2018年 第35卷 第6期
2018, 35(6): 1361-1376.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180327.001
摘要:
在外部成型条件和内部材料各向异性的影响下，脱模后复合材料构件不可避免的产生固化变形，解析预测方法可以快速的预估复合材料的固化变形并能解释其潜在的变形机制，因而被广泛研究。本文介绍了热固性复合材料固化变形的产生因素和来源，并重点了详述了平板和曲型复合材料构件固化变形解析预测方法的最新进展，并分析其优缺点，为复合材料固化变形预测提供方向和参考。最后简要讨论了当前复合材料固化变形解析预测的主要发展方向。
在外部成型条件和内部材料各向异性的影响下，脱模后复合材料构件不可避免的产生固化变形，解析预测方法可以快速的预估复合材料的固化变形并能解释其潜在的变形机制，因而被广泛研究。本文介绍了热固性复合材料固化变形的产生因素和来源，并重点了详述了平板和曲型复合材料构件固化变形解析预测方法的最新进展，并分析其优缺点，为复合材料固化变形预测提供方向和参考。最后简要讨论了当前复合材料固化变形解析预测的主要发展方向。
2018, 35(6): 1377-1385.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170725.002
摘要:
以1，4-双（4-氨基-2-三氟甲基苯氧基）苯（6FAPB）和3，3'，4，4'-二苯醚四酸二酐（ODPA）为合成聚酰亚胺（PI）的单体，首先采用原位氨基化方法使氧化石墨烯（GO）与6FAPB反应转变为原位氨基化GO，再与ODPA和剩余的6FAPB发生聚合反应得到原位氨基化GO/聚酰胺酸（PAA）溶液。涂膜后，经热酰亚胺化制备出GO质量分数分别为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt%的原位氨基化GO/PI复合材料膜。利用FTIR、XPS、XRD、UV-vis、TGA、TMA、SEM、拉伸性能测试及接触角测试对原位氨基化GO/PI复合材料的结构和性能进行表征。结果表明，原位氨基化使GO以化学键与PI大分子链连接，有利于GO在复合材料基体中的稳定和均匀分散。XRD结果表明，所得到的原位氨基化GO/PI复合材料膜均为无定型结构。随GO质量分数增加，原位氨基化GO/PI复合材料薄膜的光学透明性急剧降低，但力学性能和热稳定性有一定提高。当GO的质量分数为1.0wt%时，原位氨基化GO/PI复合材料的拉伸强度由64 MPa增加到83 MPa，杨氏模量由1.67 GPa提高到2.10 GPa，10%热失重温度由593℃增加到597℃，玻璃化转变温度变化不大。由于热酰亚胺化后GO表面的大部分含氧官能团消失，原位氨基化GO/PI复合材料膜的吸水率由0.86%降低至0.58%，水接触角由72.5°增加到77.8°。
以1，4-双（4-氨基-2-三氟甲基苯氧基）苯（6FAPB）和3，3'，4，4'-二苯醚四酸二酐（ODPA）为合成聚酰亚胺（PI）的单体，首先采用原位氨基化方法使氧化石墨烯（GO）与6FAPB反应转变为原位氨基化GO，再与ODPA和剩余的6FAPB发生聚合反应得到原位氨基化GO/聚酰胺酸（PAA）溶液。涂膜后，经热酰亚胺化制备出GO质量分数分别为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt%的原位氨基化GO/PI复合材料膜。利用FTIR、XPS、XRD、UV-vis、TGA、TMA、SEM、拉伸性能测试及接触角测试对原位氨基化GO/PI复合材料的结构和性能进行表征。结果表明，原位氨基化使GO以化学键与PI大分子链连接，有利于GO在复合材料基体中的稳定和均匀分散。XRD结果表明，所得到的原位氨基化GO/PI复合材料膜均为无定型结构。随GO质量分数增加，原位氨基化GO/PI复合材料薄膜的光学透明性急剧降低，但力学性能和热稳定性有一定提高。当GO的质量分数为1.0wt%时，原位氨基化GO/PI复合材料的拉伸强度由64 MPa增加到83 MPa，杨氏模量由1.67 GPa提高到2.10 GPa，10%热失重温度由593℃增加到597℃，玻璃化转变温度变化不大。由于热酰亚胺化后GO表面的大部分含氧官能团消失，原位氨基化GO/PI复合材料膜的吸水率由0.86%降低至0.58%，水接触角由72.5°增加到77.8°。
2018, 35(6): 1386-1394.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170725.001
摘要:
以1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）活化丙烯酸（AA）羧基与小麦麸质蛋白（WG）接枝交联，酵母菌素分解WG中淀粉等多糖产生的CO2作为孔模板，水溶液中自由基聚合制备了WG/聚丙烯酸钠（PNaA）多孔复合水凝胶（WG/PNaA）。FTIR分析表明，WG链上—OH、—NH2等与AA成功接枝，并与中和的丙烯酸钠（NaA）在N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）存在下聚合交联。场发射SEM（FESEM）证实，适量酵母菌素在WG体系中产生的CO2可作为孔模板，在WG/PNaA网络中形成蜂窝状多孔结构，这种孔状结构不仅提高了WG/PNaA复合水凝胶在蒸馏水和生理盐水中的平衡溶胀倍率，也使其Schott's准二级动力学起始溶胀速率常数Kis提高至无酵母致孔样的5倍，Ritger半经验方程分析也证实其扩散系数n=0.5642，为non-Fickian溶胀，即孔状网络在凝胶溶胀初期有利于水分子快速扩散。考察了WG/PNaA复合水凝胶在蒸馏水-生理盐水、pH为2.2和7.4时磷酸缓冲溶液中的溶胀敏感性。结果表明，经过5次反复溶胀-去溶胀循环后仍具有良好的响应性，即多孔WG/PNaA复合凝胶同时具有灵敏可逆的盐和pH敏感性，为该水凝胶在药物控释领域应用提供了潜在可能。
以1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）活化丙烯酸（AA）羧基与小麦麸质蛋白（WG）接枝交联，酵母菌素分解WG中淀粉等多糖产生的CO2作为孔模板，水溶液中自由基聚合制备了WG/聚丙烯酸钠（PNaA）多孔复合水凝胶（WG/PNaA）。FTIR分析表明，WG链上—OH、—NH2等与AA成功接枝，并与中和的丙烯酸钠（NaA）在N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）存在下聚合交联。场发射SEM（FESEM）证实，适量酵母菌素在WG体系中产生的CO2可作为孔模板，在WG/PNaA网络中形成蜂窝状多孔结构，这种孔状结构不仅提高了WG/PNaA复合水凝胶在蒸馏水和生理盐水中的平衡溶胀倍率，也使其Schott's准二级动力学起始溶胀速率常数Kis提高至无酵母致孔样的5倍，Ritger半经验方程分析也证实其扩散系数n=0.5642，为non-Fickian溶胀，即孔状网络在凝胶溶胀初期有利于水分子快速扩散。考察了WG/PNaA复合水凝胶在蒸馏水-生理盐水、pH为2.2和7.4时磷酸缓冲溶液中的溶胀敏感性。结果表明，经过5次反复溶胀-去溶胀循环后仍具有良好的响应性，即多孔WG/PNaA复合凝胶同时具有灵敏可逆的盐和pH敏感性，为该水凝胶在药物控释领域应用提供了潜在可能。
2018, 35(6): 1395-1401.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170825.004
摘要:
以端羧基丁腈橡胶（CTBN）和纳米SiO2（nano SiO2）为增韧剂，先利用相反转法将CTBN与环氧树脂（EP）的共聚物制备成乳液，然后加入nano SiO2进行共混，最后加入固化剂经梯度升温固化制得nano SiO2-CTBN改性的水性环氧树脂（nano SiO2-CTBN/WEP）复合材料。通过FTIR、SEM、TEM、万能拉伸试验仪和TG对nano SiO2-CTBN/WEP复合材料的性能进行表征。结果表明：当CTBN含量为20%（与EP E-51的质量比）时，所制备的CTBN/WEP具有较好的储存稳定性，在此基础上加入nano SiO2，当其含量为3%时增韧效果最好，nano SiO2-CTBN/WEP的拉伸强度达14.5 MPa，断裂伸长率达9.1%，冲击强度为11.3 kJ/m2，弯曲强度达22.4 MPa，较未添加nano SiO2的CTBN/WEP分别提高了40.1%、27.4%、73.9%和72.7%，其初始热分解温度也提高了近25℃。
以端羧基丁腈橡胶（CTBN）和纳米SiO2（nano SiO2）为增韧剂，先利用相反转法将CTBN与环氧树脂（EP）的共聚物制备成乳液，然后加入nano SiO2进行共混，最后加入固化剂经梯度升温固化制得nano SiO2-CTBN改性的水性环氧树脂（nano SiO2-CTBN/WEP）复合材料。通过FTIR、SEM、TEM、万能拉伸试验仪和TG对nano SiO2-CTBN/WEP复合材料的性能进行表征。结果表明：当CTBN含量为20%（与EP E-51的质量比）时，所制备的CTBN/WEP具有较好的储存稳定性，在此基础上加入nano SiO2，当其含量为3%时增韧效果最好，nano SiO2-CTBN/WEP的拉伸强度达14.5 MPa，断裂伸长率达9.1%，冲击强度为11.3 kJ/m2，弯曲强度达22.4 MPa，较未添加nano SiO2的CTBN/WEP分别提高了40.1%、27.4%、73.9%和72.7%，其初始热分解温度也提高了近25℃。
