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2016年  第33卷  第2期

标距和应变率对Kevlar49单束拉伸力学性能的影响
朱德举, 欧云福
2016, 33(2): 225-233. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150520.002
摘要:
为探究Kevlar 49单束的尺寸效应及应变率敏感性, 首先, 利用MTS万能试验机对不同标距(25、50、100、150、200和300 mm)的Kevlar 49单束进行了准静态(应变率为1/600 s-1)拉伸测试; 然后, 利用Instron落锤冲击系统对标距为25 mm的试样进行了动态(应变率为40~160 s-1)拉伸测试; 最后, 利用Weibull模型进行统计分析, 量化了不同标距和应变率下Kevlar 49单束拉伸强度的随机变化程度。结果表明: Kevlar 49单束的拉伸力学性能与标距和应变率有相关性; 拉伸强度随标距的增加而减小, 但随应变率的增加而增大; 峰值应变和韧性均随标距和应变率的增加而减小; 提取的Weibull参数可用于数值模拟及工程应用。
纳米MgO/高密度聚乙烯复合材料的性能
杨晓明, 王铎, 田耘
2016, 33(2): 234-239. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150528.002
摘要:
通过熔融共混法制备了纳米MgO/高密度聚乙烯(nano-MgO/HDPE)复合材料, 并对该复合材料的力学性能进行了测试, 用SEM对nano-MgO在nano-MgO/HDPE复合材料中的分散情况进行了观测, 通过紫外可见光谱研究了复合材料的紫外屏蔽性能, 通过TG研究了复合材料的热稳定性, 通过DSC研究了复合材料的结晶性能。结果表明:虽然nano-MgO的引入使HDPE的热分解温度有所降低, 但nano-MgO的引入提高了HDPE的冲击强度、弯曲强度及紫外屏蔽性能。当nano-MgO含量为2wt%时, nano-MgO/HDPE复合材料的冲击强度比纯HDPE高14%。当nano-MgO含量为4wt%时, nano-MgO/HDPE复合材料的弯曲强度比纯HDPE高18%。nano-MgO在nano-MgO/HDPE复合材料中的分散均匀, 且nano-MgO的引入可以促进HDPE的结晶。
功能化纳米氧化石墨烯/POE-g-MAH/聚苯乙烯复合材料的制备与性能
周强, 卞军, 王刚, 何飞雄, 蔺海兰
2016, 33(2): 240-248. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150707.003
摘要:
利用硅烷偶联剂(APTES)对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性, 在不同的试验条件下制备了3种硅烷偶联剂功能化GO(APTES-g-GO)纳米填料, 并经熔融共混制备了APTES-g-GO填充改性的聚苯乙烯(PS)复合材料。为了改善复合材料的界面作用, 采用马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)为增容剂。分别采用FTIR、XRD、TG、SEM以及拉伸和冲击测试对填料和纳米APTES-g-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的结构和性能进行了表征和测试。结果表明:APTES已成功接枝于GO的表面上。接枝过程中, APTES对GO有一定的剥离和还原作用。随着填料含量的增加, 纳米APTES-g-GO/POE-g-MAH/PS复合材料拉伸强度和冲击强度均先上升后下降。当填料与基体质量比为0.75%时, 3种复合材料的拉伸强度和冲击强度都达到最大值, 其中纳米AS-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的综合性能最好, 其拉伸强度和冲击强度比POE-g-MAH/PS分别提高了19%和 31%。共混过程中, APTES-g-GO与POE-g-MAH之间的反应改善了纳米APTES-g-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的界面相互作用。APTES-g-GO均匀分散于复合材料中, 它的加入提高了复合材料的热稳定性能。添加AS-GO填料的复合材料热稳定性能提高最为明显, 含0.75% AS-GO的纳米AS-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的最大失重温度比POE-g-MAH/PS提高了7 ℃。
