2019年 第36卷 第12期
2019, 36(12): 2735-2744.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190729.003
摘要:
环氧树脂-混凝土是混合环氧树脂、固化剂和骨料后养护成型的一种新型聚合物混凝土，早期强度增长快是其优异性能之一。本文通过对不同养护龄期的环氧树脂-混凝土进行单轴压缩试验，研究其早龄期压缩性能。试验结果表明，在养护龄期的最初24 h内环氧树脂-混凝土压缩强度迅速增大，养护24 h的压缩强度达50.3 MPa。基于环氧树脂-混凝土的强度增长机制和养护72 h后压缩强度趋于稳定的现象，建立了一种基于环氧树脂n级固化反应的环氧树脂-混凝土早龄期压缩强度预测模型，该模型比普通水泥混凝土经典的CEB-FIP、ACI 209强度预测模型具有更好的预测效果。基于压缩强度预测和实验结果，建立了考虑龄期的环氧树脂-混凝土单轴压缩本构模型，该模型能较好地预测环氧树脂-混凝土早龄期压缩应力-应变关系。
环氧树脂-混凝土是混合环氧树脂、固化剂和骨料后养护成型的一种新型聚合物混凝土，早期强度增长快是其优异性能之一。本文通过对不同养护龄期的环氧树脂-混凝土进行单轴压缩试验，研究其早龄期压缩性能。试验结果表明，在养护龄期的最初24 h内环氧树脂-混凝土压缩强度迅速增大，养护24 h的压缩强度达50.3 MPa。基于环氧树脂-混凝土的强度增长机制和养护72 h后压缩强度趋于稳定的现象，建立了一种基于环氧树脂n级固化反应的环氧树脂-混凝土早龄期压缩强度预测模型，该模型比普通水泥混凝土经典的CEB-FIP、ACI 209强度预测模型具有更好的预测效果。基于压缩强度预测和实验结果，建立了考虑龄期的环氧树脂-混凝土单轴压缩本构模型，该模型能较好地预测环氧树脂-混凝土早龄期压缩应力-应变关系。
2019, 36(12): 2745-2755.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190304.002
摘要:
基于高阶剪切弯曲理论，对含有软质芯材的复合材料格栅夹层板的弯曲特性进行了理论研究。基于能量法，推导了含有软质芯材的复合材料格栅的等效弹性参数计算式；基于高阶剪切弯曲理论，推导了夹层板的弯曲平衡微分方程，并采用Navier方法，给出了分布载荷作用下四边简支、上下表层为对称正交铺层的夹层板弯曲问题的理论解；用算例对典型格栅夹层板的理论解和有限元仿真解进行了对比，两者误差为7.1%，验证了本文理论方法的正确性；并分析了夹层板跨厚比、格栅厚度、格栅复合材料铺层角度、格栅间距等参量对含有软质芯材的典型复合材料格栅夹层板弯曲挠度的影响规律。
基于高阶剪切弯曲理论，对含有软质芯材的复合材料格栅夹层板的弯曲特性进行了理论研究。基于能量法，推导了含有软质芯材的复合材料格栅的等效弹性参数计算式；基于高阶剪切弯曲理论，推导了夹层板的弯曲平衡微分方程，并采用Navier方法，给出了分布载荷作用下四边简支、上下表层为对称正交铺层的夹层板弯曲问题的理论解；用算例对典型格栅夹层板的理论解和有限元仿真解进行了对比，两者误差为7.1%，验证了本文理论方法的正确性；并分析了夹层板跨厚比、格栅厚度、格栅复合材料铺层角度、格栅间距等参量对含有软质芯材的典型复合材料格栅夹层板弯曲挠度的影响规律。
2019, 36(12): 2756-2763.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20181119.003
摘要:
导电橡胶因其超高的弹性和良好的导电性而在柔性电子材料领域受到广泛关注。受载时导电填料重新排列会产生相应的电阻变化。本研究选取镍包碳纤维（Nickel coated carbon fiber，CF-Ni）填充于基胶聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）中制备导电橡胶。基于MATLAB平台，观察了导电橡胶中CF-Ni纤维的静态分布，并构建了纤维取向率的计算方法；随后施加动态应变载荷，选用3D打印的样品，在拉伸应变下，对其进行了纤维在胶体中取向变化的同步观察。结果表明：CF-Ni纤维沿拉伸应变方向发生偏转，最大偏转角度可达20°； CF-Ni纤维的取向分布及拉伸应变下纤维的偏转会对导电橡胶的电学性能产生影响，在60%的应变量下，CF-Ni/PDMS表面电阻最大变化为600%。导电橡胶电阻对拉伸应变载荷的响应为CF-Ni/PDMS用于制备柔性传感器奠定了基础。
导电橡胶因其超高的弹性和良好的导电性而在柔性电子材料领域受到广泛关注。受载时导电填料重新排列会产生相应的电阻变化。本研究选取镍包碳纤维（Nickel coated carbon fiber，CF-Ni）填充于基胶聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）中制备导电橡胶。基于MATLAB平台，观察了导电橡胶中CF-Ni纤维的静态分布，并构建了纤维取向率的计算方法；随后施加动态应变载荷，选用3D打印的样品，在拉伸应变下，对其进行了纤维在胶体中取向变化的同步观察。结果表明：CF-Ni纤维沿拉伸应变方向发生偏转，最大偏转角度可达20°； CF-Ni纤维的取向分布及拉伸应变下纤维的偏转会对导电橡胶的电学性能产生影响，在60%的应变量下，CF-Ni/PDMS表面电阻最大变化为600%。导电橡胶电阻对拉伸应变载荷的响应为CF-Ni/PDMS用于制备柔性传感器奠定了基础。
2019, 36(12): 2764-2771.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190104.001
摘要:
通过对比碳纤维增强树脂复合材料（CF/EP）层合板在单一雷电流脉冲及不同组合及时序的多重雷电流分量作用下的雷击损伤特性，探索多重连续雷电流分量在CF/EP层合板上的散流过程与作用机制。研究发现CF/EP层合板在雷电流脉冲作用下出现纤维断裂、烧蚀、树脂热解、铺层分离等严重雷击损伤。在雷电流A、B、C及D分量连续作用下，CF/EP损伤面积达到2 790 mm2，损伤深度约1.28 mm。在多重连续雷电流脉冲作用下，CF/EP的雷电损伤深度主要与雷电流A、B及D分量的冲击力效应及介质击穿效应有关，而持续时间长、转移电荷量大的雷电流C分量的热效应对损伤面积的贡献接近40%。CF/EP层合板雷击损伤特性与雷电流分量的组合及作用时序关系密切，雷电流分量单独作用时造成的CF/EP雷击损伤效果与处于多重连续脉冲序列中时所造成的雷击损伤效果有很大差异。对CF/EP在多重连续雷电流作用下损伤效应的研究能够加深对雷电作用过程的理解，并为CF/EP雷电直接效应机制研究及试验方法的建立及完善提供实验和理论依据。