2018, 35(6): 1402-1406.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170623.002
摘要:
以碳纤维（CF）作填料，制备了CF/聚乳酸（CF/PLA）复合材料，CF的质量比（CF∶PLA）为1%、3%、5%、10%和15%。研究了PLA及CF/PLA复合材料的结晶性能和流变特性。结果表明，质量比≤3%时，CF在基体中起到了异相成核的作用，提高了PLA的结晶性能，XRD衍射峰强度增强，CF/PLA复合材料结晶温度和结晶度分别提高到112.5℃和30.7%，流变特性与纯PLA相似。CF的质量比增加到5%时，达到"渗流阈值"，黏度激增，限制了分子链段的自由运动，导致CF/PLA复合材料结晶性能下降。CF质量比为15%时，CF/PLA复合材料结晶温度降低至93.1℃，结晶度只有2.5%。
以碳纤维（CF）作填料，制备了CF/聚乳酸（CF/PLA）复合材料，CF的质量比（CF∶PLA）为1%、3%、5%、10%和15%。研究了PLA及CF/PLA复合材料的结晶性能和流变特性。结果表明，质量比≤3%时，CF在基体中起到了异相成核的作用，提高了PLA的结晶性能，XRD衍射峰强度增强，CF/PLA复合材料结晶温度和结晶度分别提高到112.5℃和30.7%，流变特性与纯PLA相似。CF的质量比增加到5%时，达到"渗流阈值"，黏度激增，限制了分子链段的自由运动，导致CF/PLA复合材料结晶性能下降。CF质量比为15%时，CF/PLA复合材料结晶温度降低至93.1℃，结晶度只有2.5%。
2018, 35(6): 1407-1413.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170727.001
摘要:
采用聚醚胺（POP）和十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）作为改性剂，通过离子交换法制备了改性蒙脱土（POP-MMT和OTAC-MMT）；以4，4'-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺（MBMI）、3，3'-二烯丙基双酚A（BBA）、双酚A和双烯丙基醚（BBE）为原料制备了复合材料基体（MBMI-BBA-BBE）；利用原位聚合法将POP-MMT和OTAC-MMT分别掺杂于基体中制备POP-MMT/MBMI-BBA-BBE和OTAC-MMT/MBMI-BBA-BBE复合材料。FTIR图谱显示，两种改性蒙脱土片层中均引入了新的基团并成功实现改性。XRD结果表明，OTAC-MMT和POP-MMT层间距相对于钠基蒙脱土（Na-MMT）均增大。SEM图像显示：复合材料的表面更加粗糙，改性蒙脱土分散均匀，出现了银纹和微裂纹并向不同方向发展，呈韧性断裂。力学性能测试结果表明：POP-MMT/MBMI-BBA-BBE和OTAC-MMT/MBMI-BBA-BBE的冲击强度及弯曲强度均先增加后降低，且均高于Na-MMT/MBMI-BBA-BBE和MBMI-BBA-BBE，力学性能提高明显，尤其OTAC-MMT/MBMI-BBA-BBE复合材料的效果更为显著。
采用聚醚胺（POP）和十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）作为改性剂，通过离子交换法制备了改性蒙脱土（POP-MMT和OTAC-MMT）；以4，4'-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺（MBMI）、3，3'-二烯丙基双酚A（BBA）、双酚A和双烯丙基醚（BBE）为原料制备了复合材料基体（MBMI-BBA-BBE）；利用原位聚合法将POP-MMT和OTAC-MMT分别掺杂于基体中制备POP-MMT/MBMI-BBA-BBE和OTAC-MMT/MBMI-BBA-BBE复合材料。FTIR图谱显示，两种改性蒙脱土片层中均引入了新的基团并成功实现改性。XRD结果表明，OTAC-MMT和POP-MMT层间距相对于钠基蒙脱土（Na-MMT）均增大。SEM图像显示：复合材料的表面更加粗糙，改性蒙脱土分散均匀，出现了银纹和微裂纹并向不同方向发展，呈韧性断裂。力学性能测试结果表明：POP-MMT/MBMI-BBA-BBE和OTAC-MMT/MBMI-BBA-BBE的冲击强度及弯曲强度均先增加后降低，且均高于Na-MMT/MBMI-BBA-BBE和MBMI-BBA-BBE，力学性能提高明显，尤其OTAC-MMT/MBMI-BBA-BBE复合材料的效果更为显著。
2018, 35(6): 1414-1420.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170904.001
摘要:
为了研究取向磁场强度对磁流变弹性体（MRE）动态黏弹性的影响规律及影响机制，采用溶剂热法制备球状钴颗粒，SEM和XRD表征结果显示，其粒径为1~2 μm，呈密排六方结构。以硅橡胶为基体，以钴颗粒为填充相，分别在0 mT、480 mT、1 154 mT取向磁场强度下制备MRE，并在不同工况下测试其动态黏弹性。实验结果表明，Co颗粒填充的MRE微观结构的有序性随取向磁场强度增大而增加，其储能模量G'、损耗模量G ″和磁流变效应也随之提高；当取向磁场强度增大到一定程度，由于有序结构趋于稳定，动态黏弹性随取向磁场的变化较小。
为了研究取向磁场强度对磁流变弹性体（MRE）动态黏弹性的影响规律及影响机制，采用溶剂热法制备球状钴颗粒，SEM和XRD表征结果显示，其粒径为1~2 μm，呈密排六方结构。以硅橡胶为基体，以钴颗粒为填充相，分别在0 mT、480 mT、1 154 mT取向磁场强度下制备MRE，并在不同工况下测试其动态黏弹性。实验结果表明，Co颗粒填充的MRE微观结构的有序性随取向磁场强度增大而增加，其储能模量G'、损耗模量G ″和磁流变效应也随之提高；当取向磁场强度增大到一定程度，由于有序结构趋于稳定，动态黏弹性随取向磁场的变化较小。
2018, 35(6): 1421-1427.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170821.006
摘要:
以原位乳液聚合方法合成水性聚氨酯预聚体（WPUP）包覆纳米ZnO粒子（ZnO@WPUP），将KOH预处理后的芳纶纤维浸渍在改性ZnO乳液中进行二次处理，进一步与天然橡胶硫化，得到ZnO@WPUP改性芳纶/橡胶复合材料，并通过FTIR、SEM和H抽出实验等测试分析ZnO@WPUP对芳纶/橡胶复合材料黏合性能的影响。结果表明：WPUP能有效提高ZnO分散性，随着WPUP含量增加，ZnO@WPUP在芳纶纤维表面分散更加均匀，纤维表面粗糙度增大，改善了芳纶纤维表面橡胶的黏附量，从而大幅度提高芳纶/橡胶复合材料的黏结强度。
以原位乳液聚合方法合成水性聚氨酯预聚体（WPUP）包覆纳米ZnO粒子（ZnO@WPUP），将KOH预处理后的芳纶纤维浸渍在改性ZnO乳液中进行二次处理，进一步与天然橡胶硫化，得到ZnO@WPUP改性芳纶/橡胶复合材料，并通过FTIR、SEM和H抽出实验等测试分析ZnO@WPUP对芳纶/橡胶复合材料黏合性能的影响。结果表明：WPUP能有效提高ZnO分散性，随着WPUP含量增加，ZnO@WPUP在芳纶纤维表面分散更加均匀，纤维表面粗糙度增大，改善了芳纶纤维表面橡胶的黏附量，从而大幅度提高芳纶/橡胶复合材料的黏结强度。
2018, 35(6): 1428-1435.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170905.006
摘要:
采用不同的稀土改性剂（La、Ce、Pr、Nd和Sm）对SiO2和玻璃纤维（GF）进行改性处理，SiO2含量为55wt%，GF含量为2wt%。填料改性处理后与聚四氟乙烯（PTFE）分散液在高速分散机中混合，然后通过热压烧结法制得GF-SiO2/PTFE复合材料。考察了不同的稀土改性剂对GF-SiO2/PTFE复合材料吸水性、介电性能、热膨胀系数和力学性能的影响。采用FTIR手段对稀土La改性剂，未改性的填料和改性后的填料结构进行了测试。并用SEM和EDS对复合材料的断口形貌及表面处理前后填料的形貌进行观察和能谱分析。结果表明：由于稀土La的电子层结构比其他轻稀土更稳定，对阴离子的吸引作用比其他轻稀土强，稀土La改性剂比其他的稀土改性剂能更好地促进填料GF与PTFE界面粘合，改善GF-SiO2/PTFE复合材料性能。GF-SiO2/PTFE复合材料的介电性能受到La含量的影响，当La含量为0.3wt%时介电性能最佳。
采用不同的稀土改性剂（La、Ce、Pr、Nd和Sm）对SiO2和玻璃纤维（GF）进行改性处理，SiO2含量为55wt%，GF含量为2wt%。填料改性处理后与聚四氟乙烯（PTFE）分散液在高速分散机中混合，然后通过热压烧结法制得GF-SiO2/PTFE复合材料。考察了不同的稀土改性剂对GF-SiO2/PTFE复合材料吸水性、介电性能、热膨胀系数和力学性能的影响。采用FTIR手段对稀土La改性剂，未改性的填料和改性后的填料结构进行了测试。并用SEM和EDS对复合材料的断口形貌及表面处理前后填料的形貌进行观察和能谱分析。结果表明：由于稀土La的电子层结构比其他轻稀土更稳定，对阴离子的吸引作用比其他轻稀土强，稀土La改性剂比其他的稀土改性剂能更好地促进填料GF与PTFE界面粘合，改善GF-SiO2/PTFE复合材料性能。GF-SiO2/PTFE复合材料的介电性能受到La含量的影响，当La含量为0.3wt%时介电性能最佳。
