2014年 第31卷 第1期
2014, 31(1): 1-8.
摘要:
采用双酚A型WSR-615和缩水甘油胺型AG-80环氧树脂为基体，以Fe-Si磁性颗粒为填料，通过热压成型方法制备了高含量磁性Fe-Si颗粒/环氧树脂复合材料。研究了环氧树脂基体的玻璃化温度和冲击强度及Fe-Si磁性颗粒含量对Fe-Si/环氧树脂复合材料的冲击强度和磁化强度的影响及温度敏感性。研究结果表明：随着磁性颗粒含量的增加，Fe-Si/环氧树脂复合材料的冲击强度和磁性能增加。当磁性颗粒体积分数由54 vol%增加到66 vol% 时，Fe-Si/环氧树脂的冲击强度和饱和磁化强度分别由4.03 kJ/m2和162.07 emu/g增加到7.16 kJ/m2和175.04 emu/g。Fe-Si/环氧复合材料在-60 ℃~140 ℃ 范围内的温度敏感性低，符合实际应用对复合材料稳定性的要求。
采用双酚A型WSR-615和缩水甘油胺型AG-80环氧树脂为基体，以Fe-Si磁性颗粒为填料，通过热压成型方法制备了高含量磁性Fe-Si颗粒/环氧树脂复合材料。研究了环氧树脂基体的玻璃化温度和冲击强度及Fe-Si磁性颗粒含量对Fe-Si/环氧树脂复合材料的冲击强度和磁化强度的影响及温度敏感性。研究结果表明：随着磁性颗粒含量的增加，Fe-Si/环氧树脂复合材料的冲击强度和磁性能增加。当磁性颗粒体积分数由54 vol%增加到66 vol% 时，Fe-Si/环氧树脂的冲击强度和饱和磁化强度分别由4.03 kJ/m2和162.07 emu/g增加到7.16 kJ/m2和175.04 emu/g。Fe-Si/环氧复合材料在-60 ℃~140 ℃ 范围内的温度敏感性低，符合实际应用对复合材料稳定性的要求。
2014, 31(1): 9-17.
摘要:
碳纤维/环氧树脂（C/EP）复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷，对构件的装配精度影响较大。为了揭示C/EP复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷的形成机制，采用微米划痕试验研究沿不同纤维方向切削加工时材料的破坏去除过程，并用FEI公司Quanta 200 环境扫描电镜对划切后的沟槽及切屑的形貌进行观察分析。结果表明：当划切方向与纤维方向垂直时，划切力最大，较易产生撕裂缺陷；当划切方向与纤维方向呈30°、45°和60°时，划痕左侧纤维受到压头挤压向左退让并弯曲，产生锯齿形断裂，否则形成毛刺；划痕右侧纤维为避让压头发生较大的弯曲变形，纤维断裂均匀，不容易形成毛刺。理论分析和划痕试验结果表明：制孔加工时，纤维方向与刀具旋转方向成钝角的区域容易产生毛刺缺陷，与刀具旋转方向成锐角的区域边缘光滑，与刀具旋转方向垂直的区域容易形成撕裂缺陷；出口缺陷与试验结果一致。
碳纤维/环氧树脂（C/EP）复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷，对构件的装配精度影响较大。为了揭示C/EP复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷的形成机制，采用微米划痕试验研究沿不同纤维方向切削加工时材料的破坏去除过程，并用FEI公司Quanta 200 环境扫描电镜对划切后的沟槽及切屑的形貌进行观察分析。结果表明：当划切方向与纤维方向垂直时，划切力最大，较易产生撕裂缺陷；当划切方向与纤维方向呈30°、45°和60°时，划痕左侧纤维受到压头挤压向左退让并弯曲，产生锯齿形断裂，否则形成毛刺；划痕右侧纤维为避让压头发生较大的弯曲变形，纤维断裂均匀，不容易形成毛刺。理论分析和划痕试验结果表明：制孔加工时，纤维方向与刀具旋转方向成钝角的区域容易产生毛刺缺陷，与刀具旋转方向成锐角的区域边缘光滑，与刀具旋转方向垂直的区域容易形成撕裂缺陷；出口缺陷与试验结果一致。
2014, 31(1): 18-25.
摘要:
建立了有效的复合材料层合板结构冲击损伤分析方法，层合板面内损伤采用改进的Chang/Chang 失效准则做判据，得到面内各类损伤形式。层间损伤采用与Mixed-Mode粘接元等效的TIEBREAK接触模拟。利用此分析方法，从复合材料薄壁结构设计需要出发，研究了在低能量冲击下，铺层的层间角度、铺层方向、铺层重叠对层合板结构冲击损伤阻抗的影响规律，并对它们的综合影响进行了总体分析，得到了能提高层合板结构损伤阻抗的铺层顺序设计指导。最后用该设计指导对某种铺层结构进行了重新设计和有限元模拟，验证了该设计指导的可行性和有效性。
建立了有效的复合材料层合板结构冲击损伤分析方法，层合板面内损伤采用改进的Chang/Chang 失效准则做判据，得到面内各类损伤形式。层间损伤采用与Mixed-Mode粘接元等效的TIEBREAK接触模拟。利用此分析方法，从复合材料薄壁结构设计需要出发，研究了在低能量冲击下，铺层的层间角度、铺层方向、铺层重叠对层合板结构冲击损伤阻抗的影响规律，并对它们的综合影响进行了总体分析，得到了能提高层合板结构损伤阻抗的铺层顺序设计指导。最后用该设计指导对某种铺层结构进行了重新设计和有限元模拟，验证了该设计指导的可行性和有效性。
2014, 31(1): 26-32.
摘要:
从光纤Bragg光栅（FBG）反射中心波长随碳纤维增强塑料复合材料（CFRP）拉伸试件表面应变变化敏感特性的角度，详细研究了拉伸过程中FBG中心波长的拉伸变化速率（即CFRP的宏观弹性模量）与复合材料内部断裂饱和状态的相关性和断裂瞬间试件表面的应变波响应特性，即：在拉伸过程中，CFRP拉伸试件的宏观弹性模量随着内部断裂的发生而不断减小，且在试件出现明显应力松弛状态前趋于平稳；应力松弛状态出现时，断裂区域表面接收的应变波响应略大于其他区域。通过设计相应排布形式，将FBG与CFRP断裂监测相结合，提出了一种基于FBG传感的CFRP断裂分阶段监测方法。该方法中传感探头直接与CFRP试件耦合，测量及传导光路全光纤化，可实现对CFRP断裂状态的绝对监测。
从光纤Bragg光栅（FBG）反射中心波长随碳纤维增强塑料复合材料（CFRP）拉伸试件表面应变变化敏感特性的角度，详细研究了拉伸过程中FBG中心波长的拉伸变化速率（即CFRP的宏观弹性模量）与复合材料内部断裂饱和状态的相关性和断裂瞬间试件表面的应变波响应特性，即：在拉伸过程中，CFRP拉伸试件的宏观弹性模量随着内部断裂的发生而不断减小，且在试件出现明显应力松弛状态前趋于平稳；应力松弛状态出现时，断裂区域表面接收的应变波响应略大于其他区域。通过设计相应排布形式，将FBG与CFRP断裂监测相结合，提出了一种基于FBG传感的CFRP断裂分阶段监测方法。该方法中传感探头直接与CFRP试件耦合，测量及传导光路全光纤化，可实现对CFRP断裂状态的绝对监测。
2014, 31(1): 33-39.
