2017年 第34卷 第1期
2017, 34(1): 1-11.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.012
摘要:
碳纤维复合材料（CFRP）具有比刚度高、热稳定性好，可设计性强等特点，成为轻量化反射镜制造的新型理想材料，特别适合大口径、高分辨率空间反射镜的制造。简单介绍空间光学反射镜的国内外研究应用的现状。根据反射镜的特点介绍了碳纤维复合材料的材料选择要求，以及国外常用碳纤维复合材料预浸料体系。碳纤维复合材料反射镜制造方法与传统光学材料反射镜的制造不同，一般采用高效、快速、制造成本低的复制工艺来实现。总结了碳纤维复合材料反射镜的复制工艺和反射镜复制精度的影响因素，影响因素包括复制模具、预浸料铺层、反射镜变形、纤维印痕现象、尺寸稳定性以及反射镜尺寸等，并对前五项影响因素提出相应的控制措施来减小影响程度。重点阐述了反射镜纤维印痕现象的成因和解决方法，以及控制尺寸稳定性的关键。
碳纤维复合材料（CFRP）具有比刚度高、热稳定性好，可设计性强等特点，成为轻量化反射镜制造的新型理想材料，特别适合大口径、高分辨率空间反射镜的制造。简单介绍空间光学反射镜的国内外研究应用的现状。根据反射镜的特点介绍了碳纤维复合材料的材料选择要求，以及国外常用碳纤维复合材料预浸料体系。碳纤维复合材料反射镜制造方法与传统光学材料反射镜的制造不同，一般采用高效、快速、制造成本低的复制工艺来实现。总结了碳纤维复合材料反射镜的复制工艺和反射镜复制精度的影响因素，影响因素包括复制模具、预浸料铺层、反射镜变形、纤维印痕现象、尺寸稳定性以及反射镜尺寸等，并对前五项影响因素提出相应的控制措施来减小影响程度。重点阐述了反射镜纤维印痕现象的成因和解决方法，以及控制尺寸稳定性的关键。
2017, 34(1): 12-22.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160523.017
摘要:
碳纳米管（CNT）优异的力学性能使其成为复合材料优选的增强体。CNT/聚合物复合材料的力学性能主要受其界面结合性能的影响。综述了CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究方法和研究现状。对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究，实验上采用微观表征技术、拉曼光谱分析技术和纳米力学拔出法，分子模拟方法则是通过对CNT施加位移或外力模拟CNT从聚合物基体中的抽拔过程。概述了聚合物的类型、晶态结构以及CNT的手性、功能化处理等因素对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的影响，并展望了CNT/聚合物复合材料界面结合性能未来研究的重点方向。
碳纳米管（CNT）优异的力学性能使其成为复合材料优选的增强体。CNT/聚合物复合材料的力学性能主要受其界面结合性能的影响。综述了CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究方法和研究现状。对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究，实验上采用微观表征技术、拉曼光谱分析技术和纳米力学拔出法，分子模拟方法则是通过对CNT施加位移或外力模拟CNT从聚合物基体中的抽拔过程。概述了聚合物的类型、晶态结构以及CNT的手性、功能化处理等因素对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的影响，并展望了CNT/聚合物复合材料界面结合性能未来研究的重点方向。
2017, 34(1): 23-30.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.007
摘要:
采用9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）与甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）反应合成2-甲基-3-（6-氧代-6H-二苯并[c，e][1，2]氧磷杂己环-6-基）丙酸2-羟乙酯（DOPOHM），以ZnB与DOPOHM掺杂丙烯酸树脂（AR）中，制备ZnB/膦掺杂丙烯酸树脂（ZnB-DOPOHM/AR）阻燃复合材料。利用TGA、极限氧指数测定仪研究ZnB-DOPOHM/AR复合材料的热稳定性和阻燃性能；SEM，XPS和EDS研究协同阻燃机制；通过Horowitz-Metzger理论计算复合材料的分解活化能（Ea）。研究表明：随着ZnB含量增加，ZnB-DOPOHM/AR的热稳定性提高，极限氧指数增大；ZnB与DOPOHM使ZnB-DOPOHM/AR在空气和氮气中灼烧炭层更加致密。阻燃机制揭示膦催化聚合物脱水成炭过程发生在ZnB分解产物ZnO和B2O3表面，过程产物ZnO-P2O5证明存在协同作用。分解活化能计算结果说明ZnO和B2O3存在正向助催化作用，协同膦增强ZnB-DOPOHM/AR复合材料成炭能力。