2018, 35(6): 1436-1442.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170814.002
摘要:
为了评估碳纤维/环氧树脂基复合材料位于不同飞机雷击分区下的雷击损伤程度及损伤特征，采用A+B、D+B+C和A+B+C+D 3种不同的雷电流波形组合，对两类不同尺寸复合材料层压板试验件（Type1和Type2）进行了模拟雷电流冲击试验，通过目视损伤观察和超声损伤扫描，分析评估了复合材料位于飞机1A区、2A区及1B区时的雷击损伤程度及特征，同时还对含铜网防护碳纤维/环氧树脂基复合材料层压板在不同雷击分区下的雷击防护效果进行了评估。结果表明：不同雷击分区下，碳纤维/环氧树脂基复合材料在雷电流作用下的损伤模式基本一致，包括纤维断裂、基体烧蚀及分层损伤；对于相同类型试验件，1B区对应雷击损伤程度最严重，其次为2A区，1A区损伤程度最小；在相同雷击分区下，长宽比较小的Type1型试验件雷击损伤程度大于长宽比较大的Type2型试验件；0.25 mm厚铜网能够有效对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行雷击防护，位于1A区、2A区及1B区的含防护与无防护Type2型试件，前者雷击损伤程度较后者分别下降88.9%、53.9%和68.7%。
为了评估碳纤维/环氧树脂基复合材料位于不同飞机雷击分区下的雷击损伤程度及损伤特征，采用A+B、D+B+C和A+B+C+D 3种不同的雷电流波形组合，对两类不同尺寸复合材料层压板试验件（Type1和Type2）进行了模拟雷电流冲击试验，通过目视损伤观察和超声损伤扫描，分析评估了复合材料位于飞机1A区、2A区及1B区时的雷击损伤程度及特征，同时还对含铜网防护碳纤维/环氧树脂基复合材料层压板在不同雷击分区下的雷击防护效果进行了评估。结果表明：不同雷击分区下，碳纤维/环氧树脂基复合材料在雷电流作用下的损伤模式基本一致，包括纤维断裂、基体烧蚀及分层损伤；对于相同类型试验件，1B区对应雷击损伤程度最严重，其次为2A区，1A区损伤程度最小；在相同雷击分区下，长宽比较小的Type1型试验件雷击损伤程度大于长宽比较大的Type2型试验件；0.25 mm厚铜网能够有效对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行雷击防护，位于1A区、2A区及1B区的含防护与无防护Type2型试件，前者雷击损伤程度较后者分别下降88.9%、53.9%和68.7%。
2018, 35(6): 1443-1451.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170821.001
摘要:
以PVC泡沫或Balsa轻木为芯材的玻璃纤维增强树脂基复合材料（GRP）夹芯板目前广泛应用于船舶与海洋工程结构中。论文设计不同参数的GRP夹芯板-钢板混合接头模型，进行四点弯曲加载下的静力及疲劳试验研究，同时运用ABAQUS软件结合MSC.fatigue软件对接头的静态及疲劳弯曲失效进行数值模拟，分析了接头的弯曲强度、刚度和失效模式，并研究了接头填充区材料及长度、钢板嵌入填充区长度等参数对接头弯曲性能的影响。结果表明：弯曲载荷作用下接头破坏发生在连接结合部，失效模式则因填充区的不同设计而不同；对提高接头的弯曲性能较为明显的设计参数包括将钢板延伸到接头填充区或者选择Balsa轻木替代PVC泡沫芯材；对于受到疲劳弯曲载荷的接头模型，在较大疲劳载荷水平下，所有试件在未达到106次循环时均发生了疲劳破坏；而在相对较小的疲劳载荷水平下，经过106次循环后所有试件全部完好，并且接头的剩余强度与疲劳试验前的静强度相近，表明小载荷水平下接头的疲劳次数对其承载能力无影响。
以PVC泡沫或Balsa轻木为芯材的玻璃纤维增强树脂基复合材料（GRP）夹芯板目前广泛应用于船舶与海洋工程结构中。论文设计不同参数的GRP夹芯板-钢板混合接头模型，进行四点弯曲加载下的静力及疲劳试验研究，同时运用ABAQUS软件结合MSC.fatigue软件对接头的静态及疲劳弯曲失效进行数值模拟，分析了接头的弯曲强度、刚度和失效模式，并研究了接头填充区材料及长度、钢板嵌入填充区长度等参数对接头弯曲性能的影响。结果表明：弯曲载荷作用下接头破坏发生在连接结合部，失效模式则因填充区的不同设计而不同；对提高接头的弯曲性能较为明显的设计参数包括将钢板延伸到接头填充区或者选择Balsa轻木替代PVC泡沫芯材；对于受到疲劳弯曲载荷的接头模型，在较大疲劳载荷水平下，所有试件在未达到106次循环时均发生了疲劳破坏；而在相对较小的疲劳载荷水平下，经过106次循环后所有试件全部完好，并且接头的剩余强度与疲劳试验前的静强度相近，表明小载荷水平下接头的疲劳次数对其承载能力无影响。
2018, 35(6): 1452-1463.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170821.008
摘要:
针对含薄壁钢内衬碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）多角度交替缠绕复合圆筒的剩余应力计算问题，基于正交各向异性材料的厚壁圆筒理论和弹性叠加理论，提出了考虑卸去芯模影响的多角度交替缠绕下CFRP各层和钢内衬剩余应力的逐层叠加算法，研究了恒缠绕张力下，芯模厚度和螺旋层缠绕角对CFRP各层和钢内衬剩余应力的影响。计算表明：芯模厚度越大则CFRP层剩余应力越低，但芯模厚度过大将减弱缠绕张力对钢内衬的强化效应；螺旋层缠绕角约65°时，环向层剩余应力出现极小值，螺旋层剩余应力和内衬剩余应力均出现极大值。针对缠绕张力对钢内衬的强化效应，通过水压试验加载过程中钢内衬声发射特征与复合圆筒外壁应变测试，测得的钢内衬屈服载荷与理论预测值一致，基本证实了算法的有效性。为提高CFRP层缠绕质量，基于等剩余应力假设，提出了多角度交替缠绕张力制度优化设计思路，适用于内压管的张力制度优化。
针对含薄壁钢内衬碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）多角度交替缠绕复合圆筒的剩余应力计算问题，基于正交各向异性材料的厚壁圆筒理论和弹性叠加理论，提出了考虑卸去芯模影响的多角度交替缠绕下CFRP各层和钢内衬剩余应力的逐层叠加算法，研究了恒缠绕张力下，芯模厚度和螺旋层缠绕角对CFRP各层和钢内衬剩余应力的影响。计算表明：芯模厚度越大则CFRP层剩余应力越低，但芯模厚度过大将减弱缠绕张力对钢内衬的强化效应；螺旋层缠绕角约65°时，环向层剩余应力出现极小值，螺旋层剩余应力和内衬剩余应力均出现极大值。针对缠绕张力对钢内衬的强化效应，通过水压试验加载过程中钢内衬声发射特征与复合圆筒外壁应变测试，测得的钢内衬屈服载荷与理论预测值一致，基本证实了算法的有效性。为提高CFRP层缠绕质量，基于等剩余应力假设，提出了多角度交替缠绕张力制度优化设计思路，适用于内压管的张力制度优化。
2018, 35(6): 1464-1471.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170815.001
摘要:
选用4种壳类纤维—椰子壳、榛子壳、核桃壳和稻壳为填充材料，聚氯乙烯（PVC）为基体材料，制备壳类纤维/PVC复合材料，对4种壳类纤维进行了FTIR和热分析，对4种壳类纤维/PVC复合材料进行蠕变及磨损性能测试。结果表明：4种壳类材料中，稻壳纤维中纤维素含量最高，为43.6%，稻壳纤维/PVC复合材料具有较好的结合界面和力学性能，其压缩、拉伸和弯曲强度最高，分别为43.1 MPa、23.2 MPa和46.1 MPa，比强度最低的核桃壳纤维/PVC复合材料分别高出13.7%、33.3%和21.0%，在相同应力作用下，稻壳纤维/PVC复合材料蠕变应变值最小；在相同磨损条件下，稻壳纤维/PVC复合材料的比磨损率最小，其摩擦系数亦为最小。
选用4种壳类纤维—椰子壳、榛子壳、核桃壳和稻壳为填充材料，聚氯乙烯（PVC）为基体材料，制备壳类纤维/PVC复合材料，对4种壳类纤维进行了FTIR和热分析，对4种壳类纤维/PVC复合材料进行蠕变及磨损性能测试。结果表明：4种壳类材料中，稻壳纤维中纤维素含量最高，为43.6%，稻壳纤维/PVC复合材料具有较好的结合界面和力学性能，其压缩、拉伸和弯曲强度最高，分别为43.1 MPa、23.2 MPa和46.1 MPa，比强度最低的核桃壳纤维/PVC复合材料分别高出13.7%、33.3%和21.0%，在相同应力作用下，稻壳纤维/PVC复合材料蠕变应变值最小；在相同磨损条件下，稻壳纤维/PVC复合材料的比磨损率最小，其摩擦系数亦为最小。
2018, 35(6): 1472-1480.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170829.005
摘要:
提出并设计了一种新型的玻璃纤维/树脂复合材料缠绕空心玻璃微珠/树脂实芯球形结构单元。为探讨其在低速大质量冲击载荷作用下的约束损伤演变特征和耐撞能量耗散机制，通过ABAQUS建立该结构单元的数值分析模型并开展了低速大质量冲击试验研究。数值模拟与试验结果对比分析表明，该结构单元耐撞性设计的关键在于表层与内部球形浮力芯材的泊松比匹配性设计。内部球形浮力芯材在环向泊松较低表层约束应力的控制下发生平稳的塑性压缩损伤和剪切断裂破坏，表层在内部球形芯材横向膨胀效应的作用下发生渐进式环向拉伸断裂破坏，呈现花瓣形损伤破坏特征。结果表明，该新型结构单元不仅具有优异的耐撞能量耗散特性，同时能为水下结构平台提供一定的储备浮力。