通过对比碳纤维增强树脂复合材料（CF/EP）层合板在单一雷电流脉冲及不同组合及时序的多重雷电流分量作用下的雷击损伤特性，探索多重连续雷电流分量在CF/EP层合板上的散流过程与作用机制。研究发现CF/EP层合板在雷电流脉冲作用下出现纤维断裂、烧蚀、树脂热解、铺层分离等严重雷击损伤。在雷电流A、B、C及D分量连续作用下，CF/EP损伤面积达到2 790 mm2，损伤深度约1.28 mm。在多重连续雷电流脉冲作用下，CF/EP的雷电损伤深度主要与雷电流A、B及D分量的冲击力效应及介质击穿效应有关，而持续时间长、转移电荷量大的雷电流C分量的热效应对损伤面积的贡献接近40%。CF/EP层合板雷击损伤特性与雷电流分量的组合及作用时序关系密切，雷电流分量单独作用时造成的CF/EP雷击损伤效果与处于多重连续脉冲序列中时所造成的雷击损伤效果有很大差异。对CF/EP在多重连续雷电流作用下损伤效应的研究能够加深对雷电作用过程的理解，并为CF/EP雷电直接效应机制研究及试验方法的建立及完善提供实验和理论依据。
2019, 36(12): 2772-2778.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190324.001
摘要:
利用微分几何理论和四阶龙格库塔法求解气瓶封头上T700碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）非测地线缠绕角微分方程，得到稳定的非测地线缠绕轨迹；利用有限元仿真软件建立T700 CFRP缠绕气瓶有限元模型，分析不同非测地线轨迹对工作压力（30 MPa）下T700 CFRP缠绕气瓶强度的影响，并采用渐进损伤模型分析爆破压力的变化规律。对于封头高h=50 mm的T700 CFRP缠绕气瓶，滑线系数为0.2时承载能力最强，比T700 CFRP测地线缠绕气瓶提高了7 MPa，约为6.4%；对于封头高h=160 mm的T700 CFRP气瓶，滑线系数为0.2时承载能力最强，比T700 CFRP测地线缠绕气瓶提高了6 MPa，约为11.5%。结果表明，优化设计得到的缠绕线型既能满足缠绕工艺的基本要求，又提高了T700 CFRP缠绕气瓶的结构力学性能，可为实际缠绕工艺提供参考。
利用微分几何理论和四阶龙格库塔法求解气瓶封头上T700碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）非测地线缠绕角微分方程，得到稳定的非测地线缠绕轨迹；利用有限元仿真软件建立T700 CFRP缠绕气瓶有限元模型，分析不同非测地线轨迹对工作压力（30 MPa）下T700 CFRP缠绕气瓶强度的影响，并采用渐进损伤模型分析爆破压力的变化规律。对于封头高h=50 mm的T700 CFRP缠绕气瓶，滑线系数为0.2时承载能力最强，比T700 CFRP测地线缠绕气瓶提高了7 MPa，约为6.4%；对于封头高h=160 mm的T700 CFRP气瓶，滑线系数为0.2时承载能力最强，比T700 CFRP测地线缠绕气瓶提高了6 MPa，约为11.5%。结果表明，优化设计得到的缠绕线型既能满足缠绕工艺的基本要求，又提高了T700 CFRP缠绕气瓶的结构力学性能，可为实际缠绕工艺提供参考。
2019, 36(12): 2779-2785.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190304.001
摘要:
依据真空辅助树脂灌注（Vacuum assisted resin infusion，VARI）技术，对VARI方法制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料风电叶片过程中树脂的渗透缺陷形成机制和消除方法进行了研究。结果表明，在环境温度为25℃和初始混合时间为100 min、混合树脂黏度为250 mPas时，树脂的放热温度和渗透性能最佳。导流介质的使用可以降低渗透难度，缩短充模时间。使用6层三轴玻璃纤维缝编织物，并插入一层连续毡做为导流介质，会使导流效果最佳，渗透效果趋于一致，有效的降低边缘效应对树脂渗透的影响。在L7000（叶根到进料口的距离为17 cm）和L19000（叶根到进料口的距离为19 cm）位置处增加树脂进料口，调整模具温度为28℃，可以减少渗透缺陷的形成。
依据真空辅助树脂灌注（Vacuum assisted resin infusion，VARI）技术，对VARI方法制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料风电叶片过程中树脂的渗透缺陷形成机制和消除方法进行了研究。结果表明，在环境温度为25℃和初始混合时间为100 min、混合树脂黏度为250 mPas时，树脂的放热温度和渗透性能最佳。导流介质的使用可以降低渗透难度，缩短充模时间。使用6层三轴玻璃纤维缝编织物，并插入一层连续毡做为导流介质，会使导流效果最佳，渗透效果趋于一致，有效的降低边缘效应对树脂渗透的影响。在L7000（叶根到进料口的距离为17 cm）和L19000（叶根到进料口的距离为19 cm）位置处增加树脂进料口，调整模具温度为28℃，可以减少渗透缺陷的形成。
2019, 36(12): 2786-2794.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190313.001
摘要:
碳纤维增强树脂复合材料（Carbon fiber reinforced plastic，CFRP）因其轻质高强的特点，越来越多地应用到汽车轻量化设计和制造中。为研究CFRP板件及CFRP-Al层合板深拉成型影响因素，加速CFRP零部件产业化进程，本文通过DSC测试分析了CFRP预浸料的固化放热过程，以此为依据，用热压罐制备了不同后固化温度下成型的CFRP板材及单向、编织两种预浸带铺层的CFRP-Al层合板，用Inspekt table 100材料试验机对上述两种板材分别做了深拉试验。考虑到提高制备效率，用打磨、打磨+涂覆硅烷偶联剂、阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂三种方式对铝合金板进行表面处理，不经热压罐固化成型，直接和正交对称铺层的单向预浸带一起在Inspekt table 100材料试验机的环境箱中混合温深拉，固化成形。并通过金相显微镜、SEM进行显微组织观察，验证后固化温度、深拉环境温度、预浸带的种类对CFRP板材及CFRP-Al层合板深拉成型性能的影响及铝合金板表面处理方式对CFRP叠层预浸带、铝合金板材混合温深拉成型性能的影响。结果表明，适当降低后固化温度、提高深拉环境温度有利于板材二次深拉成型。编织预浸带较单向预浸带能更好地承受压力，深拉成型质量更优。阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂的表面处理方式一方面能在铝合金板材表面形成致密、均匀的微孔，另一方面硅烷偶联剂能很好地促进铝合金板材和CFRP的界面结合，有利于深拉成型。