采用9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）与甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）反应合成2-甲基-3-（6-氧代-6H-二苯并[c，e][1，2]氧磷杂己环-6-基）丙酸2-羟乙酯（DOPOHM），以ZnB与DOPOHM掺杂丙烯酸树脂（AR）中，制备ZnB/膦掺杂丙烯酸树脂（ZnB-DOPOHM/AR）阻燃复合材料。利用TGA、极限氧指数测定仪研究ZnB-DOPOHM/AR复合材料的热稳定性和阻燃性能；SEM，XPS和EDS研究协同阻燃机制；通过Horowitz-Metzger理论计算复合材料的分解活化能（Ea）。研究表明：随着ZnB含量增加，ZnB-DOPOHM/AR的热稳定性提高，极限氧指数增大；ZnB与DOPOHM使ZnB-DOPOHM/AR在空气和氮气中灼烧炭层更加致密。阻燃机制揭示膦催化聚合物脱水成炭过程发生在ZnB分解产物ZnO和B2O3表面，过程产物ZnO-P2O5证明存在协同作用。分解活化能计算结果说明ZnO和B2O3存在正向助催化作用，协同膦增强ZnB-DOPOHM/AR复合材料成炭能力。
2017, 34(1): 31-39.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.008
摘要:
分别以沉积碳纳米管（MWCNTs）和羟基锡酸锌的石墨烯片层（GNS）纳米粒子为核、表面活性剂KH560为颈状层、聚醚胺M2070为冠状层，制备了无溶剂（GNS-MWCNTs）@M2070流体及无溶剂（GNS-ZHS）@M2070流体。将质量分数为2.0 wt%的两种无溶剂纳米流体分别加入环氧树脂（EP）中，制备了无溶剂（GNS-MWCNTs）@M2070/EP和（GNS-ZHS）@M2070/EP复合材料，并对其热性能和阻燃性能进行研究。锥形量热测试结果表明，纯EP、（GNS-MWCNTs）@M2070/EP、（GNS-ZHS）@M2070/EP的火焰增长速率（FIGRA）值分别为3.682，3.118和4.391 kW（m2·s）-1，同时，相比（GNS-MWCNTs）@M2070/EP，含有（GNS-ZHS）@M2070的EP基复合材料较纯环氧树脂具有更低的生烟速率（SPR）、生烟总量（TSR）和一氧化碳释放量（COP）值，说明沉积有羟基锡酸锌的石墨烯片层纳米粒子为核的无溶剂纳米流体对提高环氧树脂阻燃性能更为有效。
分别以沉积碳纳米管（MWCNTs）和羟基锡酸锌的石墨烯片层（GNS）纳米粒子为核、表面活性剂KH560为颈状层、聚醚胺M2070为冠状层，制备了无溶剂（GNS-MWCNTs）@M2070流体及无溶剂（GNS-ZHS）@M2070流体。将质量分数为2.0 wt%的两种无溶剂纳米流体分别加入环氧树脂（EP）中，制备了无溶剂（GNS-MWCNTs）@M2070/EP和（GNS-ZHS）@M2070/EP复合材料，并对其热性能和阻燃性能进行研究。锥形量热测试结果表明，纯EP、（GNS-MWCNTs）@M2070/EP、（GNS-ZHS）@M2070/EP的火焰增长速率（FIGRA）值分别为3.682，3.118和4.391 kW（m2·s）-1，同时，相比（GNS-MWCNTs）@M2070/EP，含有（GNS-ZHS）@M2070的EP基复合材料较纯环氧树脂具有更低的生烟速率（SPR）、生烟总量（TSR）和一氧化碳释放量（COP）值，说明沉积有羟基锡酸锌的石墨烯片层纳米粒子为核的无溶剂纳米流体对提高环氧树脂阻燃性能更为有效。
2017, 34(1): 40-46.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.005
摘要:
采用两步法反应挤出工艺制备硅烷接枝交联MgO/高密度聚乙烯（MgO/HDPE）导热复合材料，研究了硅烷接枝、交联对MgO/HDPE复合材料的结晶性能、力学性能、耐热性、导热性能的影响，并利用FTIR和DSC对其接枝交联、结晶情况进行表征。结果表明，交联MgO/HDPE复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、热变形温度（HDT）分别由未交联时的20.41 MPa、1.875 kJ/m2和74.6℃提升到27.24 MPa、7.875 kJ/m2和83.5℃，并且热导率保持基本不变0.447 W/（m·K）。
采用两步法反应挤出工艺制备硅烷接枝交联MgO/高密度聚乙烯（MgO/HDPE）导热复合材料，研究了硅烷接枝、交联对MgO/HDPE复合材料的结晶性能、力学性能、耐热性、导热性能的影响，并利用FTIR和DSC对其接枝交联、结晶情况进行表征。结果表明，交联MgO/HDPE复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、热变形温度（HDT）分别由未交联时的20.41 MPa、1.875 kJ/m2和74.6℃提升到27.24 MPa、7.875 kJ/m2和83.5℃，并且热导率保持基本不变0.447 W/（m·K）。
2017, 34(1): 47-52.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.006
摘要:
通过钩针工艺将活性碳纤维（ACF）和玻璃纤维（GF）混编，提高了频率选择性表面（FSS）的可设计性和复杂性，制备了ACF钩针结构单元电路屏碳纤维/环氧树脂（ACF/EP）复合材料。研究了不同编织结构和ACF质量分数对复合材料吸波性能的影响。结果表明：ACF质量分数为100%的4针枣形FSS的ACF/EP复合材料和质量分数为50%的16针枣形FSS复合材料的最大反射损耗（RL）可以达到-50 dB以上，有效吸收带宽（RL<-10 dB）达10 GHz以上。复杂的钩针设计使ACF/EP复合材料的多孔结构增多，有效吸收带宽变宽，4针枣形结构具有较多不规整孔径使吸波效果显著。适量的ACF质量分数结合编织结构有利于获得理想的CF/EP吸波复合材料。