提出并设计了一种新型的玻璃纤维/树脂复合材料缠绕空心玻璃微珠/树脂实芯球形结构单元。为探讨其在低速大质量冲击载荷作用下的约束损伤演变特征和耐撞能量耗散机制，通过ABAQUS建立该结构单元的数值分析模型并开展了低速大质量冲击试验研究。数值模拟与试验结果对比分析表明，该结构单元耐撞性设计的关键在于表层与内部球形浮力芯材的泊松比匹配性设计。内部球形浮力芯材在环向泊松较低表层约束应力的控制下发生平稳的塑性压缩损伤和剪切断裂破坏，表层在内部球形芯材横向膨胀效应的作用下发生渐进式环向拉伸断裂破坏，呈现花瓣形损伤破坏特征。结果表明，该新型结构单元不仅具有优异的耐撞能量耗散特性，同时能为水下结构平台提供一定的储备浮力。
2018, 35(6): 1481-1489.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170727.004
摘要:
采用基于连续介质损伤理论（CDM）的复合材料三维渐进损伤分析模型，以ABAQUS有限元分析软件为平台，结合VUMAT子程序，对雷击冲击力作用下的复合材料层合板进行了三维动力学分析，研究了雷击冲击力作用下层合板的动力学响应及损伤特性。结果表明，在雷击冲击力作用下，层合板做降幅振荡运动，冲击力做功与层合板内能和动能相互转换，同时伴随着黏性耗散能，冲击力做功大小可用雷电流库伦量与作用积分的函数表示；层合板损伤由外力做功大小决定，对于同种材料，基体、纤维及分层损伤分别存在不同的损伤能量临界值，当冲击力做功大于该值，层合板会产生对应的损伤；在相同边界支持条件下，冲击力总功最大值决定了不同损伤类型损伤状态变量的大小，与波形参数和峰值电流无关。
采用基于连续介质损伤理论（CDM）的复合材料三维渐进损伤分析模型，以ABAQUS有限元分析软件为平台，结合VUMAT子程序，对雷击冲击力作用下的复合材料层合板进行了三维动力学分析，研究了雷击冲击力作用下层合板的动力学响应及损伤特性。结果表明，在雷击冲击力作用下，层合板做降幅振荡运动，冲击力做功与层合板内能和动能相互转换，同时伴随着黏性耗散能，冲击力做功大小可用雷电流库伦量与作用积分的函数表示；层合板损伤由外力做功大小决定，对于同种材料，基体、纤维及分层损伤分别存在不同的损伤能量临界值，当冲击力做功大于该值，层合板会产生对应的损伤；在相同边界支持条件下，冲击力总功最大值决定了不同损伤类型损伤状态变量的大小，与波形参数和峰值电流无关。
2018, 35(6): 1490-1496.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170630.002
摘要:
以通过溶胶-凝胶法制备的中空介孔SiO2（HMSiO2）纳米微球为骨架材料，通过反相微乳液合成使天然高分子壳聚糖（CTS）沉积在HMSiO2纳米微球表面，随后在铈离子引发下于CTS表面进行丙烯腈接枝共聚并偕胺肟化，制备HMSiO2复合壳聚糖接枝聚偕胺肟（PAO）复合纳米粒子（HMSiO2@CTS-g-PAO）。通过FTIR和XRD对HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子的结构进行表征。采用SEM和激光粒度分析仪对HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子的形貌和粒径进行探究。结果表明：HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子的内层为HMSiO2，外层为CTS-g-PAO，是典型的核-壳纳米粒子。以K2Cr2O7为Cr源，探究HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子对CrⅥ的吸附。结果表明，HMSiO2@CTS-g-PAO复合粒子对CrⅥ的吸附过程符合伪二级吸附动力学，主要为化学吸附，对pH=2.0、浓度为91.4 mg/L的K2Cr2O7溶液中铬的最大吸附量高达3.28 mmol/g。
以通过溶胶-凝胶法制备的中空介孔SiO2（HMSiO2）纳米微球为骨架材料，通过反相微乳液合成使天然高分子壳聚糖（CTS）沉积在HMSiO2纳米微球表面，随后在铈离子引发下于CTS表面进行丙烯腈接枝共聚并偕胺肟化，制备HMSiO2复合壳聚糖接枝聚偕胺肟（PAO）复合纳米粒子（HMSiO2@CTS-g-PAO）。通过FTIR和XRD对HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子的结构进行表征。采用SEM和激光粒度分析仪对HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子的形貌和粒径进行探究。结果表明：HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子的内层为HMSiO2，外层为CTS-g-PAO，是典型的核-壳纳米粒子。以K2Cr2O7为Cr源，探究HMSiO2@CTS-g-PAO复合纳米粒子对CrⅥ的吸附。结果表明，HMSiO2@CTS-g-PAO复合粒子对CrⅥ的吸附过程符合伪二级吸附动力学，主要为化学吸附，对pH=2.0、浓度为91.4 mg/L的K2Cr2O7溶液中铬的最大吸附量高达3.28 mmol/g。
2018, 35(6): 1497-1502.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170901.001
摘要:
聚合物的松弛行为直接影响其使用范围。本文应用宽频介电谱技术研究了中心粒径为2 μm的氢氧化铝（ATH）填料对环氧树脂复合材料α和β松弛过程的影响。宽频介电谱的测试频率范围为0.1 Hz~2 MHz，温度范围为-100~100℃。ATH填料与环氧树脂的质量比为0%、20%、40%、60%、80%和100%。结果表明：填料对复合材料的α松弛过程影响较小，Vogel温度随填料的增加先减小后增大；β松弛的表观活化能随填料的增加先增大后减小，当ATH填料质量比为40%时，β松弛的表观活化能达到最大值。
聚合物的松弛行为直接影响其使用范围。本文应用宽频介电谱技术研究了中心粒径为2 μm的氢氧化铝（ATH）填料对环氧树脂复合材料α和β松弛过程的影响。宽频介电谱的测试频率范围为0.1 Hz~2 MHz，温度范围为-100~100℃。ATH填料与环氧树脂的质量比为0%、20%、40%、60%、80%和100%。结果表明：填料对复合材料的α松弛过程影响较小，Vogel温度随填料的增加先减小后增大；β松弛的表观活化能随填料的增加先增大后减小，当ATH填料质量比为40%时，β松弛的表观活化能达到最大值。
2018, 35(6): 1503-1509.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170824.002
摘要:
采用ABAQUS软件建立了圆锥头弹体正冲击复合材料层合板的有限元模型，并与已有文献结果进行对比验证了模型的可靠性，进而研究圆锥头弹体以不同的入射角度冲击复合材料层合板时初始速度与剩余速度的关系、复合材料层合板的破坏形态及弹体发生跳弹的规律。结果表明：弹体以90°入射角冲击复合材料层合板，在距离临界速度较大时，弹体的剩余速度与初始速度呈线性关系；不同的初始速度对复合材料层合板的损伤面积和破坏机制也不相同；弹体的入射角度越小、复合材料层合板越厚，越容易产生跳弹现象，并给出了入射角度和铺陈层数对跳弹现象的影响规律。该研究可为各种防护装备的设计和优化提供参考。
采用ABAQUS软件建立了圆锥头弹体正冲击复合材料层合板的有限元模型，并与已有文献结果进行对比验证了模型的可靠性，进而研究圆锥头弹体以不同的入射角度冲击复合材料层合板时初始速度与剩余速度的关系、复合材料层合板的破坏形态及弹体发生跳弹的规律。结果表明：弹体以90°入射角冲击复合材料层合板，在距离临界速度较大时，弹体的剩余速度与初始速度呈线性关系；不同的初始速度对复合材料层合板的损伤面积和破坏机制也不相同；弹体的入射角度越小、复合材料层合板越厚，越容易产生跳弹现象，并给出了入射角度和铺陈层数对跳弹现象的影响规律。该研究可为各种防护装备的设计和优化提供参考。
2018, 35(6): 1510-1517.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170824.003
摘要:
螺栓的连接刚度是复合材料连接设计中的重要参数，装配间隙对其有明显的影响。针对弹性基刚度kc*，引入Liu Cai-Shan的内圆接触模型，推导了考虑装配间隙的解析表达式，发现kc*随着装配间隙增加而降低。针对钉头约束系数k<i>r，基于应力假设和应变能方法，给出了估算表达式。在获得kc*和kr基础上，建立弹性基剪切梁模型并推导了双搭接螺栓连接刚度的解析解，并采用3-D细节有限元模型对解析方法进行了验证。最后，通过有限元方法分析了间隙对连接刚度产生影响的力学机制，并用解析方法定量给出了1~300 μm的装配间隙对连接刚度影响的大小。
螺栓的连接刚度是复合材料连接设计中的重要参数，装配间隙对其有明显的影响。针对弹性基刚度kc*，引入Liu Cai-Shan的内圆接触模型，推导了考虑装配间隙的解析表达式，发现kc*随着装配间隙增加而降低。针对钉头约束系数k<i>r，基于应力假设和应变能方法，给出了估算表达式。在获得kc*和kr基础上，建立弹性基剪切梁模型并推导了双搭接螺栓连接刚度的解析解，并采用3-D细节有限元模型对解析方法进行了验证。最后，通过有限元方法分析了间隙对连接刚度产生影响的力学机制，并用解析方法定量给出了1~300 μm的装配间隙对连接刚度影响的大小。
