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2006年  第23卷  第3期

苯炔基封端的联苯型聚酰亚胺复合材料
王震, 杨慧丽, 益小苏, 丁孟贤
2006, 23(3): 1-4.
摘要:
采用改性单体原位反应聚合法(MPMR) 制备了苯炔基封端的聚酰亚胺树脂, 采用模压方法研究了聚酰亚胺复合材料的成型工艺。所制备的树脂和复合材料均具有很高的热稳定性; 复合材料在371 ℃的力学性能保持率高于室温力学性能的50 %; 其玻璃化转变温度为449 ℃; 纯树脂和复合材料在371 ℃空气中100 h 的热失重小于3 %。所研制的聚酰亚胺复合材料基本满足了371 ℃高温树脂的性能。
单向纤维布可压缩性的实验研究
刘洪新, 张佐光, 顾轶卓, 李敏
2006, 23(3): 5-9.
摘要:
针对热压工艺中单向纤维布的压缩行为, 通过自行设计的纤维可压缩性测试装置测得压缩曲线, 并用Gutowski 纤维压缩方程进行拟合。提出了表征可压缩性的参数, 考察了初始纤维体积分数、层数、润湿介质、铺层方式和纤维种类对单向纤维布可压缩性的影响。结果表明, 层数、初始纤维体积分数和润湿介质对单向纤维铺层的可压缩性没有显著影响, 纤维的干湿状态、铺层方式和纤维种类对纤维层的可压缩性有明显影响。
真空压力下液体沿炭纤维织物铺层厚度方向的渗透特性
徐伟, 李敏, 张佐光
2006, 23(3): 10-14.
摘要:
使用自行设计的装置对真空压作用下液体沿单向织物厚度铺层方向的渗透特性进行了初步研究, 通过一系列实验对设备和操作方法进行了规范。通过改变所加真空压力的大小, 研究了蒸馏水、酚醛溶液、丙三醇三种流体对炭纤维织物铺层的渗透规律。结果表明, 随着真空压力增加, 流体对单向织物堆积体的渗透速率增加。相同真空压力条件下, 三种流体中蒸馏水的渗透速率最快; 在5 kPa 和20 kPa 真空压作用下丙三醇的渗透速率快于酚醛溶液; 在40 kPa 和60 kPa 真空压力下, 酚醛溶液的渗透速率快于丙三醇。
层间环氧纳米纤维薄膜对层合板力学性能的影响
刘玲, 黄争鸣, 董国华, 袁国青, 何创龙, 韩晓建
2006, 23(3): 15-19.
摘要:
应用静电纺丝技术制备环氧纳米纤维, 将收集的纳米纤维无纺布薄膜插入层合板的层间界面并固化成型, 研究其对层合板力学性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜( TEM) 分析了纳米纤维的形貌和尺寸, 并测试了纳米纤维薄膜的拉伸性能; 应用三点弯曲和短梁剪切方法测试了层合板的力学性能。结果表明, 一定厚度的纳米纤维无纺布薄膜对层合板的力学性能无显著影响。因此, 应用该方法可以制备一种新型的功能复合材料。
含环氧-SiC 复合微/ 纳米纤维的层合板制备及其力学性能
刘玲, 黄争鸣, 董国华, 袁国青, 林刚
2006, 23(3): 20-24.
摘要:
应用同轴静电纺丝技术制备环氧包覆纳米SiC 复合微/ 纳米纤维, 将该复合微/ 纳米纤维收集成无纺布薄膜引入层合板层间界面并固化成型, 研究其对层合板力学性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜( TEM) 分析了微/ 纳米纤维的形貌和结构, 并测试了微/ 纳米纤维薄膜的拉伸性能。应用三点弯曲、短梁剪切和简支式冲击实验测定了层合板的弯曲性能、层间剪切强度和冲击韧性。结果表明, 一定厚度及一定SiC 含量的微/ 纳米纤维无纺布薄膜对层合板的力学性能无显著影响。
沥青基炭纤维γ-射线改性对炭/ 炭复合材料力学性能的影响
金政, 孟令辉, 张志谦
2006, 23(3): 25-30.