通过钩针工艺将活性碳纤维（ACF）和玻璃纤维（GF）混编，提高了频率选择性表面（FSS）的可设计性和复杂性，制备了ACF钩针结构单元电路屏碳纤维/环氧树脂（ACF/EP）复合材料。研究了不同编织结构和ACF质量分数对复合材料吸波性能的影响。结果表明：ACF质量分数为100%的4针枣形FSS的ACF/EP复合材料和质量分数为50%的16针枣形FSS复合材料的最大反射损耗（RL）可以达到-50 dB以上，有效吸收带宽（RL<-10 dB）达10 GHz以上。复杂的钩针设计使ACF/EP复合材料的多孔结构增多，有效吸收带宽变宽，4针枣形结构具有较多不规整孔径使吸波效果显著。适量的ACF质量分数结合编织结构有利于获得理想的CF/EP吸波复合材料。
2017, 34(1): 53-59.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.003
摘要:
硅橡胶耐热性不佳严重制约着其在耐高温领域的应用。针对这一问题，分别采用低熔点氧化物Sb2O3和Bi2O3作为助溶剂，研究其对硅藻土/硅橡胶复合材料可瓷化性能的影响。采用TG分析Sb2O3和Bi2O3对硅藻土/硅橡胶复合材料的热稳定性影响，万能力学试验仪测试热解后试样的弯曲强度，场发射扫描电镜（FESEM）和能谱仪（EDS）分析热解产物的微观形貌和成份，XRD探索复合材料的可瓷化机制。结果表明：Sb2O3和Bi2O3金属氧化物会加速硅橡胶的分解，但可以明显提高热解后试样的弯曲强度。FESEM观测到Sb2O3和Bi2O3有助于复合材料在热解过程中形成连续的桥连结构，通过EDS分析计算可知，Sb2O3与SiO2，Bi2O3与SiO2在热解过程中可能发生共熔反应，有助于陶瓷化结构的形成。XRD表明，加入助溶剂后的硅藻土/硅橡胶复合材料的热解后形成非晶相结构，提高陶瓷层的强度。
硅橡胶耐热性不佳严重制约着其在耐高温领域的应用。针对这一问题，分别采用低熔点氧化物Sb2O3和Bi2O3作为助溶剂，研究其对硅藻土/硅橡胶复合材料可瓷化性能的影响。采用TG分析Sb2O3和Bi2O3对硅藻土/硅橡胶复合材料的热稳定性影响，万能力学试验仪测试热解后试样的弯曲强度，场发射扫描电镜（FESEM）和能谱仪（EDS）分析热解产物的微观形貌和成份，XRD探索复合材料的可瓷化机制。结果表明：Sb2O3和Bi2O3金属氧化物会加速硅橡胶的分解，但可以明显提高热解后试样的弯曲强度。FESEM观测到Sb2O3和Bi2O3有助于复合材料在热解过程中形成连续的桥连结构，通过EDS分析计算可知，Sb2O3与SiO2，Bi2O3与SiO2在热解过程中可能发生共熔反应，有助于陶瓷化结构的形成。XRD表明，加入助溶剂后的硅藻土/硅橡胶复合材料的热解后形成非晶相结构，提高陶瓷层的强度。
2017, 34(1): 60-66.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.004
摘要:
以硼酚醛树脂（BPF）为基体，以纳米MgO、Al2O3和SiO2（MAS）为成瓷填料，添加B2O3、Bi2O3或玻璃料等助熔剂，采用模压成型工艺制备MgO-Al2O3-SiO2/硼酚醛（MAS/BPF）陶瓷化复合材料，研究助熔剂对MAS/BPF陶瓷化复合材料热稳定性、微观结构和物相转变的影响。结果表明：MAS/BPF陶瓷化复合材料在600~1 000℃裂解2 h后的尺寸收缩率为9%~14.5%，表现出良好的尺寸稳定性；TG热分析发现，助熔剂使MAS/BPF陶瓷化复合材料在1 200℃时的残留率降低，但在900~1 200℃的热稳定性提高。XRD和SEM分析结果显示，助熔剂能够显著降低陶瓷化反应温度。和B2O3、Bi2O3相比，玻璃料更有助于形成大量的液相，促进陶瓷化组分与裂解残余碳之间的反应，从而提高MAS/BPF陶瓷化复合材料在高温下的致密性和外形完整性。
以硼酚醛树脂（BPF）为基体，以纳米MgO、Al2O3和SiO2（MAS）为成瓷填料，添加B2O3、Bi2O3或玻璃料等助熔剂，采用模压成型工艺制备MgO-Al2O3-SiO2/硼酚醛（MAS/BPF）陶瓷化复合材料，研究助熔剂对MAS/BPF陶瓷化复合材料热稳定性、微观结构和物相转变的影响。结果表明：MAS/BPF陶瓷化复合材料在600~1 000℃裂解2 h后的尺寸收缩率为9%~14.5%，表现出良好的尺寸稳定性；TG热分析发现，助熔剂使MAS/BPF陶瓷化复合材料在1 200℃时的残留率降低，但在900~1 200℃的热稳定性提高。XRD和SEM分析结果显示，助熔剂能够显著降低陶瓷化反应温度。和B2O3、Bi2O3相比，玻璃料更有助于形成大量的液相，促进陶瓷化组分与裂解残余碳之间的反应，从而提高MAS/BPF陶瓷化复合材料在高温下的致密性和外形完整性。
2017, 34(1): 67-74.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160401.002
摘要:
利用沉淀法白炭黑生产工艺，在相同的条件下，选用不同质量分数的羟基羧酸酯作为改性剂进行湿法改性，研究了白炭黑/天然橡胶（NR）复合橡胶的力学性能、动态性能以及动态生热性能。结果表明：制备的白炭黑均为非晶态白炭黑，采用质量分数为6%的羟基羧酸酯改性的白炭黑，其分散性好，颗粒分布均匀，呈近球状，经羟基羧酸酯改性后的白炭黑有效的去除了部分亲水基团，改善了其在NR中的分散性。随着白炭黑用量的增加，分散性变差，损耗因子和动态温升均有所提高，Payne效应增大。当白炭黑用量达到临界值（白炭黑与NR质量比为40：100）时，白炭黑/NR复合材料表现出较好的性能，改性白炭黑/NR复合材料比未改性白炭黑/NR复合材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率有所提高，而磨耗体积和动态生热则有所下降。动态力学性能测试结果表明，改性白炭黑与天然橡胶的质量比为40：100时，改性白炭黑/NR复合材料的60℃滚动阻力损耗因子由0.123降到0.104。SEM结果表明，改性白炭黑在橡胶基体中的分散性优于未改性白炭黑，与NR基体界面结合的更加紧密。
利用沉淀法白炭黑生产工艺，在相同的条件下，选用不同质量分数的羟基羧酸酯作为改性剂进行湿法改性，研究了白炭黑/天然橡胶（NR）复合橡胶的力学性能、动态性能以及动态生热性能。结果表明：制备的白炭黑均为非晶态白炭黑，采用质量分数为6%的羟基羧酸酯改性的白炭黑，其分散性好，颗粒分布均匀，呈近球状，经羟基羧酸酯改性后的白炭黑有效的去除了部分亲水基团，改善了其在NR中的分散性。随着白炭黑用量的增加，分散性变差，损耗因子和动态温升均有所提高，Payne效应增大。当白炭黑用量达到临界值（白炭黑与NR质量比为40：100）时，白炭黑/NR复合材料表现出较好的性能，改性白炭黑/NR复合材料比未改性白炭黑/NR复合材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率有所提高，而磨耗体积和动态生热则有所下降。动态力学性能测试结果表明，改性白炭黑与天然橡胶的质量比为40：100时，改性白炭黑/NR复合材料的60℃滚动阻力损耗因子由0.123降到0.104。SEM结果表明，改性白炭黑在橡胶基体中的分散性优于未改性白炭黑，与NR基体界面结合的更加紧密。
2017, 34(1): 75-82.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.005
摘要:
针对含孔复合材料点阵夹层结构在面内压缩载荷作用下的失效模式及其影响因素问题，通过实验对含孔复合材料点阵夹层结构失效模式进行了研究；基于3D Hashin准则和Chang-Chang刚度退化准则建立了含孔复合材料点阵夹层结构有限元渐进损伤失效分析模型，并将计算结果与实验结果进行了对比；基于有限元分析方法探讨了开孔形状、开孔率以及开孔位置对其极限承载力的影响。结果表明：当点阵夹层结构面板厚度较大时，含孔复合材料点阵夹层结构的主要失效模式为面板圧溃；通过对比有限元计算结果和实验结果，极限承载力的最大误差约为12%，失效位置与实验结果一致；当点阵夹层结构的对称面与载荷方向平行且孔的中心在对称面上时，面内压缩强度与开孔位置无关，主要受到开孔形状和开孔率的影响；当点阵夹层结构对称面与载荷方向垂直且孔的中心在对称面上时，边距大于一个胞元，面内压缩强度基本不变，边距小于一个胞元，面内压缩强度下降。
针对含孔复合材料点阵夹层结构在面内压缩载荷作用下的失效模式及其影响因素问题，通过实验对含孔复合材料点阵夹层结构失效模式进行了研究；基于3D Hashin准则和Chang-Chang刚度退化准则建立了含孔复合材料点阵夹层结构有限元渐进损伤失效分析模型，并将计算结果与实验结果进行了对比；基于有限元分析方法探讨了开孔形状、开孔率以及开孔位置对其极限承载力的影响。结果表明：当点阵夹层结构面板厚度较大时，含孔复合材料点阵夹层结构的主要失效模式为面板圧溃；通过对比有限元计算结果和实验结果，极限承载力的最大误差约为12%，失效位置与实验结果一致；当点阵夹层结构的对称面与载荷方向平行且孔的中心在对称面上时，面内压缩强度与开孔位置无关，主要受到开孔形状和开孔率的影响；当点阵夹层结构对称面与载荷方向垂直且孔的中心在对称面上时，边距大于一个胞元，面内压缩强度基本不变，边距小于一个胞元，面内压缩强度下降。
2017, 34(1): 83-90.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.004
摘要:
为了对含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板的剩余强度进行预测，基于连续介质损伤力学法（CDM）和唯象分析法，建立了表征复合材料雷击热-力耦合损伤的刚度矩阵渐进损伤退化模型。基于该模型，通过ABAQUS有限元仿真软件，建立了含雷击热-力耦合损伤的复合材料层压板结构三维模型。结合UMAT子程序，完成了拉伸载荷下的剩余强度预测。结果表明：通过与试验对比，仿真结果与试验结果取得了良好的一致性。本文所建立模型，能够有效进行含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板结构拉伸剩余强度预测。
为了对含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板的剩余强度进行预测，基于连续介质损伤力学法（CDM）和唯象分析法，建立了表征复合材料雷击热-力耦合损伤的刚度矩阵渐进损伤退化模型。基于该模型，通过ABAQUS有限元仿真软件，建立了含雷击热-力耦合损伤的复合材料层压板结构三维模型。结合UMAT子程序，完成了拉伸载荷下的剩余强度预测。结果表明：通过与试验对比，仿真结果与试验结果取得了良好的一致性。本文所建立模型，能够有效进行含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板结构拉伸剩余强度预测。
2017, 34(1): 91-95.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160330.001