2018, 35(6): 1518-1524.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170713.002
摘要:
因碳纳米管（CNTs）具有优异的性能，被认为是金属基复合材料理想的增强体，因此如何制备得到CNTs增强体均匀分散的金属基复合材料一直是本领域的研究热点。本文通过原位化学气相沉积（CVD）、短时球磨和填加造孔剂的工艺成功制备了CNTs增强的泡沫铝基复合材料，着重研究了球磨过程对复合泡沫铝的微观形貌、压缩性能和吸能性能的影响规律。结果表明，随着球磨时间的延长，CNTs的分散性提高并逐步嵌入铝基体中，使复合泡沫铝的组织均匀性得到改善。相对于未球磨的含CNTs 3.0wt%的复合泡沫材料，当球磨时间增加至90 min时，复合泡沫铝的孔壁硬度、屈服强度和吸能能力分别提高了67%、126%和343%。
因碳纳米管（CNTs）具有优异的性能，被认为是金属基复合材料理想的增强体，因此如何制备得到CNTs增强体均匀分散的金属基复合材料一直是本领域的研究热点。本文通过原位化学气相沉积（CVD）、短时球磨和填加造孔剂的工艺成功制备了CNTs增强的泡沫铝基复合材料，着重研究了球磨过程对复合泡沫铝的微观形貌、压缩性能和吸能性能的影响规律。结果表明，随着球磨时间的延长，CNTs的分散性提高并逐步嵌入铝基体中，使复合泡沫铝的组织均匀性得到改善。相对于未球磨的含CNTs 3.0wt%的复合泡沫材料，当球磨时间增加至90 min时，复合泡沫铝的孔壁硬度、屈服强度和吸能能力分别提高了67%、126%和343%。
2018, 35(6): 1525-1534.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170905.005
摘要:
在变形温度为340~400℃、应变速率为0.001~0.1 s-1、最大真应变为0.7的条件下，采用等温压缩实验研究了短切碳纤维（CFs）/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金的动态再结晶行为。结果表明：CFs/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金在高温压缩过程中均发生了显著的动态再结晶；CFs极大地促进了AZ91D基体的动态再结晶过程，减小了动态再结晶临界应变并细化了再结晶晶粒组织；AZ91D镁合金动态再结晶体积分数随应变量增加表现为典型的"S"型变化曲线，而CFs/AZ91D复合材料则呈现出快速增长-缓慢增长-趋于平稳的非线性变化规律。根据实验结果分别建立了CFs/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金的动态再结晶临界应变模型和动力学模型，在此基础上分析了二者高温变形动态再结晶行为的差异。
在变形温度为340~400℃、应变速率为0.001~0.1 s-1、最大真应变为0.7的条件下，采用等温压缩实验研究了短切碳纤维（CFs）/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金的动态再结晶行为。结果表明：CFs/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金在高温压缩过程中均发生了显著的动态再结晶；CFs极大地促进了AZ91D基体的动态再结晶过程，减小了动态再结晶临界应变并细化了再结晶晶粒组织；AZ91D镁合金动态再结晶体积分数随应变量增加表现为典型的"S"型变化曲线，而CFs/AZ91D复合材料则呈现出快速增长-缓慢增长-趋于平稳的非线性变化规律。根据实验结果分别建立了CFs/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金的动态再结晶临界应变模型和动力学模型，在此基础上分析了二者高温变形动态再结晶行为的差异。
2018, 35(6): 1535-1541.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170904.002
摘要:
为了分析复合纤维配比对熔模精铸中硅溶胶型壳的强度和透气性的影响，采用尼龙和陶瓷复合纤维制备硅溶胶型壳试样，在其中加入的尼龙纤维和陶瓷纤维的体积配比为100∶0、82.7∶17.3、61.5∶38.5、34.7∶65.3和0∶100，对获得的复合纤维增强型壳试样的生胚抗弯强度、焙烧后抗弯强度和透气性的变化规律进行研究。结果表明，当尼龙纤维在复合纤维中体积分数从0%~100%变化时，型壳生胚抗弯强度逐渐增大，焙烧后抗弯强度总体变化不明显，透气率先增大后减小。当尼龙纤维的体积分数为82.7%时，透气率达到最大值5.21。根据试样断口形貌及纤维增强行为分析，型壳生胚抗弯强度主要受纤维体积含量的影响；型壳焙烧后抗弯强度和透气性受陶瓷纤维体积含量、涂挂厚度和尼龙纤维烧失后留下孔洞数量的综合影响。
为了分析复合纤维配比对熔模精铸中硅溶胶型壳的强度和透气性的影响，采用尼龙和陶瓷复合纤维制备硅溶胶型壳试样，在其中加入的尼龙纤维和陶瓷纤维的体积配比为100∶0、82.7∶17.3、61.5∶38.5、34.7∶65.3和0∶100，对获得的复合纤维增强型壳试样的生胚抗弯强度、焙烧后抗弯强度和透气性的变化规律进行研究。结果表明，当尼龙纤维在复合纤维中体积分数从0%~100%变化时，型壳生胚抗弯强度逐渐增大，焙烧后抗弯强度总体变化不明显，透气率先增大后减小。当尼龙纤维的体积分数为82.7%时，透气率达到最大值5.21。根据试样断口形貌及纤维增强行为分析，型壳生胚抗弯强度主要受纤维体积含量的影响；型壳焙烧后抗弯强度和透气性受陶瓷纤维体积含量、涂挂厚度和尼龙纤维烧失后留下孔洞数量的综合影响。
2018, 35(6): 1542-1548.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170825.002
摘要:
以Ce-La-TiO2空心微球作为载体材料，棕榈醇（H）-棕榈酸（PA）-月桂酸（LA）作为相变材料，采用溶胶-凝胶法与真空吸附法制备H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料，利用UV-Vis、XRD、DSC、DVS和SEM分析技术测试与表征其光响应性能、热性能、湿性能、组成成分和微观形貌。结果表明：H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料呈现均匀的球体，粒径较小且分散较好，实现Ce离子与La离子协同作用；当Ce（NO3）3·6H2O与La（NO3）3·6H2O的质量比为1∶1时，H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料具有最优的光响应性能；H-PA-LA与（Ce-La-TiO2）空心微球的质量比为1∶2时，H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料具有最优热性能；真空干燥箱的真空度为0.07 MPa时，H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料具有最优湿性能。
以Ce-La-TiO2空心微球作为载体材料，棕榈醇（H）-棕榈酸（PA）-月桂酸（LA）作为相变材料，采用溶胶-凝胶法与真空吸附法制备H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料，利用UV-Vis、XRD、DSC、DVS和SEM分析技术测试与表征其光响应性能、热性能、湿性能、组成成分和微观形貌。结果表明：H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料呈现均匀的球体，粒径较小且分散较好，实现Ce离子与La离子协同作用；当Ce（NO3）3·6H2O与La（NO3）3·6H2O的质量比为1∶1时，H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料具有最优的光响应性能；H-PA-LA与（Ce-La-TiO2）空心微球的质量比为1∶2时，H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料具有最优热性能；真空干燥箱的真空度为0.07 MPa时，H-PA-LA@（Ce-La-TiO2）光-热-湿复合材料具有最优湿性能。
2018, 35(6): 1549-1557.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180111.001
摘要:
利用海藻酸钙（CA）包覆生物碳（BC）、Fe3O4制备了一种新型磁性微球（CA@Fe3O4/BC），用以吸附水溶液中的Co（Ⅱ）。系统的研究了Co（NO3）2溶液浓度、pH和时间对吸附的影响。CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）等温热力学数据符合Langmuir模型，在pH=6的条件下对Co（Ⅱ）的最大吸附量为16.23 mg/g。研究显示，CA@Fe3O4/BC存在显著的协同效应，对Co（Ⅱ）具有更好的吸附性能。由于磁性颗粒的存在，CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）后可以用磁铁吸附快速分离。CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）动力学数据符合准二级动力学模型，研究表明，CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）的机制主要包括形成配合物及Ca（Ⅱ）与Co（Ⅱ）发生离子交换。
利用海藻酸钙（CA）包覆生物碳（BC）、Fe3O4制备了一种新型磁性微球（CA@Fe3O4/BC），用以吸附水溶液中的Co（Ⅱ）。系统的研究了Co（NO3）2溶液浓度、pH和时间对吸附的影响。CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）等温热力学数据符合Langmuir模型，在pH=6的条件下对Co（Ⅱ）的最大吸附量为16.23 mg/g。研究显示，CA@Fe3O4/BC存在显著的协同效应，对Co（Ⅱ）具有更好的吸附性能。由于磁性颗粒的存在，CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）后可以用磁铁吸附快速分离。CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）动力学数据符合准二级动力学模型，研究表明，CA@Fe3O4/BC吸附Co（Ⅱ）的机制主要包括形成配合物及Ca（Ⅱ）与Co（Ⅱ）发生离子交换。
2018, 35(6): 1558-1565.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171012.002
摘要:
以伊利石为载体、双氰胺（C2H4 N4）为类石墨氮化碳（g-C3N4）前驱体，采用液相浸渍-热聚合联合工艺制备出一种可见光响应的g-C3N4/伊利石光催化复合材料。利用XRD、FESEM、AFM、UV-Vis、BET及PL对样品的微观结构、界面特性及光学性能进行检测分析，同时考察g-C3N4/伊利石光催化复合材料在可见光照射下光催化降解环丙沙星（CIP）的效果。结果表明：相比纯g-C3N4，g-C3N4/伊利石复合材料在可见光下具有更高的光催化性能，其光催化速率是纯g-C3N4的11.26倍；伊利石与g-C3N4构成的复合结构能够有效地抑制光生载流子的复合，改善了纯g-C3N4材料的吸附性能和光催化活性。
以伊利石为载体、双氰胺（C2H4 N4）为类石墨氮化碳（g-C3N4）前驱体，采用液相浸渍-热聚合联合工艺制备出一种可见光响应的g-C3N4/伊利石光催化复合材料。利用XRD、FESEM、AFM、UV-Vis、BET及PL对样品的微观结构、界面特性及光学性能进行检测分析，同时考察g-C3N4/伊利石光催化复合材料在可见光照射下光催化降解环丙沙星（CIP）的效果。结果表明：相比纯g-C3N4，g-C3N4/伊利石复合材料在可见光下具有更高的光催化性能，其光催化速率是纯g-C3N4的11.26倍；伊利石与g-C3N4构成的复合结构能够有效地抑制光生载流子的复合，改善了纯g-C3N4材料的吸附性能和光催化活性。
2018, 35(6): 1566-1573.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170905.003
摘要:
以抹灰石膏作为基体材料，将相变储湿纤维掺入抹灰石膏中，制备相变储湿纤维/石膏复合材料，对其基本性能、储湿调湿性能、相变调温性能和耐久性能进行测试与分析。利用FTIR和SEM研究相变储湿纤维/石膏复合材料的结构组成和微观形貌。结果表明：当相变储湿纤维掺量为40.0wt%时，相变储湿纤维/石膏复合材料具有最佳性能和良好耐久性能，其标准扩散度用水量为0.70、初凝时间为40 min、终凝时间为55 min、体积密度为1 005.56 kg·m-3、拉伸连接强度为0.10 MPa、抗压强度为2.55 MPa；在相对湿度40%~65%时的平衡含湿量为0.0395~0.0935 g·g-1；从35℃至20℃的降温时间为100 s，相变平台明显；经过循环试验，相变储湿纤维/石膏复合材料的吸放湿性能下降小于10%，相变调温性能下降小于5%。
以抹灰石膏作为基体材料，将相变储湿纤维掺入抹灰石膏中，制备相变储湿纤维/石膏复合材料，对其基本性能、储湿调湿性能、相变调温性能和耐久性能进行测试与分析。利用FTIR和SEM研究相变储湿纤维/石膏复合材料的结构组成和微观形貌。结果表明：当相变储湿纤维掺量为40.0wt%时，相变储湿纤维/石膏复合材料具有最佳性能和良好耐久性能，其标准扩散度用水量为0.70、初凝时间为40 min、终凝时间为55 min、体积密度为1 005.56 kg·m-3、拉伸连接强度为0.10 MPa、抗压强度为2.55 MPa；在相对湿度40%~65%时的平衡含湿量为0.0395~0.0935 g·g-1；从35℃至20℃的降温时间为100 s，相变平台明显；经过循环试验，相变储湿纤维/石膏复合材料的吸放湿性能下降小于10%，相变调温性能下降小于5%。
2018, 35(6): 1574-1581.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170714.002
摘要:
针对传统电子器件衬底柔韧性差、不可生物降解的问题，研究了以羧甲基纤维素（CMC）和纤维素纤维为原料，结合抄纸和浸渍工艺，制备在柔性电子器件领域具有潜在应用的高透明CMC/纤维素纤维复合薄膜衬底。分别探究了CMC与北木纤维的配比和CMC分子量对薄膜透明度和力学性能的影响。研究了纤维素纤维的种类（北木、桉木、马尼拉麻和蔗渣纤维）对高透明CMC/纤维素纤维复合薄膜力学性能的影响。结果表明：CMC与北木纤维质量比为7∶3、CMC分子量为700 000时，所制备CMC/北木纤维复合薄膜的透明度为90%，拉伸强度约为111 MPa，耐折度达到2 526次。这种可生物降解、高柔韧性、高强度和高透明的CMC/纤维素纤维复合薄膜有望作为衬底用于构建下一代绿色、柔性电子器件，促进人类社会的可持续发展。
针对传统电子器件衬底柔韧性差、不可生物降解的问题，研究了以羧甲基纤维素（CMC）和纤维素纤维为原料，结合抄纸和浸渍工艺，制备在柔性电子器件领域具有潜在应用的高透明CMC/纤维素纤维复合薄膜衬底。分别探究了CMC与北木纤维的配比和CMC分子量对薄膜透明度和力学性能的影响。研究了纤维素纤维的种类（北木、桉木、马尼拉麻和蔗渣纤维）对高透明CMC/纤维素纤维复合薄膜力学性能的影响。结果表明：CMC与北木纤维质量比为7∶3、CMC分子量为700 000时，所制备CMC/北木纤维复合薄膜的透明度为90%，拉伸强度约为111 MPa，耐折度达到2 526次。这种可生物降解、高柔韧性、高强度和高透明的CMC/纤维素纤维复合薄膜有望作为衬底用于构建下一代绿色、柔性电子器件，促进人类社会的可持续发展。
2018, 35(6): 1582-1589.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170824.005
摘要:
以稻壳纤维（Rice husk fiber，RHF）为增强材料，以水泥为基体，制备了RHF/水泥基复合材料。研究了粒径对RHF在水泥基体中分散性能的影响；并以RHF粒径和掺入质量比为考察因素，采用响应曲面法，以RHF/水泥基复合材料的密度、抗折强度、含水率、吸水率和导热系数为响应值，建立数学模型，对RHF/水泥基复合材料的成型工艺进行优化设计。结果表明：RHF的粒径越小，在水泥基体中分散性能越好，粒径为150 μm的RHF分散系数达到最大值，为0.981；响应曲面模型分析表明RHF的粒径为150 μm、掺入质量为水泥质量的3%时，RHF/水泥基复合材料的性能达到最优，此时RHF/水泥基复合材料的密度为1 559.26 kg/m3，抗折强度为9.38 MPa，含水率为7.05%，吸水率为16.71%，导热系数为0.50 W/（m·K），达到了建筑行业标准JC/T 411—2007的要求。
以稻壳纤维（Rice husk fiber，RHF）为增强材料，以水泥为基体，制备了RHF/水泥基复合材料。研究了粒径对RHF在水泥基体中分散性能的影响；并以RHF粒径和掺入质量比为考察因素，采用响应曲面法，以RHF/水泥基复合材料的密度、抗折强度、含水率、吸水率和导热系数为响应值，建立数学模型，对RHF/水泥基复合材料的成型工艺进行优化设计。结果表明：RHF的粒径越小，在水泥基体中分散性能越好，粒径为150 μm的RHF分散系数达到最大值，为0.981；响应曲面模型分析表明RHF的粒径为150 μm、掺入质量为水泥质量的3%时，RHF/水泥基复合材料的性能达到最优，此时RHF/水泥基复合材料的密度为1 559.26 kg/m3，抗折强度为9.38 MPa，含水率为7.05%，吸水率为16.71%，导热系数为0.50 W/（m·K），达到了建筑行业标准JC/T 411—2007的要求。
2018, 35(6): 1590-1598.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180207.003
摘要:
为研究再生骨料在透水混凝土（RPC）中的应用，选用废弃路面素混凝土块为再生骨料来源，设计2种系列，研究再生骨料透水混凝土中再生骨料掺配问题，即分别以粒径9.5~19.0 mm，再生骨料按0%、25%、50%、75%和100%（基准）质量替代同粒径天然骨料碎石（系列1）和以4.75~9.5 mm、9.5~19.0 mm两种粒径，再生骨料按0∶1、1∶1、1∶2、2∶1、2∶3和3∶2掺比（系列2）制备RPC，并分析其物理、力学、透水性能及其相互关系，得到了合理的再生骨料替代率和双粒级掺比，在1∶1和2∶1掺配下能够得到较好的强度及透水性能。通过切割试块的图像化处理，分析其孔隙分布特征和趋势，并将平面孔隙率、等效孔径和透水系数联系起来。结果表明，再生透水混凝土的透水能力主要取决于截面孔隙个数和面积。
为研究再生骨料在透水混凝土（RPC）中的应用，选用废弃路面素混凝土块为再生骨料来源，设计2种系列，研究再生骨料透水混凝土中再生骨料掺配问题，即分别以粒径9.5~19.0 mm，再生骨料按0%、25%、50%、75%和100%（基准）质量替代同粒径天然骨料碎石（系列1）和以4.75~9.5 mm、9.5~19.0 mm两种粒径，再生骨料按0∶1、1∶1、1∶2、2∶1、2∶3和3∶2掺比（系列2）制备RPC，并分析其物理、力学、透水性能及其相互关系，得到了合理的再生骨料替代率和双粒级掺比，在1∶1和2∶1掺配下能够得到较好的强度及透水性能。通过切割试块的图像化处理，分析其孔隙分布特征和趋势，并将平面孔隙率、等效孔径和透水系数联系起来。结果表明，再生透水混凝土的透水能力主要取决于截面孔隙个数和面积。
2018, 35(6): 1599-1608.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170821.009
摘要:
为了探寻可以有效改善超高性能混凝土（Ultra-high-performance concrete，UHPC）抗火性能的钢纤维类型，本文试验测定了不同类型钢纤维（3种普通钢纤维和2种来自于废旧轮胎的再生钢纤维）增韧UHPC及空白组混凝土的从常温至800℃高温爆裂行为和断裂能。结果显示，未掺入任何钢纤维的空白组UHPC试件全都发生了严重高温爆裂，钢纤维可以显著减轻其高温爆裂但却不能避免爆裂的发生，而掺入端钩型普通工业钢纤维（长度为35 mm，直径为0.55 mm）的UHPC呈现出最优的抗高温爆裂性能，其次是掺入未附着橡胶颗粒（RSF）的再生钢纤维（RSFR）增韧UHPC。可见，钢纤维自身性能特征显著影响了钢纤维增韧UHPC的高温爆裂，相同掺量情况下混凝土单位体积内分布密度较大的钢纤维或者分布密度较小但可以显著增加混凝土断裂韧性（断裂能）的钢纤维比较适合应用于具有较高抗火要求的UHPC结构中。
为了探寻可以有效改善超高性能混凝土（Ultra-high-performance concrete，UHPC）抗火性能的钢纤维类型，本文试验测定了不同类型钢纤维（3种普通钢纤维和2种来自于废旧轮胎的再生钢纤维）增韧UHPC及空白组混凝土的从常温至800℃高温爆裂行为和断裂能。结果显示，未掺入任何钢纤维的空白组UHPC试件全都发生了严重高温爆裂，钢纤维可以显著减轻其高温爆裂但却不能避免爆裂的发生，而掺入端钩型普通工业钢纤维（长度为35 mm，直径为0.55 mm）的UHPC呈现出最优的抗高温爆裂性能，其次是掺入未附着橡胶颗粒（RSF）的再生钢纤维（RSFR）增韧UHPC。可见，钢纤维自身性能特征显著影响了钢纤维增韧UHPC的高温爆裂，相同掺量情况下混凝土单位体积内分布密度较大的钢纤维或者分布密度较小但可以显著增加混凝土断裂韧性（断裂能）的钢纤维比较适合应用于具有较高抗火要求的UHPC结构中。
2018, 35(6): 1609-1618.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170801.002
摘要:
水泥基材料是一种应变率敏感性材料，充分掌握水泥基材料的应变率效应对其力学性能和变形的影响可保障混凝土结构的安全设计。采用连续刚度测试（CSM）研究不同应变率下硬化水泥净浆微观徐变特征，试样的水灰比为0.3、0.4和0.5，CSM的最大压入深度为30 μm，应变率分别为0.01 s-1、0.05 s-1、0.1 s-1和0.5 s-1，并讨论土体的isotache模型表征硬化水泥净浆微观徐变行为的适用性。结果表明，在0.01~0.5 s-1应变率范围内，微观尺度上的硬化水泥净浆存在唯一的hvp-P-ε关系，与土体isotache模型的εvp-σ-ε关系类似，该关系可由归一化后的hvp-P/（PN/PN0.05）曲线和PN/PN0.05-ε曲线来表征。采用hvp-P/（PN/PN0.05）曲线和PN/PN0.05-ε曲线可预测不同应变率下硬化水泥净浆加载阶段的hvp-P曲线，预测结果与实测结果基本吻合，表明可以采用土体的isotache模型来预测硬化水泥净浆微观尺度上的徐变行为。
水泥基材料是一种应变率敏感性材料，充分掌握水泥基材料的应变率效应对其力学性能和变形的影响可保障混凝土结构的安全设计。采用连续刚度测试（CSM）研究不同应变率下硬化水泥净浆微观徐变特征，试样的水灰比为0.3、0.4和0.5，CSM的最大压入深度为30 μm，应变率分别为0.01 s-1、0.05 s-1、0.1 s-1和0.5 s-1，并讨论土体的isotache模型表征硬化水泥净浆微观徐变行为的适用性。结果表明，在0.01~0.5 s-1应变率范围内，微观尺度上的硬化水泥净浆存在唯一的hvp-P-ε关系，与土体isotache模型的εvp-σ-ε关系类似，该关系可由归一化后的hvp-P/（PN/PN0.05）曲线和PN/PN0.05-ε曲线来表征。采用hvp-P/（PN/PN0.05）曲线和PN/PN0.05-ε曲线可预测不同应变率下硬化水泥净浆加载阶段的hvp-P曲线，预测结果与实测结果基本吻合，表明可以采用土体的isotache模型来预测硬化水泥净浆微观尺度上的徐变行为。
2018, 35(6): 1619-1628.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170808.006
摘要:
为了研究老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响，通过沥青常规指标测试试验、动态剪切流变（DSR）试验和AFM测试试验，从宏细观角度分析了老化前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青和胶粉改性沥青的针入度、延度和软化点及疲劳性能、微观结构的变化情况。结果表明：随着老化程度的加深，两种改性沥青的稠度、硬度增加，高温性能得到改善，而温度敏感性变低，低温抗裂性能变差。综合分析针入度比、延度比和软化点比得出胶粉改性沥青的抗老化性能优于SBS改性沥青；随温度的降低、频率的增大和老化程度的加深，两种改性沥青的抗疲劳性能变差；微观结构观测结果显示，SBS改性沥青具有"蜂型结构"，老化后"蜂型结构"的体积增大、高度增加、数量减少；胶粉改性沥青没有"蜂型结构"，胶粉颗粒与沥青在共混共融过程中发生溶胀、脱硫和降解等行为会影响沥青中"蜂型结构"的形成；老化前后胶粉改性沥青表面形貌粗糙度和高度变化不大；胶粉改性沥青的抗疲劳、抗老化和高温性能总体优于SBS改性沥青。
为了研究老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响，通过沥青常规指标测试试验、动态剪切流变（DSR）试验和AFM测试试验，从宏细观角度分析了老化前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青和胶粉改性沥青的针入度、延度和软化点及疲劳性能、微观结构的变化情况。结果表明：随着老化程度的加深，两种改性沥青的稠度、硬度增加，高温性能得到改善，而温度敏感性变低，低温抗裂性能变差。综合分析针入度比、延度比和软化点比得出胶粉改性沥青的抗老化性能优于SBS改性沥青；随温度的降低、频率的增大和老化程度的加深，两种改性沥青的抗疲劳性能变差；微观结构观测结果显示，SBS改性沥青具有"蜂型结构"，老化后"蜂型结构"的体积增大、高度增加、数量减少；胶粉改性沥青没有"蜂型结构"，胶粉颗粒与沥青在共混共融过程中发生溶胀、脱硫和降解等行为会影响沥青中"蜂型结构"的形成；老化前后胶粉改性沥青表面形貌粗糙度和高度变化不大；胶粉改性沥青的抗疲劳、抗老化和高温性能总体优于SBS改性沥青。
2018, 35(6): 1629-1635.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170727.005
摘要:
为研究掺砂量（与干土的质量比）对水泥粉质黏土冲击压缩强度及能量吸收特征的影响，采用Φ 50 mm分离式Hopkinson压杆（Split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验装置对不同掺砂量的水泥粉质黏土进行了0.4 MPa冲击气压下的冲击压缩试验。结果表明：普通水泥粉质黏土（未掺砂）动态应力-应变曲线大致分为弹性阶段、屈服硬化阶段及破坏阶段，而随着掺砂量的逐渐增加，水泥砂浆固化粉质黏土动态应力-应变曲线中屈服阶段愈加不明显，出现了理想的塑性阶段；水泥砂浆固化粉质黏土的冲击压缩强度随掺砂量的增大而先增大后减小，在掺砂量为10%时达到最大平均动强度9.56 MPa，较普通水泥土强度提高9.79%；水泥砂浆固化粉质黏土的吸收能随冲击压缩强度的增大而增大，两者具有较好的指数关系。