摘要:
针对组分材料体积分数任意分布的聚合物功能梯度材料，研究其在蠕变加载条件下Ⅰ型裂纹应力强度因子（SIFs）和应变能释放率的时间相依特征。由Mori-Tanaka方法预测等效松弛模量，在Laplace变换域中采用梯度有限元法和虚拟裂纹闭合方法计算断裂参数，由数值逆变换得到物理空间的对应量。分析边裂纹平行于梯度方向的聚合物功能梯度板条，分别考虑均匀拉伸和三点弯曲蠕变加载。结果表明，聚合物梯度材料应变能释放率随时间增加，其增大的程度与黏弹性组分材料体积分数正相关；材料的非均匀黏弹性性质产生应力重新分布，导致裂纹尖端应力场强度随时间变化，当裂纹位于黏弹性材料含量较低的一边时，应力强度因子随时间增加，反之，随时间减小。而且，材料的应力强度因子与时间相依的变化范围和体积分数分布以及加载方式有关，当体积分数接近线性分布时，变化最明显，三点弯曲比均匀拉伸的变化大。SIFs随时间的延长增加或减小、加剧或减轻裂纹尖端部位的“衰坏”，表明黏弹性功能梯度裂纹体的延迟失稳需要联合采用应力强度因子与应变能释放率作为双控制参数。
针对组分材料体积分数任意分布的聚合物功能梯度材料，研究其在蠕变加载条件下Ⅰ型裂纹应力强度因子（SIFs）和应变能释放率的时间相依特征。由Mori-Tanaka方法预测等效松弛模量，在Laplace变换域中采用梯度有限元法和虚拟裂纹闭合方法计算断裂参数，由数值逆变换得到物理空间的对应量。分析边裂纹平行于梯度方向的聚合物功能梯度板条，分别考虑均匀拉伸和三点弯曲蠕变加载。结果表明，聚合物梯度材料应变能释放率随时间增加，其增大的程度与黏弹性组分材料体积分数正相关；材料的非均匀黏弹性性质产生应力重新分布，导致裂纹尖端应力场强度随时间变化，当裂纹位于黏弹性材料含量较低的一边时，应力强度因子随时间增加，反之，随时间减小。而且，材料的应力强度因子与时间相依的变化范围和体积分数分布以及加载方式有关，当体积分数接近线性分布时，变化最明显，三点弯曲比均匀拉伸的变化大。SIFs随时间的延长增加或减小、加剧或减轻裂纹尖端部位的“衰坏”，表明黏弹性功能梯度裂纹体的延迟失稳需要联合采用应力强度因子与应变能释放率作为双控制参数。
2014, 31(1): 40-48.
摘要:
探讨了自动铺带工艺过程中相邻铺层界面间的贴合形成机制，将铺层界面间贴合过程建模为树脂补片在平行板之间挤压流动从而浸润界面的过程。指出在树脂流体黏度一定的情况下，树脂对界面浸润效果越好，则界面贴合能力越强。利用流体力学理论推导出树脂流体对界面浸润效果的计算公式，并分析了铺放压力、铺放速度等因素对浸润效果以及贴合能力的影响，提出以剥离力作为量化铺层间贴合能力的指标。在自行研制的自动铺带工艺参数实验平台上进行了一系列实验，实验结果表明，铺层间贴合能力随铺放速度增大而变差，随铺放压力、模具温度、压辊半径增大而变强，这一规律验证了所提出的树脂流体对界面浸润效果计算公式的正确性。
探讨了自动铺带工艺过程中相邻铺层界面间的贴合形成机制，将铺层界面间贴合过程建模为树脂补片在平行板之间挤压流动从而浸润界面的过程。指出在树脂流体黏度一定的情况下，树脂对界面浸润效果越好，则界面贴合能力越强。利用流体力学理论推导出树脂流体对界面浸润效果的计算公式，并分析了铺放压力、铺放速度等因素对浸润效果以及贴合能力的影响，提出以剥离力作为量化铺层间贴合能力的指标。在自行研制的自动铺带工艺参数实验平台上进行了一系列实验，实验结果表明，铺层间贴合能力随铺放速度增大而变差，随铺放压力、模具温度、压辊半径增大而变强，这一规律验证了所提出的树脂流体对界面浸润效果计算公式的正确性。
2014, 31(1): 49-58.
摘要:
为了探讨复合材料液态模塑成型（LCM）过程中充填时间和树脂流动前锋形状对材料参数及工艺参数的敏感程度，考虑树脂非稳态浸润过程中的边缘效应以及固化反应现象，引入灵敏度分析方法，推导了模腔内流体压力灵敏度和流体速度灵敏度等关键物理量参数之间所满足的数学关系，构建了充填时间灵敏度方程以及表征材料浸润缺陷形成可能性的树脂流动前锋形状函数及其灵敏度方程，并设计了各物理量的耦合求解方法及灵敏度分析的技术路线。在此基础上，自主开发了数值模拟软件，数值分析了关键材料和工艺参数对树脂流场发展的影响规律和程度。模拟结果表明，在恒压注射边界条件下，提高流体注射温度是提高生产效率最有效的方法，减少边缘区域渗透率则是最能改善树脂流动前锋形状以及充填浸润效果的途径。
为了探讨复合材料液态模塑成型（LCM）过程中充填时间和树脂流动前锋形状对材料参数及工艺参数的敏感程度，考虑树脂非稳态浸润过程中的边缘效应以及固化反应现象，引入灵敏度分析方法，推导了模腔内流体压力灵敏度和流体速度灵敏度等关键物理量参数之间所满足的数学关系，构建了充填时间灵敏度方程以及表征材料浸润缺陷形成可能性的树脂流动前锋形状函数及其灵敏度方程，并设计了各物理量的耦合求解方法及灵敏度分析的技术路线。在此基础上，自主开发了数值模拟软件，数值分析了关键材料和工艺参数对树脂流场发展的影响规律和程度。模拟结果表明，在恒压注射边界条件下，提高流体注射温度是提高生产效率最有效的方法，减少边缘区域渗透率则是最能改善树脂流动前锋形状以及充填浸润效果的途径。
2014, 31(1): 59-65.
摘要:
采用半互穿网络技术和原位自由基聚合将生物相容性和吸水性优良的丝胶蛋白（SS）引入聚异丙基丙烯酰胺-硅酸镁锂（Poly（NIPAm-LMSH））纳米复合凝胶网络，制得高溶胀度和快速响应的SS/Poly（NIPAm-LMSH）纳米复合凝胶，研究了丝胶含量对纳米复合凝胶的孔洞形态、溶胀动力学、结晶结构、相容性和稳定性的影响。结果表明：冷冻干燥后的SS/Poly（NIPAm-LMSH）水凝胶呈多孔结构，孔洞尺寸为20~30 μm，孔壁薄，为1~4 μm，且随丝胶含量增加而由多面体结构变为狭长形的层状结构。相比于溶胀平衡的纯纳米复合凝胶，丝胶的引入显著提高了其溶胀度，溶胀初期属于Non-Fickian扩散，37 ℃ 10 min内即可失去90%的水。丝胶在凝胶中具有良好的相容性，SS/Poly（NIPAm-LMSH）纳米复合凝胶的 Tg为141~144 ℃，最大热分解温度为365~373 ℃，质量残留率随丝胶含量的增加而增大。
采用半互穿网络技术和原位自由基聚合将生物相容性和吸水性优良的丝胶蛋白（SS）引入聚异丙基丙烯酰胺-硅酸镁锂（Poly（NIPAm-LMSH））纳米复合凝胶网络，制得高溶胀度和快速响应的SS/Poly（NIPAm-LMSH）纳米复合凝胶，研究了丝胶含量对纳米复合凝胶的孔洞形态、溶胀动力学、结晶结构、相容性和稳定性的影响。结果表明：冷冻干燥后的SS/Poly（NIPAm-LMSH）水凝胶呈多孔结构，孔洞尺寸为20~30 μm，孔壁薄，为1~4 μm，且随丝胶含量增加而由多面体结构变为狭长形的层状结构。相比于溶胀平衡的纯纳米复合凝胶，丝胶的引入显著提高了其溶胀度，溶胀初期属于Non-Fickian扩散，37 ℃ 10 min内即可失去90%的水。丝胶在凝胶中具有良好的相容性，SS/Poly（NIPAm-LMSH）纳米复合凝胶的 Tg为141~144 ℃，最大热分解温度为365~373 ℃，质量残留率随丝胶含量的增加而增大。
2014, 31(1): 66-72.
