，且模拟结果与试验结果相吻合。复合材料轴向压缩强度是纤维初始位错及塑性基体剪切屈服共同作用的结果，其随着纤维初始位错幅值的减小、波长的增加及纤维体积分数的增加而增加。
通过试验及模拟对复合材料的轴向压缩失效过程进行了研究。试验中，采用高速摄像机对失效过程进行捕捉，并对最终破坏模式进行光学显微镜分析。基于纤维初始位错、纤维随机强度及基体Ducker-Prager塑性本构，通过有限元软件ABAQUS建立了复合材料轴向压缩的有限元模型，并对比分析剪切型及拉伸型两种不同初始位错模型的模拟结果。研究结果表明，复合材料轴向压缩包含弹性变形及塑性变形阶段，离散的纤维基体二维有限元模型能够有效模拟压缩的渐进损伤过程，且模拟结果与试验结果相吻合。复合材料轴向压缩强度是纤维初始位错及塑性基体剪切屈服共同作用的结果，其随着纤维初始位错幅值的减小、波长的增加及纤维体积分数的增加而增加。
2017, 34(8): 1764-1771.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161130.002
摘要:
提出并设计了一种新型纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能结构单元。为探讨其在准静态压缩载荷作用下初始损伤的产生、扩展及演变规律，基于ABAQUS建立该单元数值分析模型，并开展了准静态压缩试验。数值模拟与试验现象综合分析表明，准静态压缩载荷作用下单元结构的响应具有三阶段特征，包括初始线弹性压缩阶段、渐进损伤阶段和结构破坏阶段。固体浮力芯材在压缩载荷作用下产生塑性损伤变形和剪切断裂破坏，纤维缠绕复合材料表层在芯材横向膨胀效应引起的环向应力作用下发生环向纤维的拉伸断裂破坏，导致单元结构稳态吸能过程的终止。研究结果表明，该单元比吸能效率远高于传统的复合材料圆柱壳结构。
提出并设计了一种新型纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能结构单元。为探讨其在准静态压缩载荷作用下初始损伤的产生、扩展及演变规律，基于ABAQUS建立该单元数值分析模型，并开展了准静态压缩试验。数值模拟与试验现象综合分析表明，准静态压缩载荷作用下单元结构的响应具有三阶段特征，包括初始线弹性压缩阶段、渐进损伤阶段和结构破坏阶段。固体浮力芯材在压缩载荷作用下产生塑性损伤变形和剪切断裂破坏，纤维缠绕复合材料表层在芯材横向膨胀效应引起的环向应力作用下发生环向纤维的拉伸断裂破坏，导致单元结构稳态吸能过程的终止。研究结果表明，该单元比吸能效率远高于传统的复合材料圆柱壳结构。
2017, 34(8): 1772-1779.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161115.007
摘要:
本文将某典型复合材料结构舱体的L型端框简化为单点连接的L型端框试件，通过试验和仿真分析，对试件拉伸载荷工况下的失效形式和承载能力进行了研究。结果表明，拉伸载荷工况下，L型端框失效形式以分层和基体破坏为主，试验与仿真分析承载力偏差为10.1%，具有良好的一致性。依据研究结果，对复合材料L型端框设计进行改进，通过试验发现，连接点局部粘接金属垫片可以有效提升复合材料L型端框的拉伸承载能力。本文的研究结果可作为复合材料L型端框设计的参考。
本文将某典型复合材料结构舱体的L型端框简化为单点连接的L型端框试件，通过试验和仿真分析，对试件拉伸载荷工况下的失效形式和承载能力进行了研究。结果表明，拉伸载荷工况下，L型端框失效形式以分层和基体破坏为主，试验与仿真分析承载力偏差为10.1%，具有良好的一致性。依据研究结果，对复合材料L型端框设计进行改进，通过试验发现，连接点局部粘接金属垫片可以有效提升复合材料L型端框的拉伸承载能力。本文的研究结果可作为复合材料L型端框设计的参考。
2017, 34(8): 1780-1787.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161018.005
摘要:
为提高飞行器的适坠性能，对二维三轴编织复合材料机身隔框的冲击动力学特性进行研究。基于连续介质损伤力学建立了机身隔框在冲击载荷作用下的有限元模型。该模型根据不可逆热力学理论并结合Weibull分布建立损伤扩张准则，采用Hashin失效准则确定损伤阈值函数。在迭代过程中，剪应力与正应力相互耦合，且分别考虑材料在纵向和横向的损伤破坏。在此基础上研究了材料参数变化对机身隔框冲击动力学性能的影响，并对各种情况下的瞬态动力学特征和能量吸收特性进行对比分析。数值结果表明该有限元模型能够准确求解编织复合材料机身隔框的非线性瞬态动力学问题，载荷峰值和吸收的能量分别与试验结果相差1.5%和4.7%，且纵向的弹性模量和压缩强度等材料参数对机身隔框的冲击动力学响应影响较大。
为提高飞行器的适坠性能，对二维三轴编织复合材料机身隔框的冲击动力学特性进行研究。基于连续介质损伤力学建立了机身隔框在冲击载荷作用下的有限元模型。该模型根据不可逆热力学理论并结合Weibull分布建立损伤扩张准则，采用Hashin失效准则确定损伤阈值函数。在迭代过程中，剪应力与正应力相互耦合，且分别考虑材料在纵向和横向的损伤破坏。在此基础上研究了材料参数变化对机身隔框冲击动力学性能的影响，并对各种情况下的瞬态动力学特征和能量吸收特性进行对比分析。数值结果表明该有限元模型能够准确求解编织复合材料机身隔框的非线性瞬态动力学问题，载荷峰值和吸收的能量分别与试验结果相差1.5%和4.7%，且纵向的弹性模量和压缩强度等材料参数对机身隔框的冲击动力学响应影响较大。
2017, 34(8): 1788-1793.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161115.006
摘要:
采用原位合成法制备了TiB2/ZL205A复合材料，对所合成复合材料的物相、TiB2颗粒形貌及分布、流动性进行了研究。结果表明：TiB2/ZL205A复合材料主要由α-Al、Al2Cu和TiB2组成，TiB2颗粒呈多边形或卵圆形，平均颗粒尺寸500 nm左右，大部分沿晶界分布，少量分布在晶粒内部。TiB2/ZL205A复合材料的流动性与浇铸温度及TiB2质量分数的关系均可用指数阻尼模型进行描述。当浇铸温度由710℃提高到750℃时，7wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性提高了30.4%；当浇铸温度在750℃以上时，7wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性随浇铸温度的提高而提高的速率降低。与基体合金相比，在730℃浇铸时，3wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性降低了21.8%，7wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性降低了36.4%。
采用原位合成法制备了TiB2/ZL205A复合材料，对所合成复合材料的物相、TiB2颗粒形貌及分布、流动性进行了研究。结果表明：TiB2/ZL205A复合材料主要由α-Al、Al2Cu和TiB2组成，TiB2颗粒呈多边形或卵圆形，平均颗粒尺寸500 nm左右，大部分沿晶界分布，少量分布在晶粒内部。TiB2/ZL205A复合材料的流动性与浇铸温度及TiB2质量分数的关系均可用指数阻尼模型进行描述。当浇铸温度由710℃提高到750℃时，7wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性提高了30.4%；当浇铸温度在750℃以上时，7wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性随浇铸温度的提高而提高的速率降低。与基体合金相比，在730℃浇铸时，3wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性降低了21.8%，7wt% TiB2/ZL205A复合材料的流动性降低了36.4%。
2017, 34(8): 1794-1800.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161115.003
摘要:
通过分析SiC和Mg的晶体结构，构造了SiC与Mg的共格晶面。采用Chen-Möbius晶格反演法对SiC/Mg界面的原子对势进行了反演，分别推导了Si和Mg原子、C和Mg原子间作用势与界面结合能关系的解析表达式。在此基础上，从头计算了SiC/Mg界面的结合能曲线，结合反演公式得到了Si和Mg原子、C和Mg原子的对势函数，并对反演过程的自洽性进行了检验。此外，建立了其他6种不同的SiC/Mg界面构型，通过对比反演对势计算的界面结合能与从头计算的结果，对反演所得对势的可转移性进行了验证。结果表明：从头计算的界面结合能可以由反演对势精确地算出，整个反演过程和结果是自洽的，所得原子对势同样适用于其他界面构型，具有良好的可转移性。本文推导的反演公式同样适用于与SiC/Mg界面结构相似的其他界面原子对势的研究。
通过分析SiC和Mg的晶体结构，构造了SiC与Mg的共格晶面。采用Chen-Möbius晶格反演法对SiC/Mg界面的原子对势进行了反演，分别推导了Si和Mg原子、C和Mg原子间作用势与界面结合能关系的解析表达式。在此基础上，从头计算了SiC/Mg界面的结合能曲线，结合反演公式得到了Si和Mg原子、C和Mg原子的对势函数，并对反演过程的自洽性进行了检验。此外，建立了其他6种不同的SiC/Mg界面构型，通过对比反演对势计算的界面结合能与从头计算的结果，对反演所得对势的可转移性进行了验证。结果表明：从头计算的界面结合能可以由反演对势精确地算出，整个反演过程和结果是自洽的，所得原子对势同样适用于其他界面构型，具有良好的可转移性。本文推导的反演公式同样适用于与SiC/Mg界面结构相似的其他界面原子对势的研究。
2017, 34(8): 1801-1809.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161104.002
摘要:
研究了纵波垂直入射上下基体为同种介质且含有线性粘滞粘接层的三层板状粘接结构时声波的反射和透射特性，基于粘接界面的准静态模型（QSM）并结合各向同性线性粘滞体的本构方程，导出了含有粘滞系数和体积弹性模量的纵波反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行对比，研究了准静态模型的适用条件。其次在界面处于不同接触形式（完好连接和粘滞型弱粘接）的情况下，分别讨论了考虑和不考虑界面相对质量对声反射和透射特性的影响。接着分析了粘滞粘接层参数的变化对纵波反射和透射特性的影响。最后在不大于0.1 MHz-mm的较小频厚积范围内简要阐述了如何鉴别界面形式。结果表明，准静态模型适用于较小频厚积的检测；是否考虑界面的相对质量对纵波的反射和透射特性影响不大；在特定的频厚积下，利用纵波的反射或透射系数方法结合准静态模型可有效辨别界面形式。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论参考。
研究了纵波垂直入射上下基体为同种介质且含有线性粘滞粘接层的三层板状粘接结构时声波的反射和透射特性，基于粘接界面的准静态模型（QSM）并结合各向同性线性粘滞体的本构方程，导出了含有粘滞系数和体积弹性模量的纵波反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行对比，研究了准静态模型的适用条件。其次在界面处于不同接触形式（完好连接和粘滞型弱粘接）的情况下，分别讨论了考虑和不考虑界面相对质量对声反射和透射特性的影响。接着分析了粘滞粘接层参数的变化对纵波反射和透射特性的影响。最后在不大于0.1 MHz-mm的较小频厚积范围内简要阐述了如何鉴别界面形式。结果表明，准静态模型适用于较小频厚积的检测；是否考虑界面的相对质量对纵波的反射和透射特性影响不大；在特定的频厚积下，利用纵波的反射或透射系数方法结合准静态模型可有效辨别界面形式。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论参考。
2017, 34(8): 1810-1816.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161116.002
摘要:
基于X射线计算机断层扫描技术，重构了能够反映闭孔泡沫铝真实细观结构的三维有限元模型。采用数值模拟与试验测试相结合的方法，研究了泡沫铝在准静态单轴压缩载荷作用下的力学响应及其变形机制，重点关注了平台阶段及致密化阶段的变形模式。结果表明：试件中变形带的出现是压缩过程进入平台阶段的一个标志，此时棱杆和孔壁的变形以塑性弯曲为主；平台阶段，棱杆及孔壁的变形逐渐向塑性起皱与塑性屈曲转变；伴随致密化阶段的发生，变形带内部的胞孔严重坍塌，呈‘双凹圆盘’状。闭孔泡沫铝细观结构变形模式的数值模拟与试验结果相符，验证了该模型的有效性，为进一步研究各相关物理量（相对密度、加载速率等）及变形机制对其宏观吸能性能的影响奠定了基础。