为研究掺砂量（与干土的质量比）对水泥粉质黏土冲击压缩强度及能量吸收特征的影响，采用Φ 50 mm分离式Hopkinson压杆（Split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验装置对不同掺砂量的水泥粉质黏土进行了0.4 MPa冲击气压下的冲击压缩试验。结果表明：普通水泥粉质黏土（未掺砂）动态应力-应变曲线大致分为弹性阶段、屈服硬化阶段及破坏阶段，而随着掺砂量的逐渐增加，水泥砂浆固化粉质黏土动态应力-应变曲线中屈服阶段愈加不明显，出现了理想的塑性阶段；水泥砂浆固化粉质黏土的冲击压缩强度随掺砂量的增大而先增大后减小，在掺砂量为10%时达到最大平均动强度9.56 MPa，较普通水泥土强度提高9.79%；水泥砂浆固化粉质黏土的吸收能随冲击压缩强度的增大而增大，两者具有较好的指数关系。
2018, 35(6): 1636-1645.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170920.001
摘要:
自然界中生物材料表现出的力学性能与其结构设计形式紧密相关。柔性生物材料多为多级结构设计，其独特的功能梯度特征使其具备优异的变形能力及良好的断裂韧性。本文借鉴工程结构设计基本单元的思想提出柔性结构仿生元素理念，根据几何形态将结构仿生元素分为：线元素、梁元素、柱元素、板壳元素、薄膜元素及组合元素。根据系统论的观点建立仿生柔性结构设计体系，归纳总结出柔性仿生结构的设计准则，并基于鱼鳞梯度结构设计新型仿生功能梯度板。通过有限元的方法对功能梯度板归一化自然频率进行分析。结果表明，类鱼鳞功能梯度板具有柔韧性及刚度软化特性。阐述了仿生柔性结构的设计方法，包括模仿设计、组合设计及选择匹配设计。
自然界中生物材料表现出的力学性能与其结构设计形式紧密相关。柔性生物材料多为多级结构设计，其独特的功能梯度特征使其具备优异的变形能力及良好的断裂韧性。本文借鉴工程结构设计基本单元的思想提出柔性结构仿生元素理念，根据几何形态将结构仿生元素分为：线元素、梁元素、柱元素、板壳元素、薄膜元素及组合元素。根据系统论的观点建立仿生柔性结构设计体系，归纳总结出柔性仿生结构的设计准则，并基于鱼鳞梯度结构设计新型仿生功能梯度板。通过有限元的方法对功能梯度板归一化自然频率进行分析。结果表明，类鱼鳞功能梯度板具有柔韧性及刚度软化特性。阐述了仿生柔性结构的设计方法，包括模仿设计、组合设计及选择匹配设计。
2018, 35(6): 1646-1651.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170824.001
摘要:
短纤维增强三元乙丙（EPDM）薄膜材料是一种应用于固体火箭发动机装药的新型绝热结构材料，其密度小、耐烧蚀且力学性能良好。基于正交各向异性单向板的Tsai-Hill强度准则，引入率相关函数法和率强度因子法改进，预测材料在不同偏轴方向下的抗拉强度，从而建立一种适用于准静态条件下的率相关各向异性通用准则。研究表明：轴向强度和抗剪强度随应变率的增加而增加；相比于率强度因子法，基于率相关函数法的Tsai-Hill强度准则对材料抗拉强度的预测精度较高；率强度因子法预测抗拉强度的误差与参考速率的选取和率强度因子的函数表达式有关。
短纤维增强三元乙丙（EPDM）薄膜材料是一种应用于固体火箭发动机装药的新型绝热结构材料，其密度小、耐烧蚀且力学性能良好。基于正交各向异性单向板的Tsai-Hill强度准则，引入率相关函数法和率强度因子法改进，预测材料在不同偏轴方向下的抗拉强度，从而建立一种适用于准静态条件下的率相关各向异性通用准则。研究表明：轴向强度和抗剪强度随应变率的增加而增加；相比于率强度因子法，基于率相关函数法的Tsai-Hill强度准则对材料抗拉强度的预测精度较高；率强度因子法预测抗拉强度的误差与参考速率的选取和率强度因子的函数表达式有关。
2018, 35(6): 1652-1660.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20171018.001
摘要:
采用超声辅助液态扩散焊接的方法制备冶金复合泡沫铝夹芯板，利用光学显微镜（OM）和SEM观察冶金复合样品的界面组织和结构，发现连接界面发生了侵蚀作用，接头均匀连续；EDS线扫结果表明，连接界面处焊接合金（Zn-10Al）和铝基体间的元素扩散现象明显，表明在超声作用下，基体材料表面氧化膜被破坏，枝晶在界面附着生长，形成良好的冶金连接。将制备的冶金复合样品和胶黏泡沫铝夹芯板样品进行三点弯曲疲劳对比试验，结果显示，冶金复合样品和胶黏样品的疲劳极限分别达到3 058 N和2 829 N。在相同载荷下，冶金复合样品的疲劳寿命（S-N）远远长于胶黏样品。两种样品的疲劳破坏方式完全不同，胶黏样品表现为面板和芯层黏接面的脱黏剪切破坏，冶金复合样品的疲劳剪切破坏出现在泡沫铝芯层，没有出现面板脱离现象。
采用超声辅助液态扩散焊接的方法制备冶金复合泡沫铝夹芯板，利用光学显微镜（OM）和SEM观察冶金复合样品的界面组织和结构，发现连接界面发生了侵蚀作用，接头均匀连续；EDS线扫结果表明，连接界面处焊接合金（Zn-10Al）和铝基体间的元素扩散现象明显，表明在超声作用下，基体材料表面氧化膜被破坏，枝晶在界面附着生长，形成良好的冶金连接。将制备的冶金复合样品和胶黏泡沫铝夹芯板样品进行三点弯曲疲劳对比试验，结果显示，冶金复合样品和胶黏样品的疲劳极限分别达到3 058 N和2 829 N。在相同载荷下，冶金复合样品的疲劳寿命（S-N）远远长于胶黏样品。两种样品的疲劳破坏方式完全不同，胶黏样品表现为面板和芯层黏接面的脱黏剪切破坏，冶金复合样品的疲劳剪切破坏出现在泡沫铝芯层，没有出现面板脱离现象。
2018, 35(6): 1661-1673.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170831.001
摘要:
利用LS-DYNA软件在细观层次上建立了三维钢纤维增强超高性能混凝土（Steel fiber reinforced ultra-high performance concrete，SF/UHPC）圆柱体试件有限元模型，对其轴心受压下的力学性能和裂缝发展进行了数值模拟。在验证细观数值模型的有效性和合理性的基础上进行参数分析，着重研究了钢纤维体积率、钢纤维长径比、形状效应和尺寸效应对超高性能钢纤维混凝土抗压强度、韧性和破坏形态的影响。最终，根据模拟结果拟合了超高性能钢纤维混凝土抗压强度计算公式。结果表明：三维超高性能钢纤维混凝土细观模型可以较好地模拟单轴受压应力条件下混凝土的静力性能和损伤破坏机制，所拟合的公式也能较好地预测超高性能钢纤维混凝土的抗压强度。
利用LS-DYNA软件在细观层次上建立了三维钢纤维增强超高性能混凝土（Steel fiber reinforced ultra-high performance concrete，SF/UHPC）圆柱体试件有限元模型，对其轴心受压下的力学性能和裂缝发展进行了数值模拟。在验证细观数值模型的有效性和合理性的基础上进行参数分析，着重研究了钢纤维体积率、钢纤维长径比、形状效应和尺寸效应对超高性能钢纤维混凝土抗压强度、韧性和破坏形态的影响。最终，根据模拟结果拟合了超高性能钢纤维混凝土抗压强度计算公式。结果表明：三维超高性能钢纤维混凝土细观模型可以较好地模拟单轴受压应力条件下混凝土的静力性能和损伤破坏机制，所拟合的公式也能较好地预测超高性能钢纤维混凝土的抗压强度。
2018, 35(6): 1674-1682.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170807.002
摘要:
为了研究类金刚石（Diamond-like carbon，DLC）薄膜的表面摩擦机制及磨损规律，首先通过对晶体碳高温熔化和快速淬火的方式，使用分子动力学模拟制备出DLC薄膜，然后利用半球形压头对薄膜表面进行摩擦刻划。制备得到的DLC薄膜密度为2.72 g·cm-3，碳原子sp2、sp3杂化比例分别为37.1%和60.4%。摩擦结果表明，较低压力载荷下磨损率随着载荷力增加而线性增加，与宏观Archard模型一致；摩擦速度的不同会导致材料被加工表面应力分布及切削深度不同，造成磨损率随着摩擦速度的增加而下降，与实验结果相符；当薄膜含有Si原子夹杂且原子含量从0%增加至25%时，磨损率则先上升后下降。最后建立在压头固定载荷为50 nN下描述摩擦速度、材料夹杂含量与磨损率三者关系的磨损模型，建立的磨损模型与仿真模拟相对误差在10%以内；利用模型得到在压头的载荷和摩擦速度不变时，薄膜磨损率最小值对应的Si夹杂含量为7.2%，这一模型为工程在线预测夹杂含量提供了较简单方便的手段。
为了研究类金刚石（Diamond-like carbon，DLC）薄膜的表面摩擦机制及磨损规律，首先通过对晶体碳高温熔化和快速淬火的方式，使用分子动力学模拟制备出DLC薄膜，然后利用半球形压头对薄膜表面进行摩擦刻划。制备得到的DLC薄膜密度为2.72 g·cm-3，碳原子sp2、sp3杂化比例分别为37.1%和60.4%。摩擦结果表明，较低压力载荷下磨损率随着载荷力增加而线性增加，与宏观Archard模型一致；摩擦速度的不同会导致材料被加工表面应力分布及切削深度不同，造成磨损率随着摩擦速度的增加而下降，与实验结果相符；当薄膜含有Si原子夹杂且原子含量从0%增加至25%时，磨损率则先上升后下降。最后建立在压头固定载荷为50 nN下描述摩擦速度、材料夹杂含量与磨损率三者关系的磨损模型，建立的磨损模型与仿真模拟相对误差在10%以内；利用模型得到在压头的载荷和摩擦速度不变时，薄膜磨损率最小值对应的Si夹杂含量为7.2%，这一模型为工程在线预测夹杂含量提供了较简单方便的手段。