摘要:
针对二元共聚聚丙烯腈（PAN）纤维的热应力和聚集态结构特点，借用差示扫描量热（DSC）分析、广角X射线衍射（WAXD）、红外光谱（FTIR）等表征手段研究了预处理阶段（180 ℃）纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明：对于取向度较高，但热应力较大的二元共聚PAN纤维，在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明，随着预处理阶段纤维热应力的降低，PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降，而纤维的环化反应活化能明显降低，相对环化率逐渐增大，相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势，类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小；与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明：对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数，提高其力学性能。
针对二元共聚聚丙烯腈（PAN）纤维的热应力和聚集态结构特点，借用差示扫描量热（DSC）分析、广角X射线衍射（WAXD）、红外光谱（FTIR）等表征手段研究了预处理阶段（180 ℃）纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明：对于取向度较高，但热应力较大的二元共聚PAN纤维，在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明，随着预处理阶段纤维热应力的降低，PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降，而纤维的环化反应活化能明显降低，相对环化率逐渐增大，相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势，类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小；与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明：对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数，提高其力学性能。
2014, 31(1): 73-80.
摘要:
介绍了一种特殊的辐轮式低温支撑，针对这种不同材质和辐条数量及其截面形状的辐轮式结构，分别从热学性能和力学性能两方面进行了实验研究，测量了聚醚醚酮（PEEK）和玻璃钢（GRP）两种材料的热导率以及由这两种材料组成的多种结构形式的支撑轮的热阻，对试样进行力学拉伸破坏实验，并对实验结果进行了分析与比较，给出了误差分析。实验结果表明，温度在200 K以下时PEEK材料热导率小于GRP材料，200 K以上时两者相当；支撑轮的热阻随着辐条数量和截面积的增加而减小，且实验测得的热阻是固体传热和辐射换热的综合结果；支撑轮的力学性能随着辐条数量和截面积的增加而提高，GRP材料的支撑轮径向承受载荷能力较强、轴向偏弱，而PEEK材料的支撑轮各方向上承载能力较为均匀，这主要是因为GRP材料是各向异性的。综合热性能和力学性能实验结果，PEEK材料6辐带肋结构的支撑轮是最佳选择。
介绍了一种特殊的辐轮式低温支撑，针对这种不同材质和辐条数量及其截面形状的辐轮式结构，分别从热学性能和力学性能两方面进行了实验研究，测量了聚醚醚酮（PEEK）和玻璃钢（GRP）两种材料的热导率以及由这两种材料组成的多种结构形式的支撑轮的热阻，对试样进行力学拉伸破坏实验，并对实验结果进行了分析与比较，给出了误差分析。实验结果表明，温度在200 K以下时PEEK材料热导率小于GRP材料，200 K以上时两者相当；支撑轮的热阻随着辐条数量和截面积的增加而减小，且实验测得的热阻是固体传热和辐射换热的综合结果；支撑轮的力学性能随着辐条数量和截面积的增加而提高，GRP材料的支撑轮径向承受载荷能力较强、轴向偏弱，而PEEK材料的支撑轮各方向上承载能力较为均匀，这主要是因为GRP材料是各向异性的。综合热性能和力学性能实验结果，PEEK材料6辐带肋结构的支撑轮是最佳选择。
2014, 31(1): 81-87.
摘要:
用沉淀法制备了苯胺-草酸氧钛锶（SrTi（C2O4）2）颗粒。FTIR分析表明，苯胺已引入到SrTi（C2O4）2颗粒的表面；XRD分析表明，苯胺-SrTi（C2O4）2颗粒为含少量结晶的无定形态。采用SEM观察颗粒的形貌，结果表明，随反应体系中苯胺与钛原子物质的量比naniline/nTi的增大，苯胺-SrTi（C2O4）2颗粒由近似球状（naniline/nTi =0）变为多面体状（naniline/nTi =2），而后变为棒状与团簇状颗粒的混合体系（naniline/nTi =3）。以苯胺-SrTi（C2O4）2颗粒为分散相制备颗粒质量分数为66.7%电流变液，电流变性能测试结果表明，在naniline/nTi =2时，电流变液具有较高的剪切应力和剪切屈服强度、较大的漏电流密度。苯胺在颗粒制备过程中起控制颗粒形貌的作用，在电流变液体系中起极性分子的作用，其对苯胺-SrTi（C2O4）2电流变液性能的影响是两种效应综合作用的结果。
用沉淀法制备了苯胺-草酸氧钛锶（SrTi（C2O4）2）颗粒。FTIR分析表明，苯胺已引入到SrTi（C2O4）2颗粒的表面；XRD分析表明，苯胺-SrTi（C2O4）2颗粒为含少量结晶的无定形态。采用SEM观察颗粒的形貌，结果表明，随反应体系中苯胺与钛原子物质的量比naniline/nTi的增大，苯胺-SrTi（C2O4）2颗粒由近似球状（naniline/nTi =0）变为多面体状（naniline/nTi =2），而后变为棒状与团簇状颗粒的混合体系（naniline/nTi =3）。以苯胺-SrTi（C2O4）2颗粒为分散相制备颗粒质量分数为66.7%电流变液，电流变性能测试结果表明，在naniline/nTi =2时，电流变液具有较高的剪切应力和剪切屈服强度、较大的漏电流密度。苯胺在颗粒制备过程中起控制颗粒形貌的作用，在电流变液体系中起极性分子的作用，其对苯胺-SrTi（C2O4）2电流变液性能的影响是两种效应综合作用的结果。
2014, 31(1): 88-92.
摘要:
以三元嵌段共聚硅橡胶为基体，Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9软磁粉为应力敏感填充粒子，采用机械共混和精密铸压热成型方法制备出系列粉体含量的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9软磁粉/硅橡胶接触应力敏感复合材料，重点研究了其交流阻抗、直流电阻、粒子间及粒子与硅橡胶间相互作用程度等性能的逾渗特性。研究表明，该柔性力敏复合材料具有较显著的交流阻抗双逾渗特性。分析发现，“第一逾渗区”内材料的交流阻抗值由粒子的隧道跃迁主导，“第二逾渗区”内材料的交流阻抗大小取决于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9粒子链间的接触电阻值。
以三元嵌段共聚硅橡胶为基体，Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9软磁粉为应力敏感填充粒子，采用机械共混和精密铸压热成型方法制备出系列粉体含量的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9软磁粉/硅橡胶接触应力敏感复合材料，重点研究了其交流阻抗、直流电阻、粒子间及粒子与硅橡胶间相互作用程度等性能的逾渗特性。研究表明，该柔性力敏复合材料具有较显著的交流阻抗双逾渗特性。分析发现，“第一逾渗区”内材料的交流阻抗值由粒子的隧道跃迁主导，“第二逾渗区”内材料的交流阻抗大小取决于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9粒子链间的接触电阻值。
2014, 31(1): 93-100.