碳纤维增强树脂复合材料（Carbon fiber reinforced plastic，CFRP）因其轻质高强的特点，越来越多地应用到汽车轻量化设计和制造中。为研究CFRP板件及CFRP-Al层合板深拉成型影响因素，加速CFRP零部件产业化进程，本文通过DSC测试分析了CFRP预浸料的固化放热过程，以此为依据，用热压罐制备了不同后固化温度下成型的CFRP板材及单向、编织两种预浸带铺层的CFRP-Al层合板，用Inspekt table 100材料试验机对上述两种板材分别做了深拉试验。考虑到提高制备效率，用打磨、打磨+涂覆硅烷偶联剂、阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂三种方式对铝合金板进行表面处理，不经热压罐固化成型，直接和正交对称铺层的单向预浸带一起在Inspekt table 100材料试验机的环境箱中混合温深拉，固化成形。并通过金相显微镜、SEM进行显微组织观察，验证后固化温度、深拉环境温度、预浸带的种类对CFRP板材及CFRP-Al层合板深拉成型性能的影响及铝合金板表面处理方式对CFRP叠层预浸带、铝合金板材混合温深拉成型性能的影响。结果表明，适当降低后固化温度、提高深拉环境温度有利于板材二次深拉成型。编织预浸带较单向预浸带能更好地承受压力，深拉成型质量更优。阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂的表面处理方式一方面能在铝合金板材表面形成致密、均匀的微孔，另一方面硅烷偶联剂能很好地促进铝合金板材和CFRP的界面结合，有利于深拉成型。
2019, 36(12): 2795-2804.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190514.001
摘要:
为解决由于碳纤维/树脂复合材料多钉连接结构中钉载分配状态和测试方法不同导致的钉载系数测试分散性不明确的问题，针对应变片和钉载矢量传感器两种测试方法，提出基于不确定度理论的钉载系数相对测量不确定度的计算模型，并计算两种测试方法对碳纤维X850/树脂复合材料单剪、双剪连接结构钉载系数的相对测量不确定度。结果表明，应变片测试方法中，单剪结构钉载系数无法准确测量，双剪结构钉载系数相对测量不确定度通常超过2.8%，且随结构中螺栓数目和应变片贴片角度偏差的增加而增大；钉载矢量传感器测试方法中，单剪、双剪结构钉载系数均可测试，且针对任意螺栓数目结构，其钉载系数相对测量不确定度最大不超过1.5%。
为解决由于碳纤维/树脂复合材料多钉连接结构中钉载分配状态和测试方法不同导致的钉载系数测试分散性不明确的问题，针对应变片和钉载矢量传感器两种测试方法，提出基于不确定度理论的钉载系数相对测量不确定度的计算模型，并计算两种测试方法对碳纤维X850/树脂复合材料单剪、双剪连接结构钉载系数的相对测量不确定度。结果表明，应变片测试方法中，单剪结构钉载系数无法准确测量，双剪结构钉载系数相对测量不确定度通常超过2.8%，且随结构中螺栓数目和应变片贴片角度偏差的增加而增大；钉载矢量传感器测试方法中，单剪、双剪结构钉载系数均可测试，且针对任意螺栓数目结构，其钉载系数相对测量不确定度最大不超过1.5%。
2019, 36(12): 2805-2814.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190402.004
摘要:
管状涤纶-苎麻非织造物/环氧树脂复合材料的厚度大小对管道修复后的介质过流能力、内衬材料强度会产生一定的影响，本文根据曼宁方程和复合材料管道设计原则建立了厚度、过流能力及强度的计算公式。采用响应曲面法优化涤纶-苎麻非织造物的制备工艺，在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，选取混杂比、纤网定量、针刺密度3个因素，依据回归分析方程来确定各制备工艺的主要影响因素，以涤纶-苎麻混杂非织造物的厚度和强度为响应值作响应面和等高线图，得出涤纶-苎麻非织造物制备的最优工艺条件（混杂比为0.8，纤网定量为600 g/m2，针刺密度为300 needle/cm2）。在该工艺下，涤纶-苎麻非织造物的厚度为4.14 mm，纵向拉伸强度为2.81 MPa，横向拉伸强度为1.72 MPa，接近理论值，表明响应曲面法具有实际应用价值；结合涤纶-苎麻非织造物/环氧树脂复合材料厚度、强度来验证厚度、过流能力及强度等计算公式的合理性，发现满足管道修复后过流能力的前提下，较薄的涤纶-苎麻非织造物/环氧树脂复合材料的强度能达到翻衬修复排水或排污管道工作压力的需求。
管状涤纶-苎麻非织造物/环氧树脂复合材料的厚度大小对管道修复后的介质过流能力、内衬材料强度会产生一定的影响，本文根据曼宁方程和复合材料管道设计原则建立了厚度、过流能力及强度的计算公式。采用响应曲面法优化涤纶-苎麻非织造物的制备工艺，在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，选取混杂比、纤网定量、针刺密度3个因素，依据回归分析方程来确定各制备工艺的主要影响因素，以涤纶-苎麻混杂非织造物的厚度和强度为响应值作响应面和等高线图，得出涤纶-苎麻非织造物制备的最优工艺条件（混杂比为0.8，纤网定量为600 g/m2，针刺密度为300 needle/cm2）。在该工艺下，涤纶-苎麻非织造物的厚度为4.14 mm，纵向拉伸强度为2.81 MPa，横向拉伸强度为1.72 MPa，接近理论值，表明响应曲面法具有实际应用价值；结合涤纶-苎麻非织造物/环氧树脂复合材料厚度、强度来验证厚度、过流能力及强度等计算公式的合理性，发现满足管道修复后过流能力的前提下，较薄的涤纶-苎麻非织造物/环氧树脂复合材料的强度能达到翻衬修复排水或排污管道工作压力的需求。
2019, 36(12): 2815-2821.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190111.001
摘要:
针对采用螺栓连接方式固定的夹芯复合材料加筋结构，表层采用分层理论单元、芯层采用体单元，结合有限元方法计算固有频率和振型。通过试验验证，有限元计算结果与试验结果吻合，并得到了在有限元分析中模拟实际结构边界条件的处理方法。试验结果对比表明，与钢制结构相比，夹芯复合材料加筋结构前三阶固有频率提高2倍以上，夹芯复合材料加筋结构能大幅提高整体结构刚度，改善结构的振动特性。
针对采用螺栓连接方式固定的夹芯复合材料加筋结构，表层采用分层理论单元、芯层采用体单元，结合有限元方法计算固有频率和振型。通过试验验证，有限元计算结果与试验结果吻合，并得到了在有限元分析中模拟实际结构边界条件的处理方法。试验结果对比表明，与钢制结构相比，夹芯复合材料加筋结构前三阶固有频率提高2倍以上，夹芯复合材料加筋结构能大幅提高整体结构刚度，改善结构的振动特性。
2019, 36(12): 2822-2832.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190304.003