摘要:
为了提高沥青基炭纤维表面活性, 采用γ-射线辐照对沥青基炭纤维表面改性。用AFM、XPS 研究了γ-射线辐照改性后沥青基炭纤维表面结构的变化, 用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化。研究了γ-射线辐照沥青基炭纤维对炭/ 炭复合材料力学性能的影响, 并用SEM 分析了炭/ 炭复合材料断口形貌。结果表明,γ-射线辐照使炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加, 提高了沥青基炭纤维的表面能; 降低了炭/ 炭复合材料孔隙率, 提高了炭/ 炭复合材料力学性能。
偶联剂处理对玻璃纤维/ 尼龙复合材料力学性能的影响
张士华, 陈光, 崔崇, 米成, 顾金萍, 于静静
2006, 23(3): 31-36.
摘要:
采用KH-550 和KH-570 两种不同的偶联剂处理玻璃纤维, 得到的玻璃纤维增强铸型(MC) 尼龙复合材料( GFRMCN) 的力学性能差别很大。经过KH-570 处理GFRMCN 力学性能降低, 而经过KH2550 处理能有效提高其力学性能; KH2550 质量分数与处理的玻璃纤维质量分数之间符合定量关系式, 含量为0. 2 %时, GFRMCN的弯曲强度提高了35 % , 弯曲模量提高了72 % , 拉伸强度提高了46 % , 弹性模量提高了88 % , 冲击强度提高了41 %。KH-550 偶联剂在玻璃纤维与尼龙基体之间形成良好界面结合, 达到增强效果; 而未经处理的玻璃纤维断裂时从基体中拔出, 玻纤与尼龙界面相当于缺陷, 使MC 尼龙性能下降。
非连续体吸波平板的设计制备及吸波机理分析
段玉平, 刘顺华, 管洪涛, 温斌, 王桂芹
2006, 23(3): 37-43.
摘要:
通过吸波体内导电媒质的“孤岛”化设计, 制备了单层非连续体平板吸波材料, 并分析了不同炭黑含量和不同试样厚度对吸波效能的影响以及电磁波的损耗机理。发现随着CB/ ABS 颗粒中炭黑含量和试样厚度的增加, 在8~18 GHz 频段内, 非连续体试样的反射损耗增加。当炭黑质量含量达到30 %时, 平板的反射损耗在8. 5~18 GHz 宽频范围内都超过- 10 dB , 在15~18 GHz 均高于- 15 dB。当试样厚度达到20 mm 时, 其反射损耗在8~18 GHz 频率范围内超过- 15 dB。结果表明, 非连续体试样较热压致密试样吸波效能有较大提高, 是很有潜力的吸波结构。
蒙脱土/ 聚丙烯酸高吸水性树脂的合成
刘平生, 李利, 周宁琳, 魏少华, 章峻, 刘瑜之, 沈健
2006, 23(3): 44-48.
摘要:
用烷基季铵盐对钠基蒙脱土进行插层处理, 使其成为有机蒙脱土(OMMT) , 采用插层法制备蒙脱土/ 聚丙烯酸高吸水性树脂。通过傅立叶变换红外( FTIR) 和X 射线衍射(XRD) 等手段表征其结构。研究了有机蒙脱土、引发剂、交联剂用量以及材料粒径对复合材料吸(盐) 水率的影响。结果表明, 通过插层可使丙烯酸插入蒙脱土片层中发生聚合, 使蒙脱土片层剥离, 达到纳米级分散。所制备树脂的吸水率较聚丙烯酸树脂有很大提高, 其吸蒸馏水和生理盐水( wNaCl = 0. 009) 能力分别达到1200 g·g-1和121 g·g-1
填料特性对聚酰亚胺复合材料摩擦学性能的影响
陈震霖, 朱鹏, 王晓东, 黄培
2006, 23(3): 49-53.