摘要:
在水溶液中，以丙烯酸（AA）和蛭石（VMT）为原料，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，用辉光放电电解等离子体（GDEP）技术引发一步制备蛭石/聚丙烯酸高吸水性复合材料。采用FTIR、XRD对蛭石/聚丙烯酸的结构进行了表征，探讨了GDEP引发聚合和溶胀动力学行为的机制，研究了pH值和盐浓度对蛭石/聚丙烯酸平衡溶胀率的影响。结果表明，蛭石/聚丙烯酸高吸水性复合材料在蒸馏水中2 h达溶胀平衡，溶胀过程遵循拟二级动力学模型；该复合材料具有pH敏感性、盐敏感性和可逆溶胀-消溶胀开关行为，其在单价阳离子溶液中的平衡溶胀率比二价阳离子溶液中的更高。
在水溶液中，以丙烯酸（AA）和蛭石（VMT）为原料，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，用辉光放电电解等离子体（GDEP）技术引发一步制备蛭石/聚丙烯酸高吸水性复合材料。采用FTIR、XRD对蛭石/聚丙烯酸的结构进行了表征，探讨了GDEP引发聚合和溶胀动力学行为的机制，研究了pH值和盐浓度对蛭石/聚丙烯酸平衡溶胀率的影响。结果表明，蛭石/聚丙烯酸高吸水性复合材料在蒸馏水中2 h达溶胀平衡，溶胀过程遵循拟二级动力学模型；该复合材料具有pH敏感性、盐敏感性和可逆溶胀-消溶胀开关行为，其在单价阳离子溶液中的平衡溶胀率比二价阳离子溶液中的更高。
2014, 31(1): 101-106.
摘要:
带曲率的复合材料层合结构在制备过程中，预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为，其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置，针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系，测试分析了不同工艺条件下，预浸料铺层与铺层之间，以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明，温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制，而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制；较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力，有利于预浸料铺层的滑移运动；预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关，其摩擦阻力受温度影响更明显，而受外压影响变化较小。
带曲率的复合材料层合结构在制备过程中，预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为，其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置，针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系，测试分析了不同工艺条件下，预浸料铺层与铺层之间，以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明，温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制，而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制；较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力，有利于预浸料铺层的滑移运动；预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关，其摩擦阻力受温度影响更明显，而受外压影响变化较小。
2014, 31(1): 107-111.
摘要:
以EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）和淀粉质量比、甘油含量、NaHCO3含量为3个输入量，以拉伸强度和回弹率为输出量，建立3层BP（back propagation）神经网络，并将淀粉挤出发泡的正交实验结果作为样本对其进行训练，用以预测淀粉发泡材料的性能。研究结果证明，该BP神经网络能准确预测淀粉发泡材料的性能；同时发现，随着甘油含量的增加，淀粉发泡材料的回弹率逐渐增加，而拉伸强度则逐渐减小；NaHCO3发泡剂的质量分数为3%时，淀粉发泡材料的拉伸强度最小。研究结果将为提高生物质发泡材料的性能以及扩展其使用范围提供信息。
以EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）和淀粉质量比、甘油含量、NaHCO3含量为3个输入量，以拉伸强度和回弹率为输出量，建立3层BP（back propagation）神经网络，并将淀粉挤出发泡的正交实验结果作为样本对其进行训练，用以预测淀粉发泡材料的性能。研究结果证明，该BP神经网络能准确预测淀粉发泡材料的性能；同时发现，随着甘油含量的增加，淀粉发泡材料的回弹率逐渐增加，而拉伸强度则逐渐减小；NaHCO3发泡剂的质量分数为3%时，淀粉发泡材料的拉伸强度最小。研究结果将为提高生物质发泡材料的性能以及扩展其使用范围提供信息。
2014, 31(1): 112-117.
摘要:
为了提高聚（3-羟基丁酸酯-co-4 羟基丁酸酯）-聚乳酸（P（3HB-co-4HB）-PLA）生物基共混材料的力学性能和尺寸稳定性，扩大应用领域，以P（3HB-co-4HB）和PLA共混物为基体，盐酸或偶联剂表面处理的玻璃纤维（GF）为增强材料，采用熔融共混法制备GF/P（3HB-co-4HB）-PLA复合材料。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热失重分析仪（TGA）和万能电子拉力机等研究了GF表面处理方法对复合材料力学性能、热性能、尺寸稳定性及断面形态的影响。研究结果表明：表面改性GF的加入可显著提高P（3HB-co-4HB）-PLA共混材料的综合性能。经偶联剂表面接枝的GF可均匀分散在P（3HB-co-4HB）-PLA基体中并形成较强的界面结合。添加质量分数20%的偶联剂改性GF使复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和硬度分别提高了29.38%、20.32%、41.38%和15.31%；初始热分解温度（IDT）和维卡软化温度（VST）分别提高了6.64 ℃和10.7 ℃；室温和60 ℃放置60 d后复合材料试样长度方向的尺寸稳定性分别提高了32.47%和33.70%。
为了提高聚（3-羟基丁酸酯-co-4 羟基丁酸酯）-聚乳酸（P（3HB-co-4HB）-PLA）生物基共混材料的力学性能和尺寸稳定性，扩大应用领域，以P（3HB-co-4HB）和PLA共混物为基体，盐酸或偶联剂表面处理的玻璃纤维（GF）为增强材料，采用熔融共混法制备GF/P（3HB-co-4HB）-PLA复合材料。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热失重分析仪（TGA）和万能电子拉力机等研究了GF表面处理方法对复合材料力学性能、热性能、尺寸稳定性及断面形态的影响。研究结果表明：表面改性GF的加入可显著提高P（3HB-co-4HB）-PLA共混材料的综合性能。经偶联剂表面接枝的GF可均匀分散在P（3HB-co-4HB）-PLA基体中并形成较强的界面结合。添加质量分数20%的偶联剂改性GF使复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和硬度分别提高了29.38%、20.32%、41.38%和15.31%；初始热分解温度（IDT）和维卡软化温度（VST）分别提高了6.64 ℃和10.7 ℃；室温和60 ℃放置60 d后复合材料试样长度方向的尺寸稳定性分别提高了32.47%和33.70%。
2014, 31(1): 118-124.
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了密排六方结构的Co10纳米线填充（12，0）硼氮纳米管（BNNT）的结构稳定性、电子性质和磁性质。完全弛豫后的Co10/BNNT（12，0）复合体系，外围的BNNT沿着Co10纳米线的三重旋转对称轴变成了近似正三角形的结构。复合体系Co10/BNNT（12，0）的形成是自发地放热过程。电荷由Co10纳米线转移到BNNT上。Co10纳米线最外层的Co原子与其近邻的N原子形成的Co-N键具有极性共价键特征。Co10纳米线封装入BNNT后，其平均磁矩有所减小，但相对于纯BNNT，Co10/BNNT（12，0）体系具有较大的磁矩值。同时复合体系Co10/BNNT（12，0）表现出明显的半金属特征。因此这种稳定的纳米复合体系在高密度磁数据记录设备及自旋电子学器件等方面具有重要的应用价值。
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了密排六方结构的Co10纳米线填充（12，0）硼氮纳米管（BNNT）的结构稳定性、电子性质和磁性质。完全弛豫后的Co10/BNNT（12，0）复合体系，外围的BNNT沿着Co10纳米线的三重旋转对称轴变成了近似正三角形的结构。复合体系Co10/BNNT（12，0）的形成是自发地放热过程。电荷由Co10纳米线转移到BNNT上。Co10纳米线最外层的Co原子与其近邻的N原子形成的Co-N键具有极性共价键特征。Co10纳米线封装入BNNT后，其平均磁矩有所减小，但相对于纯BNNT，Co10/BNNT（12，0）体系具有较大的磁矩值。同时复合体系Co10/BNNT（12，0）表现出明显的半金属特征。因此这种稳定的纳米复合体系在高密度磁数据记录设备及自旋电子学器件等方面具有重要的应用价值。
2014, 31(1): 125-132.