摘要:
针对复合材料预浸带缠绕过程中制品的残余应力、孔隙率最小化和层间剪切强度（ILSS）最大化的多目标优化问题，采用Box-Behnken Design （BBD）原理设计四因素三水平的T300/环氧树脂预浸带缠绕实验；基于灰色关联分析（GRA）将多目标优化问题转化为单目标优化问题，利用主成分分析（PCA）法确定残余应力、孔隙率和ILSS对灰色关联度（GRG）的影响权重；通过对实验数据的回归分析，建立GRG与主要缠绕工艺参数（缠绕温度、张力、压辊压力和缠绕速度）的二阶预测模型；分析了各工艺参数对残余应力、孔隙率、ILSS和GRG的影响规律，确定缠绕工艺参数优化方案；利用响应面法（RSM）求解工艺参数优化问题并进行复合材料预浸带缠绕实验。结果表明：该优化方法获得的最优工艺参数组合可以有效改善残余应力、孔隙率和ILSS，提高预浸带缠绕制品的性能。
针对复合材料预浸带缠绕过程中制品的残余应力、孔隙率最小化和层间剪切强度（ILSS）最大化的多目标优化问题，采用Box-Behnken Design （BBD）原理设计四因素三水平的T300/环氧树脂预浸带缠绕实验；基于灰色关联分析（GRA）将多目标优化问题转化为单目标优化问题，利用主成分分析（PCA）法确定残余应力、孔隙率和ILSS对灰色关联度（GRG）的影响权重；通过对实验数据的回归分析，建立GRG与主要缠绕工艺参数（缠绕温度、张力、压辊压力和缠绕速度）的二阶预测模型；分析了各工艺参数对残余应力、孔隙率、ILSS和GRG的影响规律，确定缠绕工艺参数优化方案；利用响应面法（RSM）求解工艺参数优化问题并进行复合材料预浸带缠绕实验。结果表明：该优化方法获得的最优工艺参数组合可以有效改善残余应力、孔隙率和ILSS，提高预浸带缠绕制品的性能。
2019, 36(12): 2833-2842.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190117.001
摘要:
针对纤维缠绕复合材料高速飞轮径向分层问题，提出环向和径向同时强化的圆环平纹织物结构，环向纱束为单一纤维束连续织造。建立了“平头梭形”截面的单胞模型，兼顾双向纱束轮廓差异。基于扇形单胞和矩形单胞结构相似性，定义了“等参数”织造约束条件。采用体积平均法预测圆环织物扇形单胞等效弹性参数，并采用轮缘径向多层分割模型，分析了机织飞轮旋转载荷下的应力和变形特征及其影响参数，轮缘理论计算位移与圆标记法径向变形测量结果一致。机织复合材料飞轮测试极限圆周速度为889 m/s，储能密度为63.7 Wh/kg。理论分析和实验表明，环形织构的双强化理论可行，能够获得比缠绕飞轮更高的旋转速度。
针对纤维缠绕复合材料高速飞轮径向分层问题，提出环向和径向同时强化的圆环平纹织物结构，环向纱束为单一纤维束连续织造。建立了“平头梭形”截面的单胞模型，兼顾双向纱束轮廓差异。基于扇形单胞和矩形单胞结构相似性，定义了“等参数”织造约束条件。采用体积平均法预测圆环织物扇形单胞等效弹性参数，并采用轮缘径向多层分割模型，分析了机织飞轮旋转载荷下的应力和变形特征及其影响参数，轮缘理论计算位移与圆标记法径向变形测量结果一致。机织复合材料飞轮测试极限圆周速度为889 m/s，储能密度为63.7 Wh/kg。理论分析和实验表明，环形织构的双强化理论可行，能够获得比缠绕飞轮更高的旋转速度。
2019, 36(12): 2843-2850.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190305.002
摘要:
采用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发，生成了短切碳纤维在乙烯基酯树脂中随机分布的二维平面应变模型，建立代表性体积单元（RVE），通过Hypermesh对模型进行网格划分，为保证RVE应力场的均匀协调性，在周期性边界条件下，对短切碳纤维/乙烯基树脂进行拉伸性能数值模拟计算分析，并结合实验研究了短切碳纤维长度对片状模塑料拉伸性能的影响。结果验证了对短切碳纤维/乙烯基树脂片状模塑料拉伸模量随纤维长度的增大出现先增大后变缓的趋势，表明利用Python-ABAQUS建立二维平面应变RVE模型的合理性。本研究为短切碳纤维/乙烯基树脂片状模塑料在汽车轻量化行业的应用提供了理论及实验依据。
采用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发，生成了短切碳纤维在乙烯基酯树脂中随机分布的二维平面应变模型，建立代表性体积单元（RVE），通过Hypermesh对模型进行网格划分，为保证RVE应力场的均匀协调性，在周期性边界条件下，对短切碳纤维/乙烯基树脂进行拉伸性能数值模拟计算分析，并结合实验研究了短切碳纤维长度对片状模塑料拉伸性能的影响。结果验证了对短切碳纤维/乙烯基树脂片状模塑料拉伸模量随纤维长度的增大出现先增大后变缓的趋势，表明利用Python-ABAQUS建立二维平面应变RVE模型的合理性。本研究为短切碳纤维/乙烯基树脂片状模塑料在汽车轻量化行业的应用提供了理论及实验依据。
2019, 36(12): 2851-2859.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190305.003
摘要:
基于砂/树脂断裂与砂树脂界面脱粘失效行为的砂/树脂三维微细观单胞模型被构建，用于研究砂/树脂在拉伸载荷作用下的微观应力特征、树脂粘结桥的损伤破坏模式及微观结构（树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配及粘结桥有效横截面积比）对其宏观拉伸强度的影响。该三维微细观单胞模型采用内聚力行为方法刻画粘结砂/树脂界面的失效，采用扩展有限元方法（Extented finite element，XFEM）捕捉树脂基体损伤和裂纹扩展。计算结果表明：所构建的三维微细观单胞模型能够显式刻画砂/树脂微细观结构断裂过程，解释微细观结构断裂机制，能够有效地提供树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配、粘结桥有效横截面积比等微细观结构对砂/树脂宏观拉伸强度（St）影响的信息，可为砂/树脂优化设计提供理论指导。
基于砂/树脂断裂与砂树脂界面脱粘失效行为的砂/树脂三维微细观单胞模型被构建，用于研究砂/树脂在拉伸载荷作用下的微观应力特征、树脂粘结桥的损伤破坏模式及微观结构（树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配及粘结桥有效横截面积比）对其宏观拉伸强度的影响。该三维微细观单胞模型采用内聚力行为方法刻画粘结砂/树脂界面的失效，采用扩展有限元方法（Extented finite element，XFEM）捕捉树脂基体损伤和裂纹扩展。计算结果表明：所构建的三维微细观单胞模型能够显式刻画砂/树脂微细观结构断裂过程，解释微细观结构断裂机制，能够有效地提供树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配、粘结桥有效横截面积比等微细观结构对砂/树脂宏观拉伸强度（St）影响的信息，可为砂/树脂优化设计提供理论指导。