摘要:
采用不同特性玻璃质刚性填料(玻璃纤维、玻璃纤维粉、5μm 和20μm 玻璃微珠) 填充改性热塑性聚酰亚胺( TPI) , 利用MPX-2000 摩擦试验机测定了干摩擦、水润滑和油润滑条件下材料的摩擦磨损性能, 考察了不同形态、尺度填料的影响, 用扫描电子显微镜(SEM) 观察磨损表面形貌, 分析材料磨损机理。结果表明, 大尺寸填料的单位个体与基体的界面面积和结合强度大于小尺寸填料, 其磨损率比小尺度填料的材料低。在水和油起到良好冷却作用后, 球形颗粒易出现应力集中, 疲劳裂纹向四周扩展、交汇, 产生疲劳磨损, 其程度随颗粒尺寸增大而提高, 表现为20μm 玻璃微珠填充材料磨损率最大。
SiO2 / 氰酸酯纳米复合材料的力学性能和热性能
姚雪丽, 马晓燕, 陈芳, 屈小红
2006, 23(3): 54-59.
摘要:
采用高速均质剪切法制备了SiO2 / 氰酸酯(CE) 纳米复合材料, 并对该体系的静态力学性能、动态力学性能和热稳定性进行了研究。结果表明, 纳米SiO2的加入提高了复合材料的冲击强度和弯曲强度。当SiO2 含量为0. 30 wt %时, 复合材料的冲击强度达最大, 增幅为88. 9 %; 当SiO2含量为0. 15 wt %时, 材料的弯曲强度达最大, 增幅为2010 %。复合材料的储能模量和高温损耗模量较纯CE 树脂有明显提高, 玻璃化转变温度比纯CE 提高了31. 2 ℃, 热分解温度在SiO2含量为0. 30 wt %时达最大, 失重为10 %时的热分解温度提高了25. 7 ℃。
甘蔗渣的碱处理对其纤维增强全降解复合材料的影响
曹勇, 柴田信一
2006, 23(3): 60-66.
摘要:
利用压制成型的方法制备了甘蔗渣纤维增强全降解复合材料, 探讨了碱处理对材料性能的影响。结果表明, 1 %碱液处理后材料的力学性能得到了提高。碱处理后纤维的分解细化和表面优化改善了纤维/ 基材的粘结性能, 从而使材料力学性能得到提高。而且, 处理后纤维拉伸强度和长径比的增大以及纤维缺陷的降低也会增强材料性能。
交联定形相变储能材料的研制
陈云深, 陈凯, 沈斌君, 姜帆, 杨睿, 张寅平
2006, 23(3): 67-70.
摘要:
分别采用高密度聚乙烯( HDPE) 、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯(LDPE) 1∶1的共混物作为基体材料,制备了不同凝胶率的交联定形相变材料, 讨论了材料的凝胶率与交联剂用量之间的关系, 并测定了材料的热性能。通过多次冷热循环实验, 研究了材料的稳定性。结果表明, 交联有利于改善定形相变材料的稳定性, 减少石蜡的渗出。高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的共混体系更适合作封装材料。交联程度的不同对材料的相变温度和相变热均不产生影响。多孔填料如硅藻土的添加, 可以进一步减少石蜡的渗出, 提高材料的稳定性。
聚己内酯/ 环氧树脂/ SiO2杂化材料的制备及性能
2006, 23(3): 71-76.