摘要:
使用密炼机对木纤维（WF）进行酯化改性，将改性木纤维（EWF）与高密度聚乙烯（HDPE）、过氧化二异丙苯（DCP）混合，再用双螺杆挤出机反应挤出制备EWF/HDPE复合材料。使用FTIR、力学性能测试、SEM、广角X射线衍射（WAXD）和示差扫描量热－热重同步热分析（TG-DSC）研究了EWF/HDPE复合材料的微观结构和物理力学性能。结果表明，在密炼机中对WF的酯化改性成功地在WF表面引入了酯基；反应挤出所得EWF/HDPE复合材料与无增容WF/HDPE复合材料相比，其冲击和拉伸强度最大分别提高了112%和36%，EWF与HDPE两相之间的界面粘合明显改善，HDPE的晶粒尺寸有所增加，结晶度也有较大提高，但热稳定性有少许下降。EWF/HDPE复合材料力学性能的提高主要归因于反应挤出的增容作用，而非基体HDPE结晶结构的变化。
使用密炼机对木纤维（WF）进行酯化改性，将改性木纤维（EWF）与高密度聚乙烯（HDPE）、过氧化二异丙苯（DCP）混合，再用双螺杆挤出机反应挤出制备EWF/HDPE复合材料。使用FTIR、力学性能测试、SEM、广角X射线衍射（WAXD）和示差扫描量热－热重同步热分析（TG-DSC）研究了EWF/HDPE复合材料的微观结构和物理力学性能。结果表明，在密炼机中对WF的酯化改性成功地在WF表面引入了酯基；反应挤出所得EWF/HDPE复合材料与无增容WF/HDPE复合材料相比，其冲击和拉伸强度最大分别提高了112%和36%，EWF与HDPE两相之间的界面粘合明显改善，HDPE的晶粒尺寸有所增加，结晶度也有较大提高，但热稳定性有少许下降。EWF/HDPE复合材料力学性能的提高主要归因于反应挤出的增容作用，而非基体HDPE结晶结构的变化。
2014, 31(1): 133-139.
摘要:
以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料，制备水泥基复合材料标准试样，研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响，利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加，抗压强度随着纤维掺量增加而减小；随着纤维长度的增加，抗折强度略有增加，抗压强度略有降低；抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势，而抗压强度则呈现下降趋势；抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势；材料经损伤后修复，抗折强度修复率为117%，恢复率为103%，抗压强度修复率为71%，恢复率为97%。
以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料，制备水泥基复合材料标准试样，研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响，利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加，抗压强度随着纤维掺量增加而减小；随着纤维长度的增加，抗折强度略有增加，抗压强度略有降低；抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势，而抗压强度则呈现下降趋势；抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势；材料经损伤后修复，抗折强度修复率为117%，恢复率为103%，抗压强度修复率为71%，恢复率为97%。
2014, 31(1): 140-145.
摘要:
研究了化学改性聚丙烯（PP）纤维以及掺加聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂比例和混杂效应对水泥基复合材料力学性能的影响，并构建了纤维增强水泥砂浆界面层的物理模型，描述了纤维对水泥砂浆的增强机制。实验表明，聚丙烯纤维经改性后使水泥砂浆前期抗折强度明显提高，聚丙烯纤维和芳纶纤维的混杂使水泥砂浆的后期抗折强度显著提高。改性聚丙烯纤维掺加体积分数为0.56%，芳纶纤维的体积分数为0.24%时，混杂纤维增强水泥砂浆试样较空白试样，3天、28天抗折强度分别提高了18.48%、31.17%，3天、28天抗压强度分别提高了7.16%、5.19%。
研究了化学改性聚丙烯（PP）纤维以及掺加聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂比例和混杂效应对水泥基复合材料力学性能的影响，并构建了纤维增强水泥砂浆界面层的物理模型，描述了纤维对水泥砂浆的增强机制。实验表明，聚丙烯纤维经改性后使水泥砂浆前期抗折强度明显提高，聚丙烯纤维和芳纶纤维的混杂使水泥砂浆的后期抗折强度显著提高。改性聚丙烯纤维掺加体积分数为0.56%，芳纶纤维的体积分数为0.24%时，混杂纤维增强水泥砂浆试样较空白试样，3天、28天抗折强度分别提高了18.48%、31.17%，3天、28天抗压强度分别提高了7.16%、5.19%。
2014, 31(1): 146-151.
摘要:
选用金属Ni和Ag纳米颗粒作为导体相，采用共混法分别制备了击穿场强较高的Ni-BaTiO3/聚偏氟乙烯（Ni-BaTiO3/PVDF）和Ag-BaTiO3/PVDF三相复合材料。研究了导体相Ni和Ag添加量、粒径及导体种类对复合材料击穿场强的影响，发现Ni-BaTiO3/PVDF和Ag-BaTiO3/PVDF三相复合材料的击穿场强均随导体添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，且在适宜的导体添加量下复合材料均表现出高于未添加导体相的BaTiO3/PVDF两相复合材料的击穿场强；添加同类导体Ni时，Ni粒径越小，三相复合材料的击穿场强提高越明显；导体添加量与粒径均相同时，Ni-BaTiO3/PVDF复合材料的击穿场强较高，当粒径50 nm的Ni添加量为体积分数1.90%时，其击穿场强可达200 kV/mm，储能密度比BaTiO3/PVDF两相复合材料提高4倍。这些结果可用库仑阻塞效应很好地解释。
选用金属Ni和Ag纳米颗粒作为导体相，采用共混法分别制备了击穿场强较高的Ni-BaTiO3/聚偏氟乙烯（Ni-BaTiO3/PVDF）和Ag-BaTiO3/PVDF三相复合材料。研究了导体相Ni和Ag添加量、粒径及导体种类对复合材料击穿场强的影响，发现Ni-BaTiO3/PVDF和Ag-BaTiO3/PVDF三相复合材料的击穿场强均随导体添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，且在适宜的导体添加量下复合材料均表现出高于未添加导体相的BaTiO3/PVDF两相复合材料的击穿场强；添加同类导体Ni时，Ni粒径越小，三相复合材料的击穿场强提高越明显；导体添加量与粒径均相同时，Ni-BaTiO3/PVDF复合材料的击穿场强较高，当粒径50 nm的Ni添加量为体积分数1.90%时，其击穿场强可达200 kV/mm，储能密度比BaTiO3/PVDF两相复合材料提高4倍。这些结果可用库仑阻塞效应很好地解释。
2014, 31(1): 152-157.
摘要:
结合嵌入原子方法（EAM）、反应经验键序（REBO）作用势和Morse势函数，采用分子动力学方法研究了石墨烯/Cu复合材料的弹性性能和变形机制。分子动力学计算得到复合材料的弹性模量随石墨烯体积分数的增加而线性增加，这与Halpin-Tsai模型的预测趋势吻合。此外，石墨烯的加入同时也提供了复合材料的屈服强度。通过比较预制裂纹在单晶铜和石墨烯/Cu复合材料中的动态扩展，发现石墨烯的加入显著抑制了裂纹的扩展，材料的变形主要表现为沿石墨表面的滑移。石墨烯很大程度上提高了复合材料的塑性变形能力。
结合嵌入原子方法（EAM）、反应经验键序（REBO）作用势和Morse势函数，采用分子动力学方法研究了石墨烯/Cu复合材料的弹性性能和变形机制。分子动力学计算得到复合材料的弹性模量随石墨烯体积分数的增加而线性增加，这与Halpin-Tsai模型的预测趋势吻合。此外，石墨烯的加入同时也提供了复合材料的屈服强度。通过比较预制裂纹在单晶铜和石墨烯/Cu复合材料中的动态扩展，发现石墨烯的加入显著抑制了裂纹的扩展，材料的变形主要表现为沿石墨表面的滑移。石墨烯很大程度上提高了复合材料的塑性变形能力。
2014, 31(1): 158-165.