2019, 36(12): 2860-2868.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190326.004
摘要:
通过原位X射线成像系统研究了两种SiC粒径配比（45 μm和（45+100）μm）对70vol% SiC颗粒（SiCP）/Al复合材料变形损伤行为的影响。在准静态压缩加载下，利用X射线数字图像相关方法（XDIC）计算了SiCp/Al复合材料在不同变形阶段的应变场分布。宏观应力-应变曲线表明，因颗粒尺寸引起的SiCp/Al复合材料的强度差异较小，但粒径配比为45 μm的SiCP/Al的延展性明显优于（100+45）μm的SiCP/Al。细观应变场分析表明，粒径配比为（100+45）μm的SiCP/Al比45 μm的SiCP/Al更早出现变形损伤带，且前者在变形后期其应变场不均匀性更高。这是由于（100+45）μm SiCP/Al中更早在大颗粒附近出现应变集中点，而且这些集中点会迅速长大和汇聚进而形成宏观裂纹，导致材料更早失效和破坏。因此，减小颗粒尺寸和促进颗粒均匀分布有利于提高颗粒增强金属基复合材料的延展性。断口回收分析表明：两种颗粒尺寸的SiCP/Al复合材料的断裂模式都属于脆性断裂，且断口中都发现有颗粒破坏和界面脱粘现象存在。
通过原位X射线成像系统研究了两种SiC粒径配比（45 μm和（45+100）μm）对70vol% SiC颗粒（SiCP）/Al复合材料变形损伤行为的影响。在准静态压缩加载下，利用X射线数字图像相关方法（XDIC）计算了SiCp/Al复合材料在不同变形阶段的应变场分布。宏观应力-应变曲线表明，因颗粒尺寸引起的SiCp/Al复合材料的强度差异较小，但粒径配比为45 μm的SiCP/Al的延展性明显优于（100+45）μm的SiCP/Al。细观应变场分析表明，粒径配比为（100+45）μm的SiCP/Al比45 μm的SiCP/Al更早出现变形损伤带，且前者在变形后期其应变场不均匀性更高。这是由于（100+45）μm SiCP/Al中更早在大颗粒附近出现应变集中点，而且这些集中点会迅速长大和汇聚进而形成宏观裂纹，导致材料更早失效和破坏。因此，减小颗粒尺寸和促进颗粒均匀分布有利于提高颗粒增强金属基复合材料的延展性。断口回收分析表明：两种颗粒尺寸的SiCP/Al复合材料的断裂模式都属于脆性断裂，且断口中都发现有颗粒破坏和界面脱粘现象存在。
2019, 36(12): 2869-2877.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190109.003
摘要:
采用放电等离子烧结（SPS）工艺制备出不同混杂比例碳纳米管（CNTs）和TiB2混杂增强铜（CNTs-TiB2/Cu）复合材料，对复合材料致密度、硬度、导电率、导热率和显微组织进行了对比和分析。同时对复合材料进行了电接触试验，研究了不同电流条件下CNTs与TiB2混杂比例对CNTs-TiB2/Cu复合材料电弧侵蚀行为的影响。结果表明：随着CNTs与TiB2混杂比例的增加，CNTs-TiB2/Cu复合材料的密度、硬度、导电率和导热率逐渐降低，铜基体晶界分离现象越来越明显；在特定电流条件下，合适的CNTs-TiB2混杂比例可提高CNTs-TiB2/Cu复合材料的抗电弧侵蚀性能；当电流为5 A和10 A时，CNTs与TiB2混杂比例为4∶1的平均燃弧能量、平均燃弧时间和材料转移量达到最低，而电流为15 A时，CNTs与TiB2混杂比例为1∶4的平均燃弧能量、平均燃弧时间和材料转移量达到最低。电弧侵蚀后阴极出现熔池、气孔及熔融金属铺展等特征，且随着CNTs与TiB2混杂比的增加，CNTs-TiB2/Cu复合材料熔池面积减小，气孔数量变少，熔融金属铺展的特征减弱。
采用放电等离子烧结（SPS）工艺制备出不同混杂比例碳纳米管（CNTs）和TiB2混杂增强铜（CNTs-TiB2/Cu）复合材料，对复合材料致密度、硬度、导电率、导热率和显微组织进行了对比和分析。同时对复合材料进行了电接触试验，研究了不同电流条件下CNTs与TiB2混杂比例对CNTs-TiB2/Cu复合材料电弧侵蚀行为的影响。结果表明：随着CNTs与TiB2混杂比例的增加，CNTs-TiB2/Cu复合材料的密度、硬度、导电率和导热率逐渐降低，铜基体晶界分离现象越来越明显；在特定电流条件下，合适的CNTs-TiB2混杂比例可提高CNTs-TiB2/Cu复合材料的抗电弧侵蚀性能；当电流为5 A和10 A时，CNTs与TiB2混杂比例为4∶1的平均燃弧能量、平均燃弧时间和材料转移量达到最低，而电流为15 A时，CNTs与TiB2混杂比例为1∶4的平均燃弧能量、平均燃弧时间和材料转移量达到最低。电弧侵蚀后阴极出现熔池、气孔及熔融金属铺展等特征，且随着CNTs与TiB2混杂比的增加，CNTs-TiB2/Cu复合材料熔池面积减小，气孔数量变少，熔融金属铺展的特征减弱。
2019, 36(12): 2878-2886.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190402.002
摘要:
采用涂刷法和浆料浸渍法在（C/C）/SiC复合材料基础上制备了（C/C）/ZrB2-SiC复合材料，采用微观分析和氧-乙炔烧蚀试验，并借助SEM、EDS等手段，研究三种材料的微观结构、抗烧蚀性能和抗烧蚀机制。结果表明：制备的（C/C）/ZrB2-SiC复合材料的抗烧蚀性能优于（C/C）/SiC复合材料，相比（C/C）/SiC复合材料，涂刷法制备的（C/C）/ZrB2-SiC复合材料600 s和1 000 s线烧蚀率下降33.3%和15.4%，质量烧蚀率下降51.5%和25.5%；浆料浸渍法制备的（C/C）/ZrB2-SiC复合材料600 s和1 000 s线烧蚀率下降20%和28.8%，质量烧蚀率下降42.4%和53.2%，其在高温阶段形成的ZrO2-SiO2玻璃态熔融层起到了抗氧化冲刷的作用，大幅提高其抗烧蚀性能。三种材料的烧蚀机制是热化学烧蚀、热物理烧蚀和机械剥蚀的综合作用。
采用涂刷法和浆料浸渍法在（C/C）/SiC复合材料基础上制备了（C/C）/ZrB2-SiC复合材料，采用微观分析和氧-乙炔烧蚀试验，并借助SEM、EDS等手段，研究三种材料的微观结构、抗烧蚀性能和抗烧蚀机制。结果表明：制备的（C/C）/ZrB2-SiC复合材料的抗烧蚀性能优于（C/C）/SiC复合材料，相比（C/C）/SiC复合材料，涂刷法制备的（C/C）/ZrB2-SiC复合材料600 s和1 000 s线烧蚀率下降33.3%和15.4%，质量烧蚀率下降51.5%和25.5%；浆料浸渍法制备的（C/C）/ZrB2-SiC复合材料600 s和1 000 s线烧蚀率下降20%和28.8%，质量烧蚀率下降42.4%和53.2%，其在高温阶段形成的ZrO2-SiO2玻璃态熔融层起到了抗氧化冲刷的作用，大幅提高其抗烧蚀性能。三种材料的烧蚀机制是热化学烧蚀、热物理烧蚀和机械剥蚀的综合作用。