摘要:
采用端硅氧烷基聚己内酯( PCL-TESi) 作为无机前躯物, 通过环氧树脂/ KB-2 的固化反应和PCL-TESi的溶胶2凝胶过程, 制备了聚己内酯/ 环氧树脂/ SiO2 ( PCL/ EP/ SiO2 ) 有机-无机杂化材料。利用红外光谱、透射电镜( TEM) 、热失重分析( TGA) 及在甲苯溶液中的溶胀试验对不同SiO2 含量的杂化材料进行分析。研究发现, 随着PCL-TESi 含量增大杂化体系交联密度降低; 此杂化体系中存在环氧和Si —O —Si 两种交联网络, 微观上形成纳米两相结构; Si —O —Si 交联网络的形成显著提高了材料的耐热性能, 使失重5 %时的热分解温度从120.5 ℃(纯环氧树脂/ KB-2 体系) 提高到277.6 ℃(SiO2质量分数为3. 84 %的杂化体系) 。
AC/ Ni-Co 复合电极材料的制备及其催化析氢性能
姚素薇, 李贺, 张卫国, 王宏智, 贲宇恒
2006, 23(3): 77-81.
摘要:
采用复合电沉积法制备了AC(活性炭) / Ni-Co 复合电极。XRD 和SEM 测试结果表明, AC 微粒的复合未改变Ni-Co 合金电极的物相结构, 但使镀层的表面粗糙度和真实表面积增大。通过稳态阴极极化曲线和电化学交流阻抗技术考察了不同电极在1 mol·L-1 NaOH 溶液中的催化析氢性能, 结果表明, 镀液中AC 含量为3 g·L-1时所制备的AC/ Ni-Co 复合电极较Ni 电极和Ni-Co 合金电极具有更高的催化析氢活性, 电流密度为30 mA·cm-2时, 析氢反应极化电位分别比Ni 电极和Ni-Co 合金电极正移230 mV 和140 mV , 表观交换电流密度分别是Ni 电极和Ni-Co 合金电极的42 倍和9 倍, 复合电极催化析氢性能的提高主要归因于电极真实表面积的增大。
季鏻盐2铜/ 蒙脱土复合材料的制备及性能
谭绍早, 张葵花, 刘应亮
2006, 23(3): 82-86.
摘要:
依次将铜离子和十四烷基三丁基季鏻阳离子( TBTP) 与蒙脱土离子交换得到季鏻盐-铜/ 蒙脱土复合材料( TBTP-Cu/ MMT) , 其中铜和季鏻阳离子的质量含量分别为2. 87 %和24. 07 %。热重( TG) 、X 射线衍射(XRD) 分析结果表明, 铜离子和季鏻阳离子确实交换到蒙脱土中, 并且TBTP-Cu/ MMT 中季鏻阳离子的热分解起始温度约为220 ℃, 具有较好的热稳定性。抗菌试验结果表明, TBTP-Cu/ MMT 具有较好的抗菌性能, 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌最小抑菌浓度(MIC) 分别为12. 5μg·mL-1和200μg·mL-1 。研究了蒙脱土复合材料浓度及与细菌的接触时间对抗菌性能的影响, 发现随着浓度的增加、接触时间的延长, 活菌数减少, 抗菌性能提高; 将100 mg TBTP-Cu/ MMT 在100 mL 蒸馏水中浸泡20 天后, 季鏻阳离子和Cu2+ 的释放量很小, 分别为4. 891 mg·L-1和1. 928 mg·L-1 , 表明TBTP-Cu/ MMT 具有良好的耐水性。
导电相对压电复合材料吸声性能的影响
蔡俊, 周保学, 蔡伟民
2006, 23(3): 87-90.
摘要:
为了研究新型环境声学功能材料, 在压电导电原理的基础上, 制备了以不同含量炭黑为导电相, 以聚氯乙烯为基体材料, 以锆钛酸铅为压电相的压电导电吸声复合材料。通过对复合材料体系的动态力学、电学和声学性能的测试分析, 探讨了压电导电复合材料体系中压电吸声途径的耗能机制。结果表明, 添加体积含量4 %炭黑粉的压电复合材料具有最高的吸声性能。
0-3 型压电陶瓷/ 硫铝酸盐水泥复合材料的介电频率特性和铁电特性
黄世峰, 叶正茂, 常钧, 芦令超, 王守德, 程新
2006, 23(3): 91-95.