不同偶联剂对介孔分子筛MCM-41的表面修饰及对MCM-41/环氧树脂性能的影响
王绍辉, 徐曼, 罗潘, 慕林, 谢大荣, 李仰平
2016, 33(2): 249-258. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150518.006
摘要:
使用2种硅烷偶联剂(KH550和KH792)对介孔分子筛MCM-41进行表面改性, 采取氮气吸附-脱附、FTIR和TGA等进行表征, 并采用原位聚合法制备了MCM-41/环氧树脂复合材料, 研究了偶联剂种类和MCM-41用量等对复合材料固化过程及性能的影响。结果表明:硅烷偶联剂可与MCM-41表面的硅羟基反应, 在分子筛内外表面接枝上功能化基团。经表面修饰的MCM-41比表面积下降为原来的1/5, KH550在MCM-41表面接枝率仅为KH792的一半。KH550与MCM-41外表面反应得更充分, KH792对MCM-41孔道内壁的修饰效果更强。固化动力学结果表明:KH792的功能化基团有伯胺和仲胺, 与环氧树脂具有更高的反应活性, 但不利于环氧大分子进入孔道, 仅以球形粒子的形式添加在环氧树脂中;KH550表面修饰的MCM-41可使环氧大分子进入孔道内形成互穿结构。KH550表面修饰体系更多体现出MCM-41多孔的特征, 形成了有机-无机互穿结构的复合体系, 大幅度提高了储能模量和玻璃化转变温度。KH792表面修饰体系则呈常规球形纳米粒子的特征, 其储能模量和玻璃化转变温度较纯环氧树脂有所提高但幅度不大。
湿热环境下Carbon/Epoxy复合材料层合板动态压缩性能
吴以婷, 葛东云, 李辰
2016, 33(2): 259-264. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150601.002
摘要:
随着纤维增强复合材料的广泛应用, 研究其在湿热环境下的动态力学性能具有重要的理论研究意义与工程应用价值。首先对碳纤维增强环氧树脂基(Carbon/Epoxy)复合材料层合板试件进行了湿热处理, 其后采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术开展了干/湿态试件高应变率压缩实验并对实验结果进行分析。结果表明: 材料脱(吸)湿过程呈现出两段式特点, 存在二次脱(吸)水现象; Carbon/Epoxy复合材料层合板的强度在垂直铺层方向具有显著的应变率敏感性, 随着应变率从1 500 s-1增加至6 000 s-1, 其强度增加近3倍, 与此同时应变率对其弹性模量的影响却非常微弱; 此外, 湿热处理有助于提升该材料的动态力学性能, 经20 d吸湿后材料动态强度有最大12.45%的增幅, 吸湿使得材料动态强度的上升在应变率较低时比较明显。
碳纤维/环氧树脂复合材料制孔损伤综合评价方法
温泉, 郭东明, 高航, 赵冬
2016, 33(2): 265-272. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151014.001
摘要:
碳纤维/环氧树脂(C/E)复合材料在制孔过程中容易产生毛刺、撕裂和分层等多种加工损伤, 对加工损伤进行合理有效的评价是复合材料构件经济性和可靠性的重要保证。针对现有纤维增强复合材料制孔损伤评价方法的单一性和局限性, 首先, 基于统计方法的相对指标法, 提出了综合考虑毛刺、撕裂及分层损伤的C/E复合材料制孔损伤综合评价的新方法, 建立了损伤因子的数学模型。随后, 根据评价指标的关联性, 采用刀具磨损试验确定了数学模型中的所有系数, 以及判别C/E复合材料制孔质量合格与否的临界损伤因子值。最后, 通过超声波探伤对提出的评价方法的准确性进行了验证。结果表明:采用提出的C/E复合材料制孔损伤综合评价方法, 能够有效地反映和评价不同加工参数下的制孔质量状况。
水性上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响
水兴瑶, 刘猛, 朱曜峰, 傅雅琴
2016, 33(2): 273-279. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150616.002
摘要:
以4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)为扩链剂, 将Triton X-100(TX-100)引入到双酚A二缩水甘油醚(DGEBA) 中, 设计合成水性碳纤维上浆剂(DGEBA-MDI-TX-100), 并利用合成的水性上浆剂对碳纤维表面进行改性。在此基础上, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维/环氧树脂复合材料, 研究了水性上浆剂改性碳纤维对碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响。结果表明:与未经处理的碳纤维相比, 经过上浆剂改性后的碳纤维润湿性能得到了较大的提高, 与环氧树脂的接触角下降了 9.1%;与环氧树脂复合后制备的复合材料的界面剪切强度提高了64.7%。
FRP复合材料剩余刚度退化复合模型
宗俊达, 姚卫星
2016, 33(2): 280-286. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150522.002
摘要:
为建立剩余刚度与材料损伤量及剩余寿命的关系, 将纤维增强树脂复合材料(FRP)层合板在拉-拉疲劳载荷作用下的失效模式划分为纤维间破坏、纤维随机断裂与分层3种类型, 分析不同失效模式与剩余刚度退化量的定量关系, 提出一个集成各失效模式影响的剩余刚度退化复合模型。该模型适用于占寿命绝大多数比例的Ⅰ、Ⅱ阶段, 避免了Ⅲ阶段刚度降不确定性的影响。剩余刚度退化曲线按时间尺度归一化, 消除了试件个体分散性影响, 分散性显著降低。对4种E-glass/Epoxy玻璃纤维复合材料层压板与3种AS-4/聚醚醚酮(PEEK)碳纤维复合材料层压板的疲劳试验结果进行了统计分析, 表明本文模型适于精确描述复合材料的剩余刚度下降规律。
乙炔基芳酰胺酸硅烷改进石英纤维/含硅芳炔复合材料高温界面性能
王林靖, 扈艳红, 杜磊, 杨海荟
2016, 33(2): 287-296. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150511.001
摘要:
运用自主设计合成的含有端炔和芳酰胺酸结构的硅烷偶联剂(CA-K)改善石英纤维(QF)/含硅芳炔(PSA)复合材料的高温界面黏结性能。FTIR、DSC以及TGA跟踪分析表明:CA-K在PSA固化时同步发生热闭环, 形成耐热的酰亚胺环结构, CA-K同时参与PSA的固化;XPS分析推断出CA-K与纤维发生化学键合;CA-K处理后QF/PSA复合材料的界面黏结强度增加, 常温下层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别较未处理时提高了34.7%和40.4%, 在250 ℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别达到82.5%和54.9%, 而500 ℃时ILSS和弯曲强度保留率为85.1%和64.2%。
碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能
曾帅, 贾智源, 侯博, 孙昊, 李炜
2016, 33(2): 297-303. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150417.006
摘要:
采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。
玻璃钢约束阻尼复合结构的阻尼特性
史盼, 王庆军, 董文文, 赵云蒙, 陆义东
2016, 33(2): 304-309. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150824.001
摘要:
以玻璃纤维增强树脂作为约束层主要材料、丁腈橡胶为阻尼层、钢板为基板制备约束阻尼复合结构, 运用动态黏弹谱仪和悬臂梁共振法, 研究温度、约束层刚度和阻尼层结构对约束阻尼复合结构减振效果的影响。结果表明:自由阻尼复合板的最大阻尼范围落在阻尼层的玻璃化转变区;玻璃钢约束层能将复合结构的阻尼拓展至阻尼层的高弹态区域, 增加阻尼层厚度可以提高约束复合板的阻尼性能;提高孔隙率同样有利于约束复合板阻尼性能提升;铝板约束层提升作用尤为显著, 然而在海洋环境、干湿交替等强腐蚀场合中, 铝板极易腐蚀而丧失约束功能, 因此在这类特殊场合下耐腐蚀的玻璃钢具有优势。
基于静电植绒技术的尼龙66纤维-Q235钢复合板的制备及其吸声性能