摘要:
以核黄素为药物模型，采用原位共沉淀法制备了一种载药Fe3O4/壳聚糖复合微球。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和振动磁强计（VSM）表征了复合微球的化学组成、外观形貌以及磁性能。结果表明，制备的载药Fe3O4/壳聚糖复合微球平均粒径约为40 nm且粒径均匀，平均磁响应时间为52 s，饱和磁化强度为3.313 2 A·m2·kg-1。采用紫外/可见（UV/Vis）分光光度计考察了复合微球的药物包封率、载药量（质量分数），并对微球在模拟胃液、模拟肠液、生理盐水、葡萄糖溶液和二次蒸馏水中的释药行为进行跟踪。结果表明，微球的载药量可达9.9%，药物包封率为70.8%，实验条件下在模拟肠液中具有显著的缓释效果，释放10 h药物累积释放16.06%，60 h达52.18%。
以核黄素为药物模型，采用原位共沉淀法制备了一种载药Fe3O4/壳聚糖复合微球。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和振动磁强计（VSM）表征了复合微球的化学组成、外观形貌以及磁性能。结果表明，制备的载药Fe3O4/壳聚糖复合微球平均粒径约为40 nm且粒径均匀，平均磁响应时间为52 s，饱和磁化强度为3.313 2 A·m2·kg-1。采用紫外/可见（UV/Vis）分光光度计考察了复合微球的药物包封率、载药量（质量分数），并对微球在模拟胃液、模拟肠液、生理盐水、葡萄糖溶液和二次蒸馏水中的释药行为进行跟踪。结果表明，微球的载药量可达9.9%，药物包封率为70.8%，实验条件下在模拟肠液中具有显著的缓释效果，释放10 h药物累积释放16.06%，60 h达52.18%。
2014, 31(1): 166-170.
摘要:
具有纳米结构的有机-无机笼型硅氧烷齐聚物（POSS）作为强化相的POSS/Sn-3.5Ag复合钎料可有效地改善基体钎料钎焊接头的力学可靠性。在前期试验的基础上，采用差热分析试验的方法分析了POSS 质量分数为3%的POSS/Sn-Ag复合钎料中POSS颗粒的熔化特性。结果表明，3% POSS/Sn-Ag复合钎料的熔化温度与Sn-3.5Ag共晶钎料相近，POSS颗粒的加入对其熔化温度影响不大，说明复合钎料在熔化特性上可以满足工艺性能的要求。此外，差热分析计算表明，3% POSS/Sn-Ag复合钎料在冷却过程中具有更高的表观活化能值，说明POSS强化相可能主要存在于Sn晶粒的晶界处。
具有纳米结构的有机-无机笼型硅氧烷齐聚物（POSS）作为强化相的POSS/Sn-3.5Ag复合钎料可有效地改善基体钎料钎焊接头的力学可靠性。在前期试验的基础上，采用差热分析试验的方法分析了POSS 质量分数为3%的POSS/Sn-Ag复合钎料中POSS颗粒的熔化特性。结果表明，3% POSS/Sn-Ag复合钎料的熔化温度与Sn-3.5Ag共晶钎料相近，POSS颗粒的加入对其熔化温度影响不大，说明复合钎料在熔化特性上可以满足工艺性能的要求。此外，差热分析计算表明，3% POSS/Sn-Ag复合钎料在冷却过程中具有更高的表观活化能值，说明POSS强化相可能主要存在于Sn晶粒的晶界处。
2014, 31(1): 171-178.
摘要:
基于DIGIMAT/FE建立含孔隙复合材料细观模型，模型涵盖纤维、树脂和孔隙三相，有效反映了复合材料真实的微结构和细观材料属性，结合通用的ABAQUS/EXPLICIT对细观模型施加超声波激励。通过提取超声波在材料内传播云图，建立了单向连续纤维增强复合材料超声衰减和孔隙率的关系。以T800/环氧树脂复合材料体系为例，研究孔隙尺寸对超声衰减系数模拟结果的影响，并将数值模拟结果与解析模型得到的经验关系进行对比，验证了模型的有效性。该方法能够有效地指导实验过程，为降低复合材料孔隙率、提高其性能提供理论依据。
基于DIGIMAT/FE建立含孔隙复合材料细观模型，模型涵盖纤维、树脂和孔隙三相，有效反映了复合材料真实的微结构和细观材料属性，结合通用的ABAQUS/EXPLICIT对细观模型施加超声波激励。通过提取超声波在材料内传播云图，建立了单向连续纤维增强复合材料超声衰减和孔隙率的关系。以T800/环氧树脂复合材料体系为例，研究孔隙尺寸对超声衰减系数模拟结果的影响，并将数值模拟结果与解析模型得到的经验关系进行对比，验证了模型的有效性。该方法能够有效地指导实验过程，为降低复合材料孔隙率、提高其性能提供理论依据。
2014, 31(1): 179-186.
摘要:
基于三维全五向（Q5D）编织复合材料的细观结构模型，通过引入界面相单元，建立了含界面相Q5D编织复合材料单轴拉伸损伤失效分析模型。应用Python语言实现对ABAQUS的二次开发，将Linde等提出的失效准则和Von-Mises应力准则分别用于纱线和基体的渐进损伤判断，并确定材料的整体失效模式；对于界面相，采用Quads准则进行损伤判断。利用周期性位移边界条件，对含界面相Q5D编织复合材料的纵向拉伸应力-应变行为进行了渐进损伤数值模拟，详细讨论了在纵向拉伸载荷作用下材料的细观损伤起始、扩展和最终失效的演化过程，分析了材料的细观损伤失效机制，预测了材料的极限破坏强度，并研究了界面相性能对材料整体力学行为的影响规律。研究结果表明，数值模拟结果与实验值吻合较好，验证了渐进损伤模型的有效性，为该类材料的力学分析和优化设计奠定了基础。
基于三维全五向（Q5D）编织复合材料的细观结构模型，通过引入界面相单元，建立了含界面相Q5D编织复合材料单轴拉伸损伤失效分析模型。应用Python语言实现对ABAQUS的二次开发，将Linde等提出的失效准则和Von-Mises应力准则分别用于纱线和基体的渐进损伤判断，并确定材料的整体失效模式；对于界面相，采用Quads准则进行损伤判断。利用周期性位移边界条件，对含界面相Q5D编织复合材料的纵向拉伸应力-应变行为进行了渐进损伤数值模拟，详细讨论了在纵向拉伸载荷作用下材料的细观损伤起始、扩展和最终失效的演化过程，分析了材料的细观损伤失效机制，预测了材料的极限破坏强度，并研究了界面相性能对材料整体力学行为的影响规律。研究结果表明，数值模拟结果与实验值吻合较好，验证了渐进损伤模型的有效性，为该类材料的力学分析和优化设计奠定了基础。
2014, 31(1): 187-193.