摘要:
以硫铝酸盐水泥为基体, 铌锂锆钛酸铅[ 0. 08Pb (Li1/4 Nb3/4 ) O3 ·0. 47PbTiO3 ·0. 45PbZrO3 ] (简称PLN)压电陶瓷颗粒为功能体制备了0-3 型水泥基压电复合材料。利用X 射线衍射(XRD) 和扫描电子显微镜(SEM) 对水泥基压电复合材料的相组成和显微结构进行了分析和观察, 重点研究了水泥基压电复合材料的介电频率特性和铁电特性。结果表明, 压电陶瓷颗粒与硫铝酸盐水泥的水化产物结合良好; 随着PLN 含量的增加, 复合材料的介电常数εr 、剩余极化强度Pr和矫顽电场强度Ec均增大; 在40~100 kHz 频率范围内, 水泥基压电复合材料的介电常数εr均随频率的增大而迅速降低, 这主要受复合材料中的界面极化所影响, 高频时, 介电常数变化较小, 表现出良好的高频介电稳定性; 复合材料的电滞回线发生畸变的原因主要是PLN 压电陶瓷破碎成颗粒后, 本身存在许多缺陷, 且与水泥复合后存在许多界面气孔。
改性纳米氧化钛电流变液的制备及其特性
赵艳, 王宝祥, 赵晓鹏
2006, 23(3): 96-102.
摘要:
利用水解法与溶液沉积法, 合成了丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠(SDBS) 改性氧化钛纳米电流变颗粒。经XRD 测定颗粒为无定形态, 用TEM 观察了粒子的形貌, 粒度分析表明颗粒粒径分布为70~300 nm , FTIR 图谱显示氧化钛上修饰有丙烯酰胺、SDBS。SDBS 的加入影响了颗粒的尺寸、表面性质及颗粒与硅油的润湿性, 最终引起电流变液介电性质的改善。丙烯酰胺的加入量也会影响电流变效应。电流变性能测试表明, 当SDBS/ 水质量比为1. 875 % , 丙烯酰胺/ 水质量比为0. 750 %时, 材料呈现最佳的电流变效应, 5 kV/ mm 直流电场下的静态剪切应力可达90 kPa , 电流变液具有极好的抗沉淀稳定性。这种优异的电流变效应源于颗粒界面极化的增强。
纳米Ni-20Fe 颗粒增韧Al2O3复合材料的力学性能与磁性能
李合琴, 何晓雄, 曹闰, 秦晓英
2006, 23(3): 103-107.
摘要:
用机械化学及热压烧结方法成功制备了高致密Ni-20Fe/ Al2O3 纳米复合材料。通过X2ray、FE-SEM、力学性能、磁性能测试, 结果表明, 复合后材料断裂韧性从纯α2Al2O3 相的4. 7 MPa·m1/2 提高到6. 2 MPa·m1/2(19 % (Ni-20Fe) / Al2O3 ) , 断裂方式有沿晶断裂和穿晶断裂两种。当Ni-20Fe 合金的体积百分数达到19 %时, 复合材料的饱和磁化强度达33 emu/ g , 矫顽力为200 Oe , 且在低于500 ℃的情况下, 矫顽力基本不随温度而变, 具有良好的磁热稳定性。
液相沉淀法制备ZTA 纳米复相陶瓷
于庆华, 王介强, 郑少华, 高新睿, 王勇
2006, 23(3): 108-113.