摘要:
采用50D中空涤纶长丝埋入复合材料，模拟复合材料的孔隙，制备孔隙率标准试块。通过制备三种厚度（1.5，3.0和5.0mm）和五种孔隙率（0~5.76%）的碳纤维增强环氧树脂复合材料，采用超声C扫描测定不同孔隙率下复合材料的超声衰减，并和波音公司的标准试块进行了对比。研究了涤纶排列密度和在厚度方向上的排列位置对复合材料超声衰减的影响。结果表明，制备的标准试块和波音公司标准试块具有良好的一致性，用涤纶中空纤维模拟复合材料的孔隙率是可行的；随着涤纶排列密度的增加，孔隙率增加，超声衰减增加；在孔隙率不变的情况下，涤纶分布在不同的厚度位置上时，其复合材料的超声衰减基本一致。
采用50D中空涤纶长丝埋入复合材料，模拟复合材料的孔隙，制备孔隙率标准试块。通过制备三种厚度（1.5，3.0和5.0mm）和五种孔隙率（0~5.76%）的碳纤维增强环氧树脂复合材料，采用超声C扫描测定不同孔隙率下复合材料的超声衰减，并和波音公司的标准试块进行了对比。研究了涤纶排列密度和在厚度方向上的排列位置对复合材料超声衰减的影响。结果表明，制备的标准试块和波音公司标准试块具有良好的一致性，用涤纶中空纤维模拟复合材料的孔隙率是可行的；随着涤纶排列密度的增加，孔隙率增加，超声衰减增加；在孔隙率不变的情况下，涤纶分布在不同的厚度位置上时，其复合材料的超声衰减基本一致。
2017, 34(1): 96-103.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160405.001
摘要:
研究了复合材料加筋板翼面结构稳定性问题，分析了加筋板在压缩和剪切等载荷作用下的稳定性安全裕度。利用计算复合材料加筋板屈曲及后屈曲承载能力的方法，验证复杂受载情况下结构的稳定性。验证对象是一个优化后的满足强度、刚度和工艺制造要求的复合材料机翼。该机翼在各种载荷工况下的内力分布情况由MSC.NASTRAN分析得到，通过本文提出的方法得到每块蒙皮的稳定性承载能力。然后给出复合材料层合板在复杂载荷下的屈曲及后屈曲安全裕度的计算准则，验证优化后的机翼加筋板是否满足稳定性设计要求。该方法可作为约束集成到结构优化系统平台中。
研究了复合材料加筋板翼面结构稳定性问题，分析了加筋板在压缩和剪切等载荷作用下的稳定性安全裕度。利用计算复合材料加筋板屈曲及后屈曲承载能力的方法，验证复杂受载情况下结构的稳定性。验证对象是一个优化后的满足强度、刚度和工艺制造要求的复合材料机翼。该机翼在各种载荷工况下的内力分布情况由MSC.NASTRAN分析得到，通过本文提出的方法得到每块蒙皮的稳定性承载能力。然后给出复合材料层合板在复杂载荷下的屈曲及后屈曲安全裕度的计算准则，验证优化后的机翼加筋板是否满足稳定性设计要求。该方法可作为约束集成到结构优化系统平台中。
2017, 34(1): 104-111.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160407.001
摘要:
为了对含紧固件复合材料层压板的雷击烧蚀损伤特征进行分析，根据雷击过程中的能量平衡关系，建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤数学分析模型。基于该分析模型，在ABAQUS中建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤分析三维有限元模型，并对不同电势边界条件下的雷击烧蚀损伤进行了分析。分析结果表明：由于金属紧固件的存在，雷电流可以通过紧固件沿层压板结构厚度方向传导，然后在各铺层内进行电流分配，各方向铺层传导雷电流的能力与该层电势梯度方向和电势梯度方向的电导率有关；在不同的电势边界条件下，各层的电势分布有所差异，从而导致了各铺层传导雷电流能力的不同，最终引起不同的雷击烧蚀损伤分布。通过本文的研究，能够对含紧固件复合材料层压板结构的雷击烧蚀损伤特征有定性的认识。
为了对含紧固件复合材料层压板的雷击烧蚀损伤特征进行分析，根据雷击过程中的能量平衡关系，建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤数学分析模型。基于该分析模型，在ABAQUS中建立了含紧固件复合材料层压板结构雷击烧蚀损伤分析三维有限元模型，并对不同电势边界条件下的雷击烧蚀损伤进行了分析。分析结果表明：由于金属紧固件的存在，雷电流可以通过紧固件沿层压板结构厚度方向传导，然后在各铺层内进行电流分配，各方向铺层传导雷电流的能力与该层电势梯度方向和电势梯度方向的电导率有关；在不同的电势边界条件下，各层的电势分布有所差异，从而导致了各铺层传导雷电流能力的不同，最终引起不同的雷击烧蚀损伤分布。通过本文的研究，能够对含紧固件复合材料层压板结构的雷击烧蚀损伤特征有定性的认识。
2017, 34(1): 112-120.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.002
摘要:
为探讨单向纤维增强复合材料中纤维损伤与材料热阻变化之间的关系，建立了由纤维断裂引起热阻变化的细观理论模型，并利用该模型对热阻变化率进行了定性分析。针对纵向传热与垂直传热两种情形下的热阻进行分析，结合Weibull纤维强度分布模型，引入纤维失效长度作为纤维链段的最小长度，获得了纤维断裂引起的复合材料纵向和沿厚度方向热阻变化率的解析函数。采用Monte-Carlo随机方法对外加应力作用下复合材料热阻随着纤维断裂而发生变化的过程进行模拟。研究结果表明：无论是纵向热阻还是厚度方向的热阻，热阻变化率均随纤维断点数目的增大而线性递增；纤维体积组分越大，热阻变化率越大。纵向热阻变化率随着纤维/基体导热系数比β的增大而迅速增大，但当β>10时增大的幅度逐渐减弱；而厚度方向的热阻变化率则随着β的增大先急剧增大而后递减，当纤维与基体的导热系数相当时（在β=1附近）达到最大值。