摘要:
建立嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构（ECPDLCS）的有限元模型（FEM），提出用改进的应变能法分析该穿孔结构的阻尼损耗因子，模态分析实验验证了文中数值模拟模型和方法的有效性。用验证的模型和方法分别研究了阻尼层厚度、穿孔孔径和孔距对整体结构模态损耗因子和频率的影响，以及在阻尼层面积比相同的情况下，孔径和孔距的分布与复合材料整体结构动力学性能的关系。结果表明：增加阻尼层厚度、减小阻尼层穿孔孔径和孔距，均有利于增大模态损耗因子，但结构固有频率则会有不同程度地降低；在相同面积比的情况下，损耗因子随着孔距和孔径的增加而增加，而固有频率则随之降低。文中的模型和方法对ECPDLCS的动力学性能理论预估具有重要的指导意义。
建立嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构（ECPDLCS）的有限元模型（FEM），提出用改进的应变能法分析该穿孔结构的阻尼损耗因子，模态分析实验验证了文中数值模拟模型和方法的有效性。用验证的模型和方法分别研究了阻尼层厚度、穿孔孔径和孔距对整体结构模态损耗因子和频率的影响，以及在阻尼层面积比相同的情况下，孔径和孔距的分布与复合材料整体结构动力学性能的关系。结果表明：增加阻尼层厚度、减小阻尼层穿孔孔径和孔距，均有利于增大模态损耗因子，但结构固有频率则会有不同程度地降低；在相同面积比的情况下，损耗因子随着孔距和孔径的增加而增加，而固有频率则随之降低。文中的模型和方法对ECPDLCS的动力学性能理论预估具有重要的指导意义。
2014, 31(1): 194-199.
摘要:
基于遗传-敏度混合算法对复合材料支撑机翼开展考虑气动弹性约束的优化设计，并与常规机翼构型进行比较。在严重载荷状态下，以结构质量最小化为目标，以翼尖变形、屈曲稳定性和颤振速度为约束，设计复合材料机翼铺层和支撑结构参数，并研究不同支撑点位置对于优化设计结果的影响。结果表明，复合材料支撑机翼构型能大幅减少弯曲方向上的铺层材料，有明显的减重优势。支撑点位置对于结构质量、屈曲稳定性和扭转刚度分布有较大影响，支撑结构的屈曲破坏在复合材料支撑机翼的结构设计中要引起重视。
基于遗传-敏度混合算法对复合材料支撑机翼开展考虑气动弹性约束的优化设计，并与常规机翼构型进行比较。在严重载荷状态下，以结构质量最小化为目标，以翼尖变形、屈曲稳定性和颤振速度为约束，设计复合材料机翼铺层和支撑结构参数，并研究不同支撑点位置对于优化设计结果的影响。结果表明，复合材料支撑机翼构型能大幅减少弯曲方向上的铺层材料，有明显的减重优势。支撑点位置对于结构质量、屈曲稳定性和扭转刚度分布有较大影响，支撑结构的屈曲破坏在复合材料支撑机翼的结构设计中要引起重视。
2014, 31(1): 200-206.
摘要:
采用落锤法对复合材料加筋板进行了低速冲击损伤（LVI）试验，根据复合材料加筋板构型，设计了冲击支持支架，研究了支持支架的间距对冲击结果的影响；用相同的冲击能量对复合材料加筋板结构中3处典型位置进行冲击，得到不同位置的损伤形貌；分别对完好件和损伤试验件进行压缩试验，将试验结果进行对比，分析不同位置的冲击损伤对结构压缩性能的影响。试验结果表明：在相同的冲击能量下，支持支架间距越小，所造成的冲击损伤越严重；在50 J冲击能量下，筋条区蒙皮处的冲击所造成的损伤不易观察，筋条间蒙皮处的冲击所造成的损伤最为明显，而筋条边缘蒙皮处的冲击可以导致筋条边缘的脱粘；冲击损伤会使加筋板屈曲载荷轻微下降，筋条间蒙皮和筋条区蒙皮冲击损伤对压缩结果影响相对较小，筋条边缘处的冲击会引起损伤处蒙皮的子层屈曲，并影响结构破坏形式，使结构压缩承载能力有较为明显的下降。
采用落锤法对复合材料加筋板进行了低速冲击损伤（LVI）试验，根据复合材料加筋板构型，设计了冲击支持支架，研究了支持支架的间距对冲击结果的影响；用相同的冲击能量对复合材料加筋板结构中3处典型位置进行冲击，得到不同位置的损伤形貌；分别对完好件和损伤试验件进行压缩试验，将试验结果进行对比，分析不同位置的冲击损伤对结构压缩性能的影响。试验结果表明：在相同的冲击能量下，支持支架间距越小，所造成的冲击损伤越严重；在50 J冲击能量下，筋条区蒙皮处的冲击所造成的损伤不易观察，筋条间蒙皮处的冲击所造成的损伤最为明显，而筋条边缘蒙皮处的冲击可以导致筋条边缘的脱粘；冲击损伤会使加筋板屈曲载荷轻微下降，筋条间蒙皮和筋条区蒙皮冲击损伤对压缩结果影响相对较小，筋条边缘处的冲击会引起损伤处蒙皮的子层屈曲，并影响结构破坏形式，使结构压缩承载能力有较为明显的下降。
2014, 31(1): 207-212.
摘要:
在弹性地基梁模型基础上，通过挠度与相对位移关系引入了双线性cohesive本构关系，并通过界面损伤因子统一描述界面损伤状态，在裂纹尖端考虑了损伤黏聚区存在，分别获得了各段通解。采用连续性边界条件求解积分常数，并以裂纹长度以及黏聚区范围为变量求解获得了载荷-位移曲线，从而获得了双悬臂梁（DCB）试件裂纹扩展过程。通过与已有理论模型结果对比，验证了本文理论分析的正确性，而文中理论考虑了弹性段后非线性的存在，且可同时考察3个cohesive参数的影响。通过研究界面参数变化对载荷-位移曲线的影响，从而对准确模拟界面时cohesive参数的选取提供一定的依据，并分析了界面参数与黏聚区长度的关系。
在弹性地基梁模型基础上，通过挠度与相对位移关系引入了双线性cohesive本构关系，并通过界面损伤因子统一描述界面损伤状态，在裂纹尖端考虑了损伤黏聚区存在，分别获得了各段通解。采用连续性边界条件求解积分常数，并以裂纹长度以及黏聚区范围为变量求解获得了载荷-位移曲线，从而获得了双悬臂梁（DCB）试件裂纹扩展过程。通过与已有理论模型结果对比，验证了本文理论分析的正确性，而文中理论考虑了弹性段后非线性的存在，且可同时考察3个cohesive参数的影响。通过研究界面参数变化对载荷-位移曲线的影响，从而对准确模拟界面时cohesive参数的选取提供一定的依据，并分析了界面参数与黏聚区长度的关系。
2014, 31(1): 213-219.
摘要:
基于Abaqus有限元分析软件建立了复合材料螺栓联接的三维有限元模型，以预测复合材料螺栓联接的螺纹载荷分布，为使模型符合真实情况，将螺母支承在弹性地基上并通过Abaqus USDFLD子程序考虑了C基或SiC基复合材料拉压不对称特性。此外，本文对预测金属螺纹的载荷分布的Yamamoto方法进行了经验性的推广，使其可以反映C基或SiC基复合材料的各向异性和拉压不对称性。通过对比多组材料及几何参数下推广的Yamamoto方法（EYM）和有限元法（FEM）预测的螺纹载荷分布验证了推广的Yamamoto方法的有效性。研究结果表明：复合材料螺栓联接的载荷分布通常比金属联接的载荷分布更均匀；随着螺距与直径之比的增加，螺纹载荷分布不均程度有所增加；复合材料螺栓绕其轴线相对于螺母的转动对载荷分布几乎没有影响。
基于Abaqus有限元分析软件建立了复合材料螺栓联接的三维有限元模型，以预测复合材料螺栓联接的螺纹载荷分布，为使模型符合真实情况，将螺母支承在弹性地基上并通过Abaqus USDFLD子程序考虑了C基或SiC基复合材料拉压不对称特性。此外，本文对预测金属螺纹的载荷分布的Yamamoto方法进行了经验性的推广，使其可以反映C基或SiC基复合材料的各向异性和拉压不对称性。通过对比多组材料及几何参数下推广的Yamamoto方法（EYM）和有限元法（FEM）预测的螺纹载荷分布验证了推广的Yamamoto方法的有效性。研究结果表明：复合材料螺栓联接的载荷分布通常比金属联接的载荷分布更均匀；随着螺距与直径之比的增加，螺纹载荷分布不均程度有所增加；复合材料螺栓绕其轴线相对于螺母的转动对载荷分布几乎没有影响。
2014, 31(1): 220-226.