摘要:
以NH4Al(SO4 )2·12H2O , ZrOCl2·8H2O , Y(NO3 ) 3为母盐, 用NH4 HCO3作沉淀剂, 控制滴定速度小于5 mL/ min , 采用液相沉淀法制备了纳米3 Y-ZrO2 / Al2O3前驱体。分析了添加籽晶和煅烧温度对粉体性能的影响。在1000 ℃煅烧得到了分散性良好, 平均粒径为10 nm , 两相分布均匀的纳米复合粉体, XRD 分析显示前驱体在煅烧过程中无中间相γ-Al2O3 和θ-Al2O3生成, 粉体具有较高的烧结活性, 在1550 ℃烧结3 h 后烧结体致密度达到98. 6 % , 断裂韧性可达7. 68 MPa·m1/2
二氧化锆梯度复合羟基磷灰石生物材料的制备及其生物相容性
全仁夫, 杨迪生, 吴晓春, 汪宏斌, 李伟, 苗旭东
2006, 23(3): 114-122.
摘要:
采用干铺2烧结法制备了一种以二氧化锆(ZrO2 ) 为基体梯度复合羟基磷灰石( HAP) 的新型生物复合材料, 并对其力学性能、微观结构和生物相容性进行了研究。用扫描电镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、透射电镜( TEM) 和EDAX 能谱仪对粉体和复合材料进行分析。用复合材料的浸提液进行小鼠急性毒性试验、细胞毒性试验、体外溶血试验以及兔肌肉和骨内材料植入试验, 评价复合材料的生物相容性。研究结果表明, 复合材料的表面涂层厚度约80μm , 芯部基体组织与表面均匀过渡结合, 结合良好, 没有明显界面, 涂层结合强度为15. 1 MPa ,最大弯曲强度为1112. 24 MPa , KIC为7. 3~11. 4 MPa·m1/2 。其组织相容性好, 具有良好的骨传导作用, 促进骨组织生长, 是一种较理想的新型骨科植入材料。
氮气压力对Si3N4-SiC-TiN陶瓷自蔓延燃烧合成的影响
张学军, 郑永挺, 韩杰才
2006, 23(3): 123-126.
摘要:
以TiSi2为反应原料, SiC 作稀释剂, 利用自蔓延高温合成(SHS) 方法合成Si3N42SiC2TiN 复相陶瓷。计算了氮气压力对毛坯反应物理论转化率的影响, 并在50 、100 和150 MPa 三种氮气压力下进行了燃烧合成。结果表明, 孔隙率为50 vol %的压坯在三种条件下反应都比较完全, 反应物转化率随氮气压力增加而提高。而孔隙率为40 vol %的压坯在较低氮气压力下燃烧反应变得不完全, 产物中残留大片Si 。当压力为150 MPa 时产物中未出现单质Si 。说明氮气压力增大有利于氮气向反应前沿的渗入, 进而提高反应物的转化率。
先进生物质复合材料在风电叶片中的应用
江泽慧, 孙正军, 任海青
2006, 23(3): 127-129.
摘要:
竹材是生长速度快、性能好的生物质材料之一。由于竹材外侧性能远高于内侧, 采用分级加工方法可制备由外侧到内侧的A、B、C、D 级竹层积材。通过与其他风电叶片材料比较, A 级竹篾层积材的性能超过了目前风电叶片使用的木层积材, 与玻璃纤维增强塑料的性能接近。用这种先进生物质复合材料制作的新一代风电叶片, 具有可再生性、加工消耗能源少、无废弃物、成本低、废旧产品易于处理等一系列优点。
碳基材料超高速粒子侵蚀的数值模拟
王洋, 梁军, 杜善义
2006, 23(3): 130-134.