袁明, 姚正军, 骆心怡, 姚一波
2016, 33(2): 310-317. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150528.001
摘要:
采用静电植绒技术制备尼龙66纤维-Q235钢复合板, 并研究了不同黏结剂涂覆量对植绒牢度的影响, 通过SEM观察分析绒毛层的形貌, 并通过传递函数法测量200~6 300 Hz频率范围内复合板的吸声性能, 分析植绒电压、植绒时间、极板间距和纤维形态结构对吸声性能的影响。结果表明:植绒牢度随黏结剂涂覆量的增大而增大, 在不产生气泡的前提下, 100 g/m2为最佳涂覆量;吸声性能随植绒电压的增加而提高, 但增幅逐渐减小, 最终趋于稳定;植绒时间对吸声性能的影响趋势同植绒电压相似;吸声性能随极板间距的增大而降低, 开始下降缓慢, 随后逐渐加快, 其最优植绒参数为植绒电压90 kV、植绒时间40 s、极板间距10 cm;纤维形态结构也对尼龙66纤维-Q235钢复合板的吸声性能有明显影响, 减小纤维长度和纤维直径均可提高复合板的吸声系数, 最佳纤维形态结构参数为长度0.9 mm、直径20 μm。
新型自润滑YBa2Cu3O7/Cu复合材料的制备及性能
王爱琴, 李敏, 谢敬佩
2016, 33(2): 318-326. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150428.002
摘要:
采用草酸盐共沉淀法制备了YBa2Cu3O7 (YBCO)粉体, 利用真空热压烧结法制备了不同质量分数的YBCO/Cu复合材料, 测定了YBCO/Cu复合材料的密度、硬度和电导率, 利用MMU-5GA磨损试验机对YBCO/Cu复合材料进行了摩擦磨损试验。采用XRD、SEM和TEM对YBCO粉体及YBCO/Cu复合材料的微观结构、磨损表面形貌及物相组成进行了表征。研究了YBCO质量分数对YBCO/Cu复合材料组织及性能的影响。结果表明:所制备的YBCO粉体物相为Y123相, 其层状结构明显, 粉体纯度高、杂质少, 粒度达到纳米级;纳米YBCO可显著细化YBCO/Cu复合材料的基体组织, 提高复合材料的摩擦学性能。随着YBCO质量分数增加, 基体组织中纳米YBCO颗粒分布均匀度降低, 逐渐出现团聚;YBCO/Cu复合材料的电导率和密度降低, 硬度先升高后降低, 摩擦系数逐渐减小。3% YBCO/Cu复合材料的摩擦磨损性能最好。YBCO/Cu复合材料强化机制为Orowan强化、热错配强化和细晶强化;其磨损机制主要为塑变磨损、磨粒磨损和疲劳剥落。
Y2W3O12/Ni复合材料的制备及热膨胀性能
林小辉, 李来平, 梁静, 郑欣, 喻吉良
2016, 33(2): 327-333. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150520.001
摘要:
为研究Ni基Y2W3O12复合材料的热学性能, 首先, 采用二次焙烧法制备了负膨胀材料Y2W3O12;然后, 将Y2W3O12与金属Ni进行混合, 并在1 200 ℃、50 MPa的条件下热压烧结制得40vol% Y2W3O12/Ni复合材料;最后, 对复合材料的成分及热膨胀性能进行了研究。结果表明:在热压烧结过程中, 由于Ni的还原性比W差, 相对于对比试样40vol% Y2W3O12/Cr复合材料中发生的复杂化学反应, 40vol% Y2W3O12/Ni复合材料的两相之间并未发生反应, 使40vol% Y2W3O12/Ni复合材料保持了较低的热膨胀系数;经数次循环退火释放热应力及去除Y2W3O12相的结晶水后, 40vol% Y2W3O12/Ni复合材料在170~800 ℃温度范围内的热膨胀系数趋于稳定, 约为3.4×10-6 K-1, 与理论设计值4.0×10-6 K-1相近。
SiCP/Al基复合材料在等径角挤扭变形中的界面原子扩散行为
马俊林, 钱陈豪, 李萍, 薛克敏
2016, 33(2): 334-340. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150804.001
摘要:
为了研究金属基复合材料在剧烈塑性变形(SPD)过程中增强颗粒与金属基体的界面连接机制, 通过等径角挤扭(ECAP-T)工艺在较低温度下制备块状10wt% SiCP/Al基复合材料, 并对经过1、2和4道次ECAP-T变形的SiC颗粒与纯Al之间的界面反应以及元素扩散进行了研究。通过TEM和XPS研究了界面和元素扩散, 结果表明:即使在较低的外界制备温度下, Al和SiC颗粒表面的SiO2层也能够发生反应, 形成主要由Al2O3组成的界面层。相比理论计算值, ECAP-T变形可以将Al的扩散系数提高约1016倍, 增强扩散的原因主要是ECAP-T变形促使界面温度升高, 且在铝基体内产生空位、位错和晶界等高密度晶格缺陷。