为探讨单向纤维增强复合材料中纤维损伤与材料热阻变化之间的关系，建立了由纤维断裂引起热阻变化的细观理论模型，并利用该模型对热阻变化率进行了定性分析。针对纵向传热与垂直传热两种情形下的热阻进行分析，结合Weibull纤维强度分布模型，引入纤维失效长度作为纤维链段的最小长度，获得了纤维断裂引起的复合材料纵向和沿厚度方向热阻变化率的解析函数。采用Monte-Carlo随机方法对外加应力作用下复合材料热阻随着纤维断裂而发生变化的过程进行模拟。研究结果表明：无论是纵向热阻还是厚度方向的热阻，热阻变化率均随纤维断点数目的增大而线性递增；纤维体积组分越大，热阻变化率越大。纵向热阻变化率随着纤维/基体导热系数比β的增大而迅速增大，但当β>10时增大的幅度逐渐减弱；而厚度方向的热阻变化率则随着β的增大先急剧增大而后递减，当纤维与基体的导热系数相当时（在β=1附近）达到最大值。
2017, 34(1): 121-128.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160317.003
摘要:
对落叶松植物多酚进行胺甲基化改性，将其包覆于磁性Fe3O4颗粒表面，制备了功能化Fe3O4@胺甲基改性植物多酚（Fe3O4@A-PP），用于能源微藻-普通小球藻的收集。采用FTIR、磁滞回线、zeta电位的方法对Fe3O4@A-PP磁性材料的物理化学性质进行了测定，并研究了投加方式、包覆比例对Fe3O4@A-PP收集微藻效能的影响。FTIR显示Fe3O4@A-PP具有来自A-PP的C-H、N-H和-OH等官能团。A-PP包覆对Fe3O4的磁性无改变。与A-PP的zeta电位相比，Fe3O4@A-PP的zeta电位增大了5~10 mV。Fe3O4@A-PP中两者配比影响微藻的收集效率，当配比为20/200时，收集率达到最大值84.2%。采用Fe3O4@A-PP可以将磁絮凝收集时间从A-PP的30 min缩短至0.5 min以内。显微图像显示，与A-PP絮凝后絮体呈片状松散团聚的状态相比，Fe3O4@A-PP收集的微藻细胞呈链状被Fe3O4包裹或团簇在其四周。吸附电中和在Fe3O4@A-PP磁絮凝收集微藻的机理中发挥重要作用。
对落叶松植物多酚进行胺甲基化改性，将其包覆于磁性Fe3O4颗粒表面，制备了功能化Fe3O4@胺甲基改性植物多酚（Fe3O4@A-PP），用于能源微藻-普通小球藻的收集。采用FTIR、磁滞回线、zeta电位的方法对Fe3O4@A-PP磁性材料的物理化学性质进行了测定，并研究了投加方式、包覆比例对Fe3O4@A-PP收集微藻效能的影响。FTIR显示Fe3O4@A-PP具有来自A-PP的C-H、N-H和-OH等官能团。A-PP包覆对Fe3O4的磁性无改变。与A-PP的zeta电位相比，Fe3O4@A-PP的zeta电位增大了5~10 mV。Fe3O4@A-PP中两者配比影响微藻的收集效率，当配比为20/200时，收集率达到最大值84.2%。采用Fe3O4@A-PP可以将磁絮凝收集时间从A-PP的30 min缩短至0.5 min以内。显微图像显示，与A-PP絮凝后絮体呈片状松散团聚的状态相比，Fe3O4@A-PP收集的微藻细胞呈链状被Fe3O4包裹或团簇在其四周。吸附电中和在Fe3O4@A-PP磁絮凝收集微藻的机理中发挥重要作用。
2017, 34(1): 129-134.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160329.001
摘要:
采用化学刻蚀法在SiC/Al复合材料表面构筑微纳结构，通过SEM和表面接触角测量仪分析刻蚀表面的微观形貌特征及润湿特性，并探讨了其与刻蚀时间之间的关系；借助热震试验评价SiC/Al复合材料超疏水表面的温度骤变耐受特性。结果表明：弥散分布的微米级SiC颗粒的存在使得刻蚀后的SiC/Al复合材料表面易形成由微米级粒状结构和纳米级凹坑结构复合而成的微观结构；氟硅烷修饰后的蚀刻表面的接触角最高达到166.8°，滚动角最低为3°，具有很好的超疏水特性；SiC/Al基超疏水表面具有较好的耐受温度骤变特性。
采用化学刻蚀法在SiC/Al复合材料表面构筑微纳结构，通过SEM和表面接触角测量仪分析刻蚀表面的微观形貌特征及润湿特性，并探讨了其与刻蚀时间之间的关系；借助热震试验评价SiC/Al复合材料超疏水表面的温度骤变耐受特性。结果表明：弥散分布的微米级SiC颗粒的存在使得刻蚀后的SiC/Al复合材料表面易形成由微米级粒状结构和纳米级凹坑结构复合而成的微观结构；氟硅烷修饰后的蚀刻表面的接触角最高达到166.8°，滚动角最低为3°，具有很好的超疏水特性；SiC/Al基超疏水表面具有较好的耐受温度骤变特性。
2017, 34(1): 135-141.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160407.002
摘要:
采用微波烧结法制备TiC/Ti6Al4V复合材料，研究TiC/Ti6Al4V复合材料在550、650和750℃空气中的恒温氧化行为，并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明：TiC/Ti6Al4V复合材料由TiC、α-Ti+β-Ti三种物相组成。随着氧化温度的增加，TiC/Ti6Al4V复合材料的氧化规律由抛物线型转变为直线型，在650℃温度以下，复合材料的氧化产物主要由TiO2组成，而750℃时氧化层主要有外层极薄的TiO2、中间层Al2O3和TiO2混合区及大部分内层TiO2三部分组成。随着TiC含量增加，氧化激活能增大，氧化物粒径减小，TiC/Ti6Al4V复合材料的抗氧化性能也越好。