摘要:
应用动力学理论建立了碳基材料超高速粒子侵蚀的数学模型。在模型中引入了表征材料抵抗侵蚀破坏能力的参数: 冲击破坏侵蚀能和剪切破坏侵蚀能。通过定义多重碰撞修正因子β, 给出了多粒子侵蚀材料体积损失的理论计算公式。计算了石墨和C/ C 靶材在Al2O3粒子撞击下, 体积损失比随粒子入射角及入射速度的变化规律。结果表明, 脆性碳基材料在超高速粒子撞击作用下, 冲击破坏与剪切破坏同时发生, 冲击破坏在材料体积损失中起主导作用。计算结果与已有的实验值吻合较好。
复合材料层合板多钉连接结构累积损伤过程可视化仿真模拟
张爽, 王栋, 郦正能, 寇长河, 章怡宁
2006, 23(3): 135-140.
摘要:
建立了分析复合材料层合板多钉连接结构的三维有限元模型, 考虑了接触状态非线性和累积损伤过程非线性的影响, 运用ANSYS 中的APDL 编制程序实现了对复合材料层合板机械连接结构整个承载过程的可视化仿真模拟, 同时进行了T300/ Q Y9512 复合材料层合板多钉单剪拉伸试验。结果表明, 在一定几何尺寸下, 复合材料层合板多钉连接结构钉载分配的不均匀性在整个承载过程中并无明显改善。根据本文中提出的累积损伤模型对各孔位变形进行了计算, 计算结果与试验结果吻合较好。从累积损伤过程的仿真结果可以明显看出, 不同几何尺寸的多钉连接结构中各钉孔附近损伤的起始和发展过程具有明显的区别。优化设计结果表明, 不同钉孔处层合板厚度的改变对各钉钉载分配无明显影响, 但孔边法向和切向应力大小和分布均受到严重影响, 对整个多钉连接结构的损伤程度产生很大变化。
冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲
白瑞祥, 王蔓, 陈浩然
2006, 23(3): 141-145.
摘要:
采用数值分析方法研究了冲击后含损伤的复合材料格栅加筋板的后屈曲特性。基于Mindlin 一阶剪切理论和Von Karman 大挠度理论, 建立了冲击后蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板后屈曲分析的有限元方法; 分析中同时考虑了蒙皮和肋骨中纤维断裂、基体开裂等损伤累积造成的刚度的退化和蒙皮分层子板间的闭合接触效应, 为含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲特性研究提供了一种有效的数值分析方法。分析结果表明, 蒙皮分层面积较大时, 格栅加筋板出现蒙皮分层上子板的局部屈曲后仍然具有较强的继续承载能力, 而在后屈曲分析中, 应考虑损伤累积对格栅加筋结构承载能力的影响; 采用非线性虚拟界面元可成功处理分层子板间的闭合接触效应。
SiC 纤维增强复合材料基体裂纹偏移机理的有限元分析
刘鹏飞, 王双连, 陶伟明, 郭乙木
2006, 23(3): 146-152.
摘要:
运用基于能量的裂纹偏移准则, 分别建立了两相和三相复合材料基体裂纹偏移/ 穿透的轴对称有限元模型, 考察了纤维体积分数、描述材料特性弹性失配的Dundurs 参数α和相对裂纹扩展长度ad / ap 对相对能量释放率Gd / Gp 的影响。将两相复合材料的有限元结果与He 等人的结果进行对比, 进一步考察了三相复合材料界面层厚度和Dundurs 参数α1 和α2 对Gd / Gp 的影响。分别将碳涂层SiC 纤维增强复合材料SiC/ C/ Ti-6A1-4V 和碳涂层陶瓷基增强复合材料SiC/ C/ SiC 运用于有限元分析中, 结果表明, 所建立的模型能够准确地预测和比较基体裂纹偏移的机理。
平板型复合材料格栅结构的增强改进与参数设计
章继峰, 张博明, 杜善义
2006, 23(3): 153-157.
摘要:
 在拉挤-互锁平板型复合材料格栅结构的制作演示基础上, 提出了几种增强改进的方法, 并实现了一种平板型复合材料格栅结构的制造。借助有限元模型, 考虑到结构的力学性能和制作工艺, 对结构的最优化几何参数进行了研究, 建立了加帽增强平板型格栅结构几何参数的初步设计方法。
智能CFRP 加固RC 梁荷载效应的实时模拟与测评
卢少微, 谢怀勤
2006, 23(3): 158-164.