基于X射线计算机断层扫描技术，重构了能够反映闭孔泡沫铝真实细观结构的三维有限元模型。采用数值模拟与试验测试相结合的方法，研究了泡沫铝在准静态单轴压缩载荷作用下的力学响应及其变形机制，重点关注了平台阶段及致密化阶段的变形模式。结果表明：试件中变形带的出现是压缩过程进入平台阶段的一个标志，此时棱杆和孔壁的变形以塑性弯曲为主；平台阶段，棱杆及孔壁的变形逐渐向塑性起皱与塑性屈曲转变；伴随致密化阶段的发生，变形带内部的胞孔严重坍塌，呈‘双凹圆盘’状。闭孔泡沫铝细观结构变形模式的数值模拟与试验结果相符，验证了该模型的有效性，为进一步研究各相关物理量（相对密度、加载速率等）及变形机制对其宏观吸能性能的影响奠定了基础。
2017, 34(8): 1817-1824.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161130.001
摘要:
基于Reddy三阶剪切板理论，将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层，等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出，对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板弯曲振动的固有频率进行了理论推导，应用具体算例与实验值和有限元计算结果进行了验证，结果表明本文方法具有较高的计算精度。研究了板宽、板厚和芯层胞元结构参数对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板固有频率的影响，并绘出相应的曲线图，该曲线图对超椭圆蜂窝夹芯板的工程应用具有指导意义。
基于Reddy三阶剪切板理论，将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层，等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出，对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板弯曲振动的固有频率进行了理论推导，应用具体算例与实验值和有限元计算结果进行了验证，结果表明本文方法具有较高的计算精度。研究了板宽、板厚和芯层胞元结构参数对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板固有频率的影响，并绘出相应的曲线图，该曲线图对超椭圆蜂窝夹芯板的工程应用具有指导意义。
2017, 34(8): 1825-1832.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161107.001
摘要:
采用Gleeble-1500热模拟试验机和透射电子显微镜研究了变形温度为300~900℃，应变速率为0.01~10 s-1条件下Al2O3/Cu复合材料的高温流变行为和组织演变规律，并利用Arrhenius关系和Zener-Hollomn参数构建了合金的峰值屈服应力、变形温度和应变速率三者之间的本构方程。结果表明：Al2O3/Cu复合材料的流变应力-应变曲线为典型的动态再结晶类型，其曲线由加工硬化、动态软化和稳定流变3个阶段组成，当变形温度一定时，流变应力随应变速率的增大而增大，而当应变速率固定时，流变应力随变形温度的升高而减小；求解得到复合材料的结构因子ln A为15.2391，应力水平参数a为0.020788 mm2/N，应力指数n为5.933035，变形激活能Q为2.1697×105 kJ/mol；随着变形温度的升高，基体内位错密度逐渐下降，并呈现出明显的再结晶特征，而当固定变形温度时，随着应变速率的增大，基体内位错密度呈先增大后下降趋势。基于微观组织演变和热加工图，Al2O3/Cu复合材料的最佳热加工参数范围为热加工温度500~850℃、应变速率低于0.1 s-1。