2019, 36(12): 2887-2893.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190416.003
摘要:
为了开发高储能密度的无机/有机介电复合材料，本文采用有限元法分别研究了直径为100 nm的球形填料与基体介电常数的比值（k）、球形填料在复合材料中的排列方式、球形填料尺寸（100~300 nm）、纤维状填料长径比（α）和片状填料的球形度（β）对复合材料介电性能的影响。计算结果表明，当k值大于20时，复合材料的介电常数变化不明显；球形填料沿电场方向成链式排列时，复合材料有较大的介电常数，且材料中球形填料附近处存在较大的电位移和较大的电场，说明这种填料排列方式有利于材料介电常数的提高，但会削弱材料的耐击穿能力；当球形填料随机分布时，颗粒尺寸变化对复合材料介电常数的影响不明显。对于纤维状填料，其长径比α越大且长轴沿电场方向分布时，填料自身及周边会产生较大的电位移，表明这种情况有利于复合材料介电常数的提高。对于片状填料，其球形度β越小，填料与基体界面处高电场区域越小，表明材料的耐击穿能力越高。本研究可为高介高储能材料的实验研究提供理论指导。
为了开发高储能密度的无机/有机介电复合材料，本文采用有限元法分别研究了直径为100 nm的球形填料与基体介电常数的比值（k）、球形填料在复合材料中的排列方式、球形填料尺寸（100~300 nm）、纤维状填料长径比（α）和片状填料的球形度（β）对复合材料介电性能的影响。计算结果表明，当k值大于20时，复合材料的介电常数变化不明显；球形填料沿电场方向成链式排列时，复合材料有较大的介电常数，且材料中球形填料附近处存在较大的电位移和较大的电场，说明这种填料排列方式有利于材料介电常数的提高，但会削弱材料的耐击穿能力；当球形填料随机分布时，颗粒尺寸变化对复合材料介电常数的影响不明显。对于纤维状填料，其长径比α越大且长轴沿电场方向分布时，填料自身及周边会产生较大的电位移，表明这种情况有利于复合材料介电常数的提高。对于片状填料，其球形度β越小，填料与基体界面处高电场区域越小，表明材料的耐击穿能力越高。本研究可为高介高储能材料的实验研究提供理论指导。
2019, 36(12): 2894-2901.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190327.002
摘要:
本文通过开展缝合式三维编织C/SiC复合材料的准静态单轴拉伸及循环加卸载试验，研究加卸载行为对复合材料的损伤及材料内部能量耗散的影响。通过对材料的断口分析，探究加卸载对材料破坏强度的影响规律。结果表明，加卸载行为会消耗材料内部的能量，对纤维束与基体之间的界面造成损伤，进而降低材料的承载能力；材料滞回曲线的面积随着卸载点应力的增大而增大；材料的整体失效属于脆性破坏，复合材料断口表现出明显的分层现象，且单轴拉伸时断口相对于循环加卸载更整齐。
本文通过开展缝合式三维编织C/SiC复合材料的准静态单轴拉伸及循环加卸载试验，研究加卸载行为对复合材料的损伤及材料内部能量耗散的影响。通过对材料的断口分析，探究加卸载对材料破坏强度的影响规律。结果表明，加卸载行为会消耗材料内部的能量，对纤维束与基体之间的界面造成损伤，进而降低材料的承载能力；材料滞回曲线的面积随着卸载点应力的增大而增大；材料的整体失效属于脆性破坏，复合材料断口表现出明显的分层现象，且单轴拉伸时断口相对于循环加卸载更整齐。
2019, 36(12): 2902-2911.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190109.001
摘要:
基于MSC.Marc有限元软件对Cu-Cr粉体颗粒的单、双向致密化过程进行了细观数值模拟分析。研究了不同压制方式及摩檫系数对Cu-Cr粉体颗粒致密度及形貌变化的影响。结果表明：随着摩擦系数的增大，单向压制Cu-Cr粉体颗粒的致密化程度越高，摩擦系数为0.5时，单向压制的Cu-Cr粉体颗粒最高致密度为96.4040%；随着摩擦系数的减小，双向压制Cu-Cr粉体颗粒的致密化程度越高，在无摩擦理想条件下，双向压制Cu-Cr粉体颗粒致密度最高为89.1630%。在相同条件（摩擦系数、压制力）下，单向比双向压制Cu-Cr粉体颗粒有较高的流动性和致密度，Cu颗粒的应变量差值为1.3385，但双向致密化Cu-Cr粉体颗粒比单向压制的粒度均匀性好。模拟结果与实验结果相符合，验证了模型的准确性。
基于MSC.Marc有限元软件对Cu-Cr粉体颗粒的单、双向致密化过程进行了细观数值模拟分析。研究了不同压制方式及摩檫系数对Cu-Cr粉体颗粒致密度及形貌变化的影响。结果表明：随着摩擦系数的增大，单向压制Cu-Cr粉体颗粒的致密化程度越高，摩擦系数为0.5时，单向压制的Cu-Cr粉体颗粒最高致密度为96.4040%；随着摩擦系数的减小，双向压制Cu-Cr粉体颗粒的致密化程度越高，在无摩擦理想条件下，双向压制Cu-Cr粉体颗粒致密度最高为89.1630%。在相同条件（摩擦系数、压制力）下，单向比双向压制Cu-Cr粉体颗粒有较高的流动性和致密度，Cu颗粒的应变量差值为1.3385，但双向致密化Cu-Cr粉体颗粒比单向压制的粒度均匀性好。模拟结果与实验结果相符合，验证了模型的准确性。
2019, 36(12): 2912-2919.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190408.001
摘要:
基于陶瓷基复合材料在多轴应力作用下的各向异性损伤演化机制，提出损伤解耦分析的模型和方法，实现定量描述损伤分量之间的耦合影响效应。考虑损伤引起的内应力强化，通过引入有效应力的概念，对微细观损伤造成的材料承载性能衰减进行了表征，并提出复杂应力条件下强度失效判别的最大有效应力判据和二次有效应力判据。采用平纹编织C/SiC复合材料，开展了轴向拉伸加卸载、偏轴拉伸加卸载和面内剪切加卸载试验，进行了损伤演化和强度失效分析。模型和试验结果对比分析表明，本文提出的强度理论具有合理性，预测结果准确。
基于陶瓷基复合材料在多轴应力作用下的各向异性损伤演化机制，提出损伤解耦分析的模型和方法，实现定量描述损伤分量之间的耦合影响效应。考虑损伤引起的内应力强化，通过引入有效应力的概念，对微细观损伤造成的材料承载性能衰减进行了表征，并提出复杂应力条件下强度失效判别的最大有效应力判据和二次有效应力判据。采用平纹编织C/SiC复合材料，开展了轴向拉伸加卸载、偏轴拉伸加卸载和面内剪切加卸载试验，进行了损伤演化和强度失效分析。模型和试验结果对比分析表明，本文提出的强度理论具有合理性，预测结果准确。