摘要:
制备了4 根炭纤维复合材料(CFRP) 加固钢筋混凝土(RC) 实验梁, 并在梁内钢筋、混凝土及加固CFRP中预置了布拉格光栅光纤传感器(FBG) 和电阻应变片两种传感器。根据钢筋混凝土理论和ANSYS 有限元软件编制了实验梁受弯荷载效应模拟计算程序。实验表明, 实验梁在受弯承载过程中, 布拉格光栅光纤传感器与传统应变片有完全一致的线性关系; 模拟计算出的实验梁受拉钢筋、压区混凝土应变值及挠度与荷载的关系与CFRP 中FBG的实测值吻合较好。由于对既成RC 结构不能在内部装置传感器(会破坏结构降低抗力) , 采用智能CFRP 加固RC 结构可实现加固和实时健康测评双重功能。
四步法矩形组合截面三维编织物的细观结构
张巍, 丁辛, 李毓陵
2006, 23(3): 165-169.
摘要:
采用控制体积法研究了以四步法编织矩形组合截面三维编织物的特殊细观结构。根据三维编织原理,得到编织物内各区域携纱器的运动规律。从中看出, 除了常规矩形截面三维编织物所具有的内部、棱(外) 角和表面区域外, 矩形交接区域的内部、内角和表面具有特殊的细观结构。分析了矩形组合截面三维编织物所特有的矩形交接区域以及交接内部、交接内角和交接表面的细观结构, 建立了这三个区域的单胞模型。结果表明, 交接区域的内部单胞外形为立方体, 交接区域的内角单胞外形为七棱柱体, 交接区域的表面单胞为五棱柱体。与常规矩形截面的单胞相比, 矩形组合截面在交接区域中, 纱线的空间形态和编织角均存在明显不同。
平纹织物复合材料横向力学性能研究
周平, 吴承伟, 于平
2006, 23(3): 170-175.
摘要:
通过对平纹织物复合材料的横向拉压试验, 分析了产生各种破坏现象的微观机理。横向压缩过程中,在与水平面成45°方向剪切破坏的同时还出现层间裂纹。由于两个方向上纱线的弯曲程度不同, 破坏形式有很大差异, 不同自由边处的纱线界面存在不同程度的剪切破坏, 并表现出不同的边缘效应。借助显微镜观察和基于代表体积单元的数值模拟对这些现象进行了分析, 发现高度不均匀的内部波纹纱线结构在横向压缩下产生的层间剪切应力是出现横向裂纹的主要原因。
三维编织复合材料孔边特性的工程计算及分析
李黎, 黎观生
2006, 23(3): 176-180.
摘要:
三维编织复合材料的研究中, 实际工程常用的带孔结构缺乏理论分析方法。在分析三种不同制孔工艺的基础上, 研究了三维编织复合材料的孔边特性, 提出了一种工程计算方法。先根据孔边纱线几何构型分析计算出制孔影响范围, 再进行孔边单元体物理性能计算, 然后用有限元方法对孔边区域进行建模计算。用此种方法对典型件进行分析计算, 并做试验验证, 试验结果与理论分析的规律性一致。在此研究基础上, 提出了一些设计、制造三维编织带孔件的工程建议。
Love 波在电磁弹性多层结构中的频散特性
陈江义, 陈花玲
2006, 23(3): 181-184.
摘要:
在电磁弹性多层结构模型的基础上, 通过本构方程和场方程推导出Love 波在电磁弹性介质中的波动方程。利用传递矩阵方法, 给出了一定边界条件下Love 波在该结构中的频散方程。通过对算例进行分析, 得出了Love 波在电磁弹性多层结构中传播的一些特性。