摘要:
应用改进的虚裂纹闭合技术对热、力载荷作用下多材料构件连接区界面进行断裂分析。首先，通过对含橡胶夹层的复合材料层合板单腿弯曲（SLB）试件断裂分析，研究了在不同温度载荷作用下，橡胶夹层对试件能量释放率及其各型分量的影响。其次，对具有热流边界下，典型复合材料-橡胶-金属组成的多材料圆柱壳体连接裙结构进行了热力耦合断裂分析，结果表明裂纹总能量释放率随温度升高而增大。最后，针对该连接裙结构讨论了裂纹位置和橡胶层厚度对裂纹能量释放率的影响，指出适当增加橡胶层厚度可以降低裂纹能量释放率，但橡胶厚层度与界面韧性之间存在尺寸效应。
应用改进的虚裂纹闭合技术对热、力载荷作用下多材料构件连接区界面进行断裂分析。首先，通过对含橡胶夹层的复合材料层合板单腿弯曲（SLB）试件断裂分析，研究了在不同温度载荷作用下，橡胶夹层对试件能量释放率及其各型分量的影响。其次，对具有热流边界下，典型复合材料-橡胶-金属组成的多材料圆柱壳体连接裙结构进行了热力耦合断裂分析，结果表明裂纹总能量释放率随温度升高而增大。最后，针对该连接裙结构讨论了裂纹位置和橡胶层厚度对裂纹能量释放率的影响，指出适当增加橡胶层厚度可以降低裂纹能量释放率，但橡胶厚层度与界面韧性之间存在尺寸效应。
2014, 31(1): 227-233.
摘要:
通过分析复合材料平面织物预成形体在铺覆过程中的变形模式，提出铺覆仿真计算的织物变形基本假设。分析已存在的几种渔网铺覆算法，提出一种基于曲面信息的改进渔网算法（SIB渔网法），该算法利用相邻节点处的曲面切向量及曲率信息来确定当前节点位置，避免了高强度的迭代计算，提高了仿真精度。研究采用非均匀有理B样条（NURBS）技术表达的复杂曲面求交算法。通过不同算法对球面、马鞍面仿真的结果对比，验证了SIB渔网法对复杂曲面铺覆计算的精确性及稳定性。
通过分析复合材料平面织物预成形体在铺覆过程中的变形模式，提出铺覆仿真计算的织物变形基本假设。分析已存在的几种渔网铺覆算法，提出一种基于曲面信息的改进渔网算法（SIB渔网法），该算法利用相邻节点处的曲面切向量及曲率信息来确定当前节点位置，避免了高强度的迭代计算，提高了仿真精度。研究采用非均匀有理B样条（NURBS）技术表达的复杂曲面求交算法。通过不同算法对球面、马鞍面仿真的结果对比，验证了SIB渔网法对复杂曲面铺覆计算的精确性及稳定性。
2014, 31(1): 234-240.
摘要:
基于复合材料各向异性板的大挠度方程，采用Ritz法和最小势能原理推导出了正交各向异性复合材料层合板在面内弯曲载荷作用下临界屈曲弯矩的解析解；给出了面内弯剪复合载荷作用下复合材料层合板屈曲的强度校核方法，并将本文方法所得结果与用有限元法（FEM）所得结果进行了比较。结果表明，本文方法与有限元方法相吻合，并且形式简洁，便于工程应用。
基于复合材料各向异性板的大挠度方程，采用Ritz法和最小势能原理推导出了正交各向异性复合材料层合板在面内弯曲载荷作用下临界屈曲弯矩的解析解；给出了面内弯剪复合载荷作用下复合材料层合板屈曲的强度校核方法，并将本文方法所得结果与用有限元法（FEM）所得结果进行了比较。结果表明，本文方法与有限元方法相吻合，并且形式简洁，便于工程应用。
2014, 31(1): 241-247.
摘要:
研究了压电复合材料中圆孔边4个非对称裂纹在远处受面内电载荷和面外力载荷共同作用下的断裂行为。利用复变函数方法和新映射函数将问题转化为Cauchy积分方程组。通过求解Cauchy积分方程组，得到了电非渗透型和电渗透型两种边界条件下裂纹尖端电弹性场和场强度因子的解析解。所得结果不仅可退化为已有解，而且可模拟出若干新的缺陷构型，如压电复合材料中圆孔边三裂纹、半无限压电复合材料中半圆孔边单裂纹及半无限压电体中边界裂纹。将所得结果与有限元结果进行比较，吻合很好，证实了文中方法的正确性和有效性。数值算例分析了缺陷的几何参数对场强度因子的影响规律。
研究了压电复合材料中圆孔边4个非对称裂纹在远处受面内电载荷和面外力载荷共同作用下的断裂行为。利用复变函数方法和新映射函数将问题转化为Cauchy积分方程组。通过求解Cauchy积分方程组，得到了电非渗透型和电渗透型两种边界条件下裂纹尖端电弹性场和场强度因子的解析解。所得结果不仅可退化为已有解，而且可模拟出若干新的缺陷构型，如压电复合材料中圆孔边三裂纹、半无限压电复合材料中半圆孔边单裂纹及半无限压电体中边界裂纹。将所得结果与有限元结果进行比较，吻合很好，证实了文中方法的正确性和有效性。数值算例分析了缺陷的几何参数对场强度因子的影响规律。
2014, 31(1): 248-253.
摘要:
应用于桥梁工程的碳纤维增强复合材料（CFRP）筋通常受循环荷载作用，导致其力学性能的退化，这将影响桥梁结构的受力。为了考察循环荷载作用对CFRP筋力学性能的影响，首先利用静载试验对CFRP筋的初始力学性能进行了检测，然后结合静载试验结果并利用疲劳试验考察了各阶段循环荷载作用对CFRP筋弹性模量、松弛及抗拉强度的影响。研究结果表明，极限拉力作用下CFRP筋的弹性模量较初始状态高约5%，对于CFRP筋构件的变形对结构内力有较大影响的结构，在设计阶段建议适当地考虑CFRP材料的非线性问题；桥梁工程中，经200万次正常使用设计循环荷载作用的CFRP筋，其弹性模量和松弛性能较初始状态未发生明显退化，经应力幅为4.3%的极限抗拉强度的循环荷载作用后，CFRP筋的抗拉强度提高了1.2%，但应力幅提高至7%的极限抗拉强度时，其抗拉强度与初始状态相比无明显变化。
应用于桥梁工程的碳纤维增强复合材料（CFRP）筋通常受循环荷载作用，导致其力学性能的退化，这将影响桥梁结构的受力。为了考察循环荷载作用对CFRP筋力学性能的影响，首先利用静载试验对CFRP筋的初始力学性能进行了检测，然后结合静载试验结果并利用疲劳试验考察了各阶段循环荷载作用对CFRP筋弹性模量、松弛及抗拉强度的影响。研究结果表明，极限拉力作用下CFRP筋的弹性模量较初始状态高约5%，对于CFRP筋构件的变形对结构内力有较大影响的结构，在设计阶段建议适当地考虑CFRP材料的非线性问题；桥梁工程中，经200万次正常使用设计循环荷载作用的CFRP筋，其弹性模量和松弛性能较初始状态未发生明显退化，经应力幅为4.3%的极限抗拉强度的循环荷载作用后，CFRP筋的抗拉强度提高了1.2%，但应力幅提高至7%的极限抗拉强度时，其抗拉强度与初始状态相比无明显变化。