癸酸-棕榈酸/SiO2相变储湿复合材料的制备与表征
尚建丽, 张浩
2016, 33(2): 341-349. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150417.004
摘要:
以SiO2为载体, 癸酸-棕榈酸为相变材料, 采用溶胶-凝胶法制备了癸酸-棕榈酸/SiO2相变储湿复合材料, 利用等温吸放湿法、步冷曲线法、FTIR、SEM、激光粒度分析仪(LPSA)、BET、TGA和DSC等对其进行性能测试和表征。结果表明: 癸酸-棕榈酸/SiO2相变储湿复合材料的载体材料SiO2具有"笼"结构, 其大量微孔形成三维空间网格结构既可以通过癸酸-棕榈酸与SiO2的物理嵌合方式包裹与束缚相变材料, 又可以通过SiO2的亲水性能吸附水分子, 具有良好的热湿性能。癸酸-棕榈酸/SiO2相变储湿复合材料表面光滑圆润无明显凹陷, 颗粒粒径较小且均匀性较好(粒径为82.14 nm、孔体积为0.010 7 mL/g、孔比表面积为25.16 m2/g、孔平均直径为26.63 nm), 属于纳米级有机相变芯材/无机基体复合材料; 相变温度为19.88~23.13 ℃、相变潜热为38.55~42.56 J/g, 癸酸-棕榈酸的质量分数约为31.59%, 满足人体舒适度的温度范围, 适合在建筑领域中广泛应用。
陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料抗氧化性的影响
田养利, 尹洪峰, 陈金学, 汤云, 袁蝴蝶
2016, 33(2): 350-357. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150701.001
摘要:
为研究陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料性能的影响, 首先, 采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2材料及陶瓷添加物含量均为30wt%的SiC/Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。然后, 测试了材料的力学性能和导电性, 在1 373~1 773 K温度范围内对Ti3SiC2 基复合材料的抗氧化性进行了研究, 并对其烧结试样的物相组成和显微结构等进行了表征。结果表明: Ti3SiC2在高温氧化后的主要产物为TiO2和SiO2; 氧化层分为内外2层, 内层由TiO2与SiO2这2相混合组成, 外层为TiO2; 氧化层中存在大量显气孔, 结构较为疏松, 导致抗氧化性较差。与Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相比, SiC/Ti3SiC2复合材料具有更好的抗氧化性。
高性能SiBN(C)陶瓷纤维的热稳定性能及透波性能
彭雨晴, 牟世伟, 韩克清, 余木火, 李爱军
2016, 33(2): 358-365. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150520.003
摘要:
SiBN(C)陶瓷纤维因其优异的性能(高温稳定性、高温抗蠕变和高温抗氧化性能等)被认为是高温高性能陶瓷基复合材料的理想增强体。研究了SiBN(C)陶瓷纤维的热稳定性能及微观结构, 探索了SiBN(C)陶瓷纤维在1 100~1 500 ℃的抗氧化过程, 并研究了C含量对SiBN(C)陶瓷纤维介电性能的影响。结果表明: SiBN(C) 陶瓷纤维在高温热处理至1 600 ℃的N2气氛下仍然呈现无定形结构;HT-TGA结果表明该SiBN(C)陶瓷纤维具有良好的高温热稳定性, 该陶瓷纤维的热失重率(1 450 ℃, N2气氛)仅为1.5wt%; 同时SiBN(C)纤维也表现出优良的高温抗氧化性能, SiBN(C)陶瓷纤维在1 400 ℃, 空气中处理5 h后, 纤维致密且无裂纹, XRD分析表明SiBN(C)陶瓷仍然呈现无定形结构, 1 500 ℃处理5 h后, SiBN(C)陶瓷纤维开始出现皮芯结构, 并且出现微晶现象; XRD、SEM和EDX等测试手段表明氧化后样品的表面主要以SiO2微晶形式存在; 介电性能研究表明当C含量低至0.1wt%时, SiBN(C)陶瓷纤维的介电常数为2.1, 介电损耗为0.001 7(频率为10 GHz)。性能评价说明该SiBN(C)陶瓷纤维可满足高温透波材料对增强体的要求。