采用Gleeble-1500热模拟试验机和透射电子显微镜研究了变形温度为300~900℃，应变速率为0.01~10 s-1条件下Al2O3/Cu复合材料的高温流变行为和组织演变规律，并利用Arrhenius关系和Zener-Hollomn参数构建了合金的峰值屈服应力、变形温度和应变速率三者之间的本构方程。结果表明：Al2O3/Cu复合材料的流变应力-应变曲线为典型的动态再结晶类型，其曲线由加工硬化、动态软化和稳定流变3个阶段组成，当变形温度一定时，流变应力随应变速率的增大而增大，而当应变速率固定时，流变应力随变形温度的升高而减小；求解得到复合材料的结构因子ln A为15.2391，应力水平参数a为0.020788 mm2/N，应力指数n为5.933035，变形激活能Q为2.1697×105 kJ/mol；随着变形温度的升高，基体内位错密度逐渐下降，并呈现出明显的再结晶特征，而当固定变形温度时，随着应变速率的增大，基体内位错密度呈先增大后下降趋势。基于微观组织演变和热加工图，Al2O3/Cu复合材料的最佳热加工参数范围为热加工温度500~850℃、应变速率低于0.1 s-1。
2017, 34(8): 1833-1838.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161116.003
摘要:
采用渗流铸造法制备了含不同体积分数W纤维的Wf/Zr基非晶合金复合材料，其中Wf体积分数分别为47%、66%、77%和86%。研究了Wf体积分数对Zr基非晶复合材料室温准静态压缩力学性能以及变形行为的影响。结果表明：随Wf体积分数的增加，Wf/Zr基非晶复合材料的屈服强度单调增大，塑性应变先增大后减小，Wf体积分数为66%时塑性应变最大，Wf/Zr基非晶复合材料塑性应变的变化主要取决于非晶基体和Wf相互作用的程度。随着应变量的增大，基体中剪切带的数量和密度也随之增大，主剪切带向大于45°方向偏转。由于压头的影响，Wf/Zr基非晶复合材料压缩过程中样品端部和中部的受力状态不同，导致两部分的剪切带方向也明显不同。随Wf体积分数的增大，Wf/Zr基非晶复合材料的断裂方式由剪切断裂向纵向劈裂转变，断裂行为符合摩尔库伦准则。
采用渗流铸造法制备了含不同体积分数W纤维的Wf/Zr基非晶合金复合材料，其中Wf体积分数分别为47%、66%、77%和86%。研究了Wf体积分数对Zr基非晶复合材料室温准静态压缩力学性能以及变形行为的影响。结果表明：随Wf体积分数的增加，Wf/Zr基非晶复合材料的屈服强度单调增大，塑性应变先增大后减小，Wf体积分数为66%时塑性应变最大，Wf/Zr基非晶复合材料塑性应变的变化主要取决于非晶基体和Wf相互作用的程度。随着应变量的增大，基体中剪切带的数量和密度也随之增大，主剪切带向大于45°方向偏转。由于压头的影响，Wf/Zr基非晶复合材料压缩过程中样品端部和中部的受力状态不同，导致两部分的剪切带方向也明显不同。随Wf体积分数的增大，Wf/Zr基非晶复合材料的断裂方式由剪切断裂向纵向劈裂转变，断裂行为符合摩尔库伦准则。
2017, 34(8): 1839-1846.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161008.002
摘要:
利用动态剪切流变仪（DSR）和原子力显微镜（AFM）对冻融循环前后的基质沥青和胶粉改性沥青进行测试，比较分析了不同盐浓度和冻融循环次数下两种沥青的动态黏弹参数及微观结构，并测试了冻融前后两种沥青的基本指标。结果表明：经历冻融循环后，基质沥青储存模量和车辙因子均增加，疲劳因子减小，而胶粉改性沥青没有明显变化，冻融循环增加了基质沥青的高温弹性性能，但显著降低了抗疲劳性能，而冻融循环对胶粉改性沥青的高温性能影响不大；AFM观测表明基质沥青出现"蜂形"结构，冻融循环后"蜂形"变大、变长，而胶粉改性沥青的结构几乎没有变化，因此北方寒冷地区使用胶粉改性沥青作为路面材料更具优势。
利用动态剪切流变仪（DSR）和原子力显微镜（AFM）对冻融循环前后的基质沥青和胶粉改性沥青进行测试，比较分析了不同盐浓度和冻融循环次数下两种沥青的动态黏弹参数及微观结构，并测试了冻融前后两种沥青的基本指标。结果表明：经历冻融循环后，基质沥青储存模量和车辙因子均增加，疲劳因子减小，而胶粉改性沥青没有明显变化，冻融循环增加了基质沥青的高温弹性性能，但显著降低了抗疲劳性能，而冻融循环对胶粉改性沥青的高温性能影响不大；AFM观测表明基质沥青出现"蜂形"结构，冻融循环后"蜂形"变大、变长，而胶粉改性沥青的结构几乎没有变化，因此北方寒冷地区使用胶粉改性沥青作为路面材料更具优势。