2019, 36(12): 2920-2931.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190327.001
摘要:
以尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀法包覆改性TiO2，制备了核壳型TiO2@SbxSn1-xO2（ATO）复合导电粉体，利用SEM、EDS、HRTEM、XRD、XPS、顺磁波谱仪（EPR）、FTIR及激光粒度仪（LPSA）等对其进行表征，并对其导电性的主要影响条件进行了研究及分析，提出了均匀沉淀包覆及反应机制。研究表明，反应温度为92℃时，尿素与金属阳离子摩尔比为10∶1的情况下，OH-释放量及释放速率适中，引入SO42-作为催化剂，降低金属阳离子成核能垒，且SO42-与Cl-最佳摩尔比为1∶25时，所得产品的纳米SbxSn1-xO2（ATO）壳层在TiO2表面包覆均匀连续完整，其厚度约为15 nm。当包覆完全时，随着Sb掺杂量增加，复合粉体电阻率降低，Sn与Sb摩尔比达到12∶1时，再增加Sb含量，其电阻率不变。最优制备条件下，复合粉体电阻率值为7.5 Ωcm，导电性能良好。
以尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀法包覆改性TiO2，制备了核壳型TiO2@SbxSn1-xO2（ATO）复合导电粉体，利用SEM、EDS、HRTEM、XRD、XPS、顺磁波谱仪（EPR）、FTIR及激光粒度仪（LPSA）等对其进行表征，并对其导电性的主要影响条件进行了研究及分析，提出了均匀沉淀包覆及反应机制。研究表明，反应温度为92℃时，尿素与金属阳离子摩尔比为10∶1的情况下，OH-释放量及释放速率适中，引入SO42-作为催化剂，降低金属阳离子成核能垒，且SO42-与Cl-最佳摩尔比为1∶25时，所得产品的纳米SbxSn1-xO2（ATO）壳层在TiO2表面包覆均匀连续完整，其厚度约为15 nm。当包覆完全时，随着Sb掺杂量增加，复合粉体电阻率降低，Sn与Sb摩尔比达到12∶1时，再增加Sb含量，其电阻率不变。最优制备条件下，复合粉体电阻率值为7.5 Ωcm，导电性能良好。
2019, 36(12): 2932-2941.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190118.001
摘要:
配制普通混凝土（NC）和玻化微珠保温混凝土（GHB/NC），研究从常温升温至1 000℃高温后表观现象变化、质量、抗压强度损失等性能的劣化过程，同时讨论超声波无损检测法评判混凝土高温后性能的普适性，对比分析相对波速、损伤度与受热温度、抗压强度损失率的关系，利用SEM观察不同高温后试件微观结构变化。结果表明：采用相对波速、损伤度评价混凝土高温后性能具有良好相关性，回归公式拟合度较高；随温度升高，NC和GHB/NC混凝土内部损伤逐步加剧，水泥胶凝受热分解、水分散失等在试件表面和内部产生空隙、裂纹并相互贯通，玻化微珠、粗骨料与水泥石界面黏结力逐步减弱甚至丧失，造成宏观力学性能劣化，抗压强度损失率增大。升温至800℃后NC强度损失72.3%，GHB/NC强度损失74.6%，1 000℃时基本丧失承载能力。
配制普通混凝土（NC）和玻化微珠保温混凝土（GHB/NC），研究从常温升温至1 000℃高温后表观现象变化、质量、抗压强度损失等性能的劣化过程，同时讨论超声波无损检测法评判混凝土高温后性能的普适性，对比分析相对波速、损伤度与受热温度、抗压强度损失率的关系，利用SEM观察不同高温后试件微观结构变化。结果表明：采用相对波速、损伤度评价混凝土高温后性能具有良好相关性，回归公式拟合度较高；随温度升高，NC和GHB/NC混凝土内部损伤逐步加剧，水泥胶凝受热分解、水分散失等在试件表面和内部产生空隙、裂纹并相互贯通，玻化微珠、粗骨料与水泥石界面黏结力逐步减弱甚至丧失，造成宏观力学性能劣化，抗压强度损失率增大。升温至800℃后NC强度损失72.3%，GHB/NC强度损失74.6%，1 000℃时基本丧失承载能力。
2019, 36(12): 2942-2949.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190314.004
摘要:
利用改进的渗透试验装置，研究了混凝土（NC）单轴受压时结构型钢纤维（SF）掺量和荷载等级对其渗透系数的影响，并对数据进行拟合分析；同时还利用超声检测研究了不同荷载等级对SF/NC造成的损伤。分析表明：NC单轴受压时，其渗透性与荷载等级有关，且存在阈值现象，当荷载等级大于渗透阈值时，渗透系数迅速增大。结构型SF的加入可以推迟渗透阈值的出现，渗透阈值随SF掺量的提高而增大，当掺量为0、20、40、60 kg/m3时，渗透阈值分别约为0.6、0.7、0.7、0.8。试件超声波速随荷载等级变化规律与渗透系数的变化规律有一定相似性，可以用来评价NC单轴受压时的渗透性能。
利用改进的渗透试验装置，研究了混凝土（NC）单轴受压时结构型钢纤维（SF）掺量和荷载等级对其渗透系数的影响，并对数据进行拟合分析；同时还利用超声检测研究了不同荷载等级对SF/NC造成的损伤。分析表明：NC单轴受压时，其渗透性与荷载等级有关，且存在阈值现象，当荷载等级大于渗透阈值时，渗透系数迅速增大。结构型SF的加入可以推迟渗透阈值的出现，渗透阈值随SF掺量的提高而增大，当掺量为0、20、40、60 kg/m3时，渗透阈值分别约为0.6、0.7、0.7、0.8。试件超声波速随荷载等级变化规律与渗透系数的变化规律有一定相似性，可以用来评价NC单轴受压时的渗透性能。
2019, 36(12): 2950-2958.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190417.002
摘要:
采用水热法合成了掺钒量分别为0 mol%、0.5 mol%、1.0 mol%的SrTiO3（编号依次为S-0、S-0.5、S-1.0），通过XRD、SEM、BET比表面积分析、电子顺磁共振谱（EPR）、XPS、FTIR、UV-vis吸收光谱及PL等方法测试了材料的结构特征及光学性质，并采用NO光催化氧化及CO2光催化还原对比了掺钒前后SrTiO3的光催化活性的变化。研究结果表明，钒对SrTiO3中的Ti位进行取代掺杂；掺钒导致SrTiO3的可见光响应增强，氧空位减少；掺钒量为0.5 mol%的S-0.5比未掺钒的S-0在反应初期具有更好的光催化效果，但在反应后期S-0.5的催化活性衰减较快。综合结果显示，氧空位是光催化还原CO2反应过程中的重要活性位点，掺钒后氧空位减少导致活性位点不足是光催化反应后期掺钒SrTiO3材料活性衰减的主要原因。