采用微波烧结法制备TiC/Ti6Al4V复合材料，研究TiC/Ti6Al4V复合材料在550、650和750℃空气中的恒温氧化行为，并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明：TiC/Ti6Al4V复合材料由TiC、α-Ti+β-Ti三种物相组成。随着氧化温度的增加，TiC/Ti6Al4V复合材料的氧化规律由抛物线型转变为直线型，在650℃温度以下，复合材料的氧化产物主要由TiO2组成，而750℃时氧化层主要有外层极薄的TiO2、中间层Al2O3和TiO2混合区及大部分内层TiO2三部分组成。随着TiC含量增加，氧化激活能增大，氧化物粒径减小，TiC/Ti6Al4V复合材料的抗氧化性能也越好。
2017, 34(1): 142-151.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160329.002
摘要:
针对超高速电梯安全钳楔块耐高温磨损性差的问题，以FeV粉、石墨粉和Ni粉为原料，在楔块摩擦面进行了激光熔覆原位生成VC-Fe3C/Fe-Ni复合涂层的实验，分析了不同粉末质量配比、不同工艺参数下熔覆层的组织演变规律，测试了熔覆层的硬度、高温耐磨损性和冲击韧性等力学性能。研究表明：通过原位反应，可获得由VC、Fe-Ni固溶体和Fe3C组成的复合涂层；VC的含量随石墨含量的增加而增加；在较低的扫描速度下，VC颗粒呈球状或胞状，弥散分布在Fe-Ni固溶体上。当扫描速度较高时，VC呈菊花状、枝晶状和块状，主要分布在晶界上；当FeV粉、石墨粉和Ni粉的质量比是8：3：8时，熔覆层搭接时不产生裂纹，复合涂层平均维氏硬度5.9 GPa，VC-Fe3C/Fe-Ni涂层高温磨损量为Ni60激光熔覆层的25%，为45钢的9.7%，VC-Fe3C/Fe-Ni涂层冲击韧度值比Ni60激光熔覆层提高37.6%。将该工艺应用于电梯安全钳等零件的强化领域，将大大提高电梯零件的耐磨性和使用寿命。
针对超高速电梯安全钳楔块耐高温磨损性差的问题，以FeV粉、石墨粉和Ni粉为原料，在楔块摩擦面进行了激光熔覆原位生成VC-Fe3C/Fe-Ni复合涂层的实验，分析了不同粉末质量配比、不同工艺参数下熔覆层的组织演变规律，测试了熔覆层的硬度、高温耐磨损性和冲击韧性等力学性能。研究表明：通过原位反应，可获得由VC、Fe-Ni固溶体和Fe3C组成的复合涂层；VC的含量随石墨含量的增加而增加；在较低的扫描速度下，VC颗粒呈球状或胞状，弥散分布在Fe-Ni固溶体上。当扫描速度较高时，VC呈菊花状、枝晶状和块状，主要分布在晶界上；当FeV粉、石墨粉和Ni粉的质量比是8：3：8时，熔覆层搭接时不产生裂纹，复合涂层平均维氏硬度5.9 GPa，VC-Fe3C/Fe-Ni涂层高温磨损量为Ni60激光熔覆层的25%，为45钢的9.7%，VC-Fe3C/Fe-Ni涂层冲击韧度值比Ni60激光熔覆层提高37.6%。将该工艺应用于电梯安全钳等零件的强化领域，将大大提高电梯零件的耐磨性和使用寿命。
2017, 34(1): 152-159.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160422.001
摘要:
为了提高炭/炭（C/C）复合材料的耐烧蚀性能，以孔隙率为38%的C/C复合材料为坯体，Zr-Cu混合粉末为熔渗剂，采用反应熔渗法制备了ZrC-Cu-C/C复合材料。通过氧-乙炔焰烧蚀实验，研究了熔渗剂成分对复合材料高温耐烧蚀性能的影响。利用XRD、SEM和EDS对烧蚀前后ZrC-Cu-C/C复合材料的相组成和微观结构进行了分析。结果表明：ZrC-Cu-C/C复合材料烧蚀前主要存在C、ZrC和Cu相，有微量Zr残余；烧蚀20 s后表面主要存在炭基体、ZrO2、CuO、Cu2O及残余的ZrC和Cu。随熔渗剂中Zr含量增加，复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均呈现先减小后增大的趋势，以60% Zr-Cu（质量分数）为熔渗剂制备的ZrC-Cu-C/C复合材料的抗烧蚀性能最佳，其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.001 8 mm·s-1和0.001 3 g·s-1。ZrC-Cu-C/C复合材料的烧蚀机制为以C的升华、ZrO2的熔化及Cu的蒸发和汽化为主的热物理烧蚀、ZrC和C氧化的热化学烧蚀以及高压热流冲刷引起的机械剥蚀的综合作用。
为了提高炭/炭（C/C）复合材料的耐烧蚀性能，以孔隙率为38%的C/C复合材料为坯体，Zr-Cu混合粉末为熔渗剂，采用反应熔渗法制备了ZrC-Cu-C/C复合材料。通过氧-乙炔焰烧蚀实验，研究了熔渗剂成分对复合材料高温耐烧蚀性能的影响。利用XRD、SEM和EDS对烧蚀前后ZrC-Cu-C/C复合材料的相组成和微观结构进行了分析。结果表明：ZrC-Cu-C/C复合材料烧蚀前主要存在C、ZrC和Cu相，有微量Zr残余；烧蚀20 s后表面主要存在炭基体、ZrO2、CuO、Cu2O及残余的ZrC和Cu。随熔渗剂中Zr含量增加，复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均呈现先减小后增大的趋势，以60% Zr-Cu（质量分数）为熔渗剂制备的ZrC-Cu-C/C复合材料的抗烧蚀性能最佳，其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.001 8 mm·s-1和0.001 3 g·s-1。ZrC-Cu-C/C复合材料的烧蚀机制为以C的升华、ZrO2的熔化及Cu的蒸发和汽化为主的热物理烧蚀、ZrC和C氧化的热化学烧蚀以及高压热流冲刷引起的机械剥蚀的综合作用。