2017, 34(8): 1847-1852.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161124.001
摘要:
以表面改性煤矸石粉、Bi （NO3）3·5H2O和NH4Cl为原料，采用超声化学法制备了BiOCl/煤矸石前驱体；并通过BiOCl/煤矸石前驱体和硫代乙酰胺（TAA）的阴离子交换反应，原位制备了Bi2S3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂。利用XRD和SEM对Bi2S3-BiOCl/煤矸石复合光催化材料的结构及表面形貌进行了表征，并以可见光为光源，甲基橙为目标降解物，对其光催化活性进行了研究。结果表明：在可见光辐照下，Bi2S3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂表现出较高的光催化降解能力，这是由于Bi2S3与BiOCl复合后形成的异质结促进了光生电子和光生空穴的分离，抑制了它们的复合。
以表面改性煤矸石粉、Bi （NO3）3·5H2O和NH4Cl为原料，采用超声化学法制备了BiOCl/煤矸石前驱体；并通过BiOCl/煤矸石前驱体和硫代乙酰胺（TAA）的阴离子交换反应，原位制备了Bi2S3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂。利用XRD和SEM对Bi2S3-BiOCl/煤矸石复合光催化材料的结构及表面形貌进行了表征，并以可见光为光源，甲基橙为目标降解物，对其光催化活性进行了研究。结果表明：在可见光辐照下，Bi2S3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂表现出较高的光催化降解能力，这是由于Bi2S3与BiOCl复合后形成的异质结促进了光生电子和光生空穴的分离，抑制了它们的复合。
2017, 34(8): 1853-1861.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161202.002
摘要:
通过劈裂试验和渗透试验，研究了结构型钢纤维、聚丙烯粗纤维和聚丙烯细纤维对开裂后混凝土的裂缝恢复率、劈裂韧性和渗透系数的影响。研究结果表明：钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入可限制裂缝扩展，使混凝土由脆性破坏转为韧性破坏，提高开裂混凝土在卸载后裂缝的恢复作用，显著减小开裂后混凝土的渗透系数。钢纤维掺量越高，裂缝恢复和渗透性降低越明显，钢纤维掺量由25 kg/m3增加至55 kg/m3时，渗透系数减小了87%。钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入具有较好的正混杂效应，当裂缝宽度为150 μm时卸载，单掺25 kg/m3钢纤维和4 kg/m3聚丙烯粗纤维与单掺35 kg/m3钢纤维相比，渗透系数减小了60%。而聚丙烯细纤维对开裂混凝土的裂缝恢复和渗透性影响较小。
通过劈裂试验和渗透试验，研究了结构型钢纤维、聚丙烯粗纤维和聚丙烯细纤维对开裂后混凝土的裂缝恢复率、劈裂韧性和渗透系数的影响。研究结果表明：钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入可限制裂缝扩展，使混凝土由脆性破坏转为韧性破坏，提高开裂混凝土在卸载后裂缝的恢复作用，显著减小开裂后混凝土的渗透系数。钢纤维掺量越高，裂缝恢复和渗透性降低越明显，钢纤维掺量由25 kg/m3增加至55 kg/m3时，渗透系数减小了87%。钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入具有较好的正混杂效应，当裂缝宽度为150 μm时卸载，单掺25 kg/m3钢纤维和4 kg/m3聚丙烯粗纤维与单掺35 kg/m3钢纤维相比，渗透系数减小了60%。而聚丙烯细纤维对开裂混凝土的裂缝恢复和渗透性影响较小。
2017, 34(8): 1862-1869.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161124.004
摘要:
通过不同钢纤维体积分数及不同试件尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验，研究了普通乱向及定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗起裂特性。利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线，分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响，并基于线性相关系数陡降法计算了起裂韧度。结果表明，定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度明显高于普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料；起裂韧度随钢纤维体积分数的增加而逐渐增大，当钢纤维体积分数达到0.9%左右时，定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度值趋于稳定；在本试件高度范围内（40~100 mm），起裂韧度随试件尺寸增加而逐渐增大，且定向钢纤维增强水泥基复合材料的增长趋势较为平缓。此外，从裂缝尖端夹杂改变其应力强度因子的角度解释了钢纤维的掺入及定向对起裂韧度的提高作用。
通过不同钢纤维体积分数及不同试件尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验，研究了普通乱向及定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗起裂特性。利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线，分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响，并基于线性相关系数陡降法计算了起裂韧度。结果表明，定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度明显高于普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料；起裂韧度随钢纤维体积分数的增加而逐渐增大，当钢纤维体积分数达到0.9%左右时，定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度值趋于稳定；在本试件高度范围内（40~100 mm），起裂韧度随试件尺寸增加而逐渐增大，且定向钢纤维增强水泥基复合材料的增长趋势较为平缓。此外，从裂缝尖端夹杂改变其应力强度因子的角度解释了钢纤维的掺入及定向对起裂韧度的提高作用。
2017, 34(8): 1870-1877.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20161207.001
摘要:
以聚氨酯弹性体钢夹层板为研究对象，对黏弹性夹芯夹层结构三点弯曲实验卸载后裂纹会沿层间方向继续扩展这一现象进行研究。开展了不同硬度夹芯的双悬臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）实验和单悬臂梁（SLB）实验，测得了临界应变能释放率。在假设裂纹张开角度在开裂过程中不变的前提下，推导了临界应变能释放率的计算公式。并计算了软夹芯试件和硬夹芯试件的临界破坏的裂纹长度。结果表明，虽然存有一定的局限性，但是裂纹张开角度能够描述黏弹性夹层结构的层间裂纹扩展，获得的结果能够描述聚氨酯弹性体钢夹层板的层间延迟破坏的特点。
以聚氨酯弹性体钢夹层板为研究对象，对黏弹性夹芯夹层结构三点弯曲实验卸载后裂纹会沿层间方向继续扩展这一现象进行研究。开展了不同硬度夹芯的双悬臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）实验和单悬臂梁（SLB）实验，测得了临界应变能释放率。在假设裂纹张开角度在开裂过程中不变的前提下，推导了临界应变能释放率的计算公式。并计算了软夹芯试件和硬夹芯试件的临界破坏的裂纹长度。结果表明，虽然存有一定的局限性，但是裂纹张开角度能够描述黏弹性夹层结构的层间裂纹扩展，获得的结果能够描述聚氨酯弹性体钢夹层板的层间延迟破坏的特点。