采用水热法合成了掺钒量分别为0 mol%、0.5 mol%、1.0 mol%的SrTiO3（编号依次为S-0、S-0.5、S-1.0），通过XRD、SEM、BET比表面积分析、电子顺磁共振谱（EPR）、XPS、FTIR、UV-vis吸收光谱及PL等方法测试了材料的结构特征及光学性质，并采用NO光催化氧化及CO2光催化还原对比了掺钒前后SrTiO3的光催化活性的变化。研究结果表明，钒对SrTiO3中的Ti位进行取代掺杂；掺钒导致SrTiO3的可见光响应增强，氧空位减少；掺钒量为0.5 mol%的S-0.5比未掺钒的S-0在反应初期具有更好的光催化效果，但在反应后期S-0.5的催化活性衰减较快。综合结果显示，氧空位是光催化还原CO2反应过程中的重要活性位点，掺钒后氧空位减少导致活性位点不足是光催化反应后期掺钒SrTiO3材料活性衰减的主要原因。
2019, 36(12): 2959-2967.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190402.003
摘要:
采用壳聚糖增韧改性矿渣基地聚合物，研究了壳聚糖掺量对矿渣基地聚合物强度与弯曲韧性、吸附重金属离子性能的影响规律，采用FTIR、NMR、SEM及EDS等测试手段揭示了壳聚糖对矿渣基地聚合物的改性机制。结果表明，与空白样相比，壳聚糖掺量（与矿粉质量比）为2%的矿渣基地聚合物28天弯曲韧性系数提高497.22%，对Pb2+、Cr3+的吸附效率分别提高68.89%、81.45%。壳聚糖在分子层面（C—O—Si键的形成及[SiO4]聚合度的降低）及亚微观层面（三维互穿网络结构的形成）对矿渣基地聚合物进行增韧改性。壳聚糖自身较高的吸附性及低Ca/Si比C—S—H凝胶数量的增加，是矿渣基地聚合物吸附性能显著提升的关键。
采用壳聚糖增韧改性矿渣基地聚合物，研究了壳聚糖掺量对矿渣基地聚合物强度与弯曲韧性、吸附重金属离子性能的影响规律，采用FTIR、NMR、SEM及EDS等测试手段揭示了壳聚糖对矿渣基地聚合物的改性机制。结果表明，与空白样相比，壳聚糖掺量（与矿粉质量比）为2%的矿渣基地聚合物28天弯曲韧性系数提高497.22%，对Pb2+、Cr3+的吸附效率分别提高68.89%、81.45%。壳聚糖在分子层面（C—O—Si键的形成及[SiO4]聚合度的降低）及亚微观层面（三维互穿网络结构的形成）对矿渣基地聚合物进行增韧改性。壳聚糖自身较高的吸附性及低Ca/Si比C—S—H凝胶数量的增加，是矿渣基地聚合物吸附性能显著提升的关键。
2019, 36(12): 2968-2974.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190305.001
摘要:
混凝土的声发射特性是其在受载过程中的伴生现象，具有对应力或应变历史的记忆性，可以利用声发射记忆性评价混凝土结构损伤历史。通过中央带裂缝混凝土试件循环拉伸断裂试验，分析了不同声发射参量与循环荷载历程之间的关系，建立了循环拉伸状态下混凝土声发射损伤模式，揭示了初始裂缝宽度对Felicity比的影响规律。结果表明，动态轴向循环荷载作用下，随着初始预制裂缝宽度的增加，混凝土棱柱体试件Felicity比逐渐增大。主要试验成果为采用声发射记忆性来评判混凝土的损伤历史提供了一种新的方法。
混凝土的声发射特性是其在受载过程中的伴生现象，具有对应力或应变历史的记忆性，可以利用声发射记忆性评价混凝土结构损伤历史。通过中央带裂缝混凝土试件循环拉伸断裂试验，分析了不同声发射参量与循环荷载历程之间的关系，建立了循环拉伸状态下混凝土声发射损伤模式，揭示了初始裂缝宽度对Felicity比的影响规律。结果表明，动态轴向循环荷载作用下，随着初始预制裂缝宽度的增加，混凝土棱柱体试件Felicity比逐渐增大。主要试验成果为采用声发射记忆性来评判混凝土的损伤历史提供了一种新的方法。
2019, 36(12): 2975-2983.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190215.001
摘要:
采用一种拓展的n阶广义梁理论（GBT），研究了轴向机械载荷作用下多孔功能梯度材料（FGM）梁在湿热环境中的振动及屈曲特性。考虑了材料的物性随温度变化，湿-热沿梁厚按三种不同类型分布，采用含孔隙率的修正Voigt混合率模型描述多孔功能梯度梁的材料属性，在宏-细观力学模型框架下应用Hamilton原理统一建立了系统的自由振动及屈曲方程，采用Navier法求解FGM简支梁的静动态响应。通过算例验证并讨论了GBT阶数n的理想取值，可用于丰富梁理论。探讨了湿热效应、湿-热-机耦合、孔隙率、材料梯度指标、跨厚比对FGM梁振动及屈曲特性的影响。结果表明：湿-热加剧降低了FGM梁的频率和临界载荷，且不同类型的湿热分布对其减小程度有显著差异；随着孔隙率增大，梁结构的整体刚度虽有所弱化，但在湿热环境中频率反而增大，稳定性增强；湿-热效应对多孔FGM细长梁频率和稳定性影响十分显著，但对短粗梁的影响比较有限。
采用一种拓展的n阶广义梁理论（GBT），研究了轴向机械载荷作用下多孔功能梯度材料（FGM）梁在湿热环境中的振动及屈曲特性。考虑了材料的物性随温度变化，湿-热沿梁厚按三种不同类型分布，采用含孔隙率的修正Voigt混合率模型描述多孔功能梯度梁的材料属性，在宏-细观力学模型框架下应用Hamilton原理统一建立了系统的自由振动及屈曲方程，采用Navier法求解FGM简支梁的静动态响应。通过算例验证并讨论了GBT阶数n的理想取值，可用于丰富梁理论。探讨了湿热效应、湿-热-机耦合、孔隙率、材料梯度指标、跨厚比对FGM梁振动及屈曲特性的影响。结果表明：湿-热加剧降低了FGM梁的频率和临界载荷，且不同类型的湿热分布对其减小程度有显著差异；随着孔隙率增大，梁结构的整体刚度虽有所弱化，但在湿热环境中频率反而增大，稳定性增强；湿-热效应对多孔FGM细长梁频率和稳定性影响十分显著，但对短粗梁的影响比较有限。
2019, 36(12): 2984-2989.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190401.001
摘要:
对具有负泊松比的六韧带手性结构的动力性能进行了研究。以提高韧带手性结构胞元结构刚度为目标，建立基于固有频率参数的优化模型。通过定义不同阶次固有频率对应的权重系数，实现了固有频率参数的归一化。选择韧带手性结构胞元的韧带厚度、圆环壁厚两个参数为优化变量，建立了结构优化方程。最后，应用遗传算法（GA）对韧带手性结构进行优化。结果表明，优化后其前几阶固有频率明显提高，为减振降噪新材料的设计与应用提供了参考。
对具有负泊松比的六韧带手性结构的动力性能进行了研究。以提高韧带手性结构胞元结构刚度为目标，建立基于固有频率参数的优化模型。通过定义不同阶次固有频率对应的权重系数，实现了固有频率参数的归一化。选择韧带手性结构胞元的韧带厚度、圆环壁厚两个参数为优化变量，建立了结构优化方程。最后，应用遗传算法（GA）对韧带手性结构进行优化。结果表明，优化后其前几阶固有频率明显提高，为减振降噪新材料的设计与应用提供了参考。