V2O5与Al2O3复合改性CaSiO3陶瓷的烧结性能与微波介电性能
汤雨诗, 马晓飞, 李登豪, 王焕平, 雷若姗, 杨清华, 徐时清
2016, 33(2): 366-372. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150508.001
摘要:
为降低CaSiO3陶瓷的烧结温度, 通过在CaSiO3粉体中添加1wt%的Al2O3以及不同量的V2O5, 探讨了V2O5添加量对CaSiO3陶瓷烧结性能、微观结构及微波介电性能的影响规律。结果表明:适量地添加V2O5除了能将V2O5-Al2O3/CaSiO3陶瓷的烧结温度从1 250 ℃降低至1 000 ℃外, 还能抑制CaSiO3陶瓷晶粒异常长大并细化陶瓷晶粒。在烧结过程中, V2O5将熔化并以液相润湿作用促进CaSiO3陶瓷的致密化进程;同时, 部分V2O5还会挥发, 未挥发完全的V2O5将与基体材料反应生成第二相, 第二相的出现将大幅降低陶瓷的品质因数。综合考虑陶瓷的烧结性能与微波介电性能, 当V2O5添加量为6wt%时, V2O5-Al2O3/CaSiO3陶瓷在1 075 ℃下烧结2 h后具有良好的综合性能, 其介电常数为7.38, 品质因数为21 218 GHz。
ZrC改性C/C-SiC复合材料的力学和抗烧蚀性能
王玲玲, 嵇阿琳, 崔红, 闫联生, 张强
2016, 33(2): 373-378. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150611.002
摘要:
采用碳纤维针刺预制体, 用前驱体浸渍裂解(PIP)法分别制备了C/C-SiC和C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料, 并对材料的微观结构、力学和烧蚀性能进行了分析对比。结果表明:利用该方法可制备出陶瓷相填充充分且分布均匀的复合材料。C/C-SiC-ZrC的面内弯曲强度、厚度方向的压缩强度、层间剪切强度均低于对应的C/C-SiC的。2 200 ℃、600 s氧化烧蚀后, C/C-SiC-ZrC的抗烧蚀性能显著优于C/C-SiC, 其线烧蚀率下降43.8%, 质量烧蚀率下降25%。在超高温阶段, C/C-SiC-ZrC复合材料基体的ZrC氧化生成的ZrO2溶于SiC氧化生成的SiO2中, 形成黏稠的二元玻璃态混合物, 有效阻止了氧化性气氛进入基体内部。
重组竹柱偏心受压力学性能
魏洋, 周梦倩, 袁礼得
2016, 33(2): 379-385. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150703.002
摘要:
为了研究偏心距对重组竹柱的偏心受压力学性能的影响, 对6根不同偏心距的重组竹柱进行了偏心受压试验。结果表明:在偏心载荷作用下, 试件破坏形态主要表现为柱身中部竹材纤维受拉断裂;随着相对偏心距的增大, 峰值载荷减小, 而对应峰值载荷时试件的竖向位移和中部截面侧向挠度增大, 弯曲变形越加显著, 对应峰值载荷时, 重组竹柱偏心受压试件的竹材压应变远远大于轴心受压试件, 前者是后者的3.1~4.6倍, 偏心受压重组竹柱的受压侧竹材的受压变形能力及强度得到了充分的发挥;基于试验结果与理论分析, 提出了重组竹柱偏心受压承载力计算方法, 平均绝对误差小于5%, 计算结果与试验结果一致。
碳/碳复合材料疲劳损伤失效试验研究
朱元林, 温卫东, 刘礼华, 张继文, 蒋婷慧
2016, 33(2): 386-393. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150420.001
摘要:
对单向碳/碳复合材料纵向拉-拉疲劳特性及面内剪切拉-拉疲劳特性进行了试验研究; 对三维四向编织碳/碳复合材料的纵向拉-拉疲劳特性及纤维束-基体界面剩余强度进行了试验研究。使用最小二乘法拟合得到了单向碳/碳复合材料纵向及面内剪切拉-拉疲劳加载下的剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型, 建立了纤维束-基体界面剩余强度模型。结果显示: 单向碳/碳复合材料在87.5%应力水平的疲劳载荷下刚度退化最大只有8.8%左右, 在70.0%应力水平的疲劳载荷下, 面内剪切刚度退化最大可达30%左右; 三维四向编织碳/碳复合材料疲劳加载后强度及刚度均得到了提高; 随着疲劳循环加载数的增加, 三维四向编织碳/碳复合材料中纤维束-基体界面强度逐渐减弱。
混杂纤维复合材料的拉伸刚度
徐欢欢, 古兴瑾, 李晨
2016, 33(2): 394-398. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150623.001
摘要:
对单向和多向混杂纤维复合材料的拉伸刚度进行了研究。在混合定律的基础上考虑混杂比和分散度对混杂效应的影响, 提出了单向混杂纤维复合材料拉伸模量的估算公式。通过实验得到了多向混杂纤维复合材料的拉伸模量, 并且采用经典层合板理论进行了估算, 基于混杂比以及分散度对拉伸模量的影响规律, 对多向混杂纤维复合材料拉伸模量的估算公式进行了修正。结果表明: 混杂纤维复合材料的拉伸模量与混杂比和分散度相关, 分散度的增大在一定程度上可以提高单向混杂纤维复合材料的纵向拉伸模量。采用经典层合板理论所得的拉伸模量与实验值有一定的误差, 而本文所提出的公式能够更加准确地估算混杂纤维复合材料的拉伸模量。
带口盖加筋复合材料壁板剪切性能
郭俊, 关志东, 黎增山, 卓越
2016, 33(2): 399-407. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150624.001
摘要:
采用试验和有限元方法研究了带口盖加筋复合材料壁板的剪切性能。在带口盖加筋复合材料壁板有限元模型的基础上, 去掉口盖, 对不带口盖的大开口加筋复合材料壁板进行了有限元模拟分析, 以此研究口盖对带口盖加筋复合材料壁板的影响。试验和数值计算结果表明: 当达到屈曲载荷时, 带口盖加筋复合材料壁板各个区域同步发生屈曲, 最终破坏位置位于加强筋条以外的复合材料壁板区域; 去掉口盖后, 结构的刚度以及承载能力降低, 结构的应力集中点以及损伤起始位置均发生变化, 破坏时失稳形式无明显变化, 均为局部失稳。
等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的面内压缩性能
郑吉良, 孙勇, 彭明军
2016, 33(2): 408-417. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150528.003
摘要:
为研究等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板面内压缩破坏机制, 利用材料试验机对夹芯板面内压缩性能进行了试验测试, 并开展了模拟研究。结果表明: 夹芯板的面内压缩破坏方式主要有面板折断、夹芯板屈曲失稳和夹芯板中面板与蜂窝芯脱粘3种类型。面板为夹芯板面内压缩的主要承载构件, 蜂窝芯对面板起到固支作用。面板结构参数与材料参数为影响夹芯板面内压缩抗压强度与抗压刚度主要因素, 多数蜂窝芯的结构参数与材料参数对夹芯板面内压缩抗压强度的影响微弱, 而个别蜂窝芯的结构参数对夹芯板面内压缩抗压刚度的影响比较显著。夹芯板体积一定时, 随着蜂窝芯胞体单元数量的增加, 夹芯板面内压缩的抗压强度与抗压刚度逐渐增大。
复合材料波纹夹层圆柱壳设计及轴压性能
冯丽娜, 熊健, 郑伟, 杨金水, 吴林志
2016, 33(2): 418-429. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20150612.002
摘要:
结构轻量化是航空航天发展的永恒主题, 波纹夹层圆柱壳作为常见的轻质结构形式, 在航空航天领域具有很大的发展空间。采用模具热压法, 制备出纵向和环向碳纤维复合材料波纹夹层圆柱壳, 其中芯子整体成型, 面板分瓣制备。采用经典板壳屈曲理论, 分析纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴压力学性能, 得到了欧拉屈曲、整体屈曲、局部屈曲和面板压溃4种失效模式下的极限载荷理论公式。绘制出结构的失效机制图, 直观显示出了失效模式与试件尺寸之间的关系。通过对纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴向压缩试验, 获得了结构的载荷-位移曲线及局部屈曲和面板压溃2种失效模式。结果表明:纵向波纹夹层圆柱壳的轴向承载能力及载荷/质量效率优于环向波纹夹层圆柱壳, 在一定范围内增加圆柱壳面板的厚度、减小圆柱壳的高度可提高结构的载荷/质量效率。