2017, 34(1): 160-167.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160331.002
摘要:
借助ANSYS/LS-DYNA软件，建立楔横轧层合轴有限元模型，根据四因素三水平的正交实验进行部分厚径比轧制实验。通过有限元数值模拟，分析工艺参数成形角、展宽角、断面收缩率和轧制温度对厚径比的影响规律。结果表明：轧制实验结果和有限元模拟的结果相符合，有限元模型可以用来预测厚径比。厚径比随着展宽角的增大先迅速下降，后缓慢下降；随着轧制温度的增大先增加，后缓慢增加；随着断面收缩率的增大先缓慢增加，后趋于平缓；随着成形角的增大变化不明显。对厚径比的影响主次为：展宽角、轧制温度、断面收缩率、成形角。研究结果有助于指导层合轴覆材厚度和基材半径尺寸的调控与设计。
借助ANSYS/LS-DYNA软件，建立楔横轧层合轴有限元模型，根据四因素三水平的正交实验进行部分厚径比轧制实验。通过有限元数值模拟，分析工艺参数成形角、展宽角、断面收缩率和轧制温度对厚径比的影响规律。结果表明：轧制实验结果和有限元模拟的结果相符合，有限元模型可以用来预测厚径比。厚径比随着展宽角的增大先迅速下降，后缓慢下降；随着轧制温度的增大先增加，后缓慢增加；随着断面收缩率的增大先缓慢增加，后趋于平缓；随着成形角的增大变化不明显。对厚径比的影响主次为：展宽角、轧制温度、断面收缩率、成形角。研究结果有助于指导层合轴覆材厚度和基材半径尺寸的调控与设计。
2017, 34(1): 168-174.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160331.001
摘要:
为明确梯度材料中裂纹扩展速率分布情况，对含裂纹TC11-TC4以及TA15-TA2两种组合梯度钛合金进行标准三点弯疲劳试验。试验结果表明：梯度结构中不同部位的相同组分扩展性能相同，给出了4种3D打印组分钛合金的Paris公式；梯度材料组分弹性模量的变化会改变裂纹尖端应力强度因子，对位于模量较低一侧的裂纹扩展有抑制作用；过渡层影响厚度范围内裂纹扩展速率介于两种组分之间且连续过渡，表明梯度材料可以消除异种材料连接的界面效应，提出基于组分材料体积分量的混合率描述梯度层中扩展性能的分布规律；恒定载荷试验中仅扩展方向不同情况下寿命有显著差别，验证了合理安排梯度参数可提高结构出现裂纹后的生存能力，其中扩展性能以及模量的变化分布对扩展寿命均有影响。
为明确梯度材料中裂纹扩展速率分布情况，对含裂纹TC11-TC4以及TA15-TA2两种组合梯度钛合金进行标准三点弯疲劳试验。试验结果表明：梯度结构中不同部位的相同组分扩展性能相同，给出了4种3D打印组分钛合金的Paris公式；梯度材料组分弹性模量的变化会改变裂纹尖端应力强度因子，对位于模量较低一侧的裂纹扩展有抑制作用；过渡层影响厚度范围内裂纹扩展速率介于两种组分之间且连续过渡，表明梯度材料可以消除异种材料连接的界面效应，提出基于组分材料体积分量的混合率描述梯度层中扩展性能的分布规律；恒定载荷试验中仅扩展方向不同情况下寿命有显著差别，验证了合理安排梯度参数可提高结构出现裂纹后的生存能力，其中扩展性能以及模量的变化分布对扩展寿命均有影响。
2017, 34(1): 175-182.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160411.006
摘要:
为提高非均匀材料界面裂纹尖端断裂参数的求解精度，基于非均匀材料界面断裂力学、Cell-Based光滑有限元（Cell-SFEM）和非均匀材料的互交作用积分法，提出了求解非均匀材料界面裂纹尖端断裂参数的Cell-Based光滑有限元法，推导了基于Cell-Based光滑有限元法的非均匀材料的互交作用积分法，对非均匀材料间的界面裂纹尖端处正则应力强度因子进行了求解，并与参考解进行了比较，讨论了互交积分区域大小和光滑子元个数与正则应力强度因子的关系。数值算例结果表明：本方法具有很高的计算精度，对积分区域大小不敏感，可为设计、制造抗破坏非均匀材料提供依据。
为提高非均匀材料界面裂纹尖端断裂参数的求解精度，基于非均匀材料界面断裂力学、Cell-Based光滑有限元（Cell-SFEM）和非均匀材料的互交作用积分法，提出了求解非均匀材料界面裂纹尖端断裂参数的Cell-Based光滑有限元法，推导了基于Cell-Based光滑有限元法的非均匀材料的互交作用积分法，对非均匀材料间的界面裂纹尖端处正则应力强度因子进行了求解，并与参考解进行了比较，讨论了互交积分区域大小和光滑子元个数与正则应力强度因子的关系。数值算例结果表明：本方法具有很高的计算精度，对积分区域大小不敏感，可为设计、制造抗破坏非均匀材料提供依据。
2017, 34(1): 183-190.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160308.001
摘要:
运用超声共沉淀制备了亚铁铝类水滑石（Fe（Ⅱ）-Al LDH），用于处理含U（Ⅵ）废水。实验考察了初始pH、吸附剂投加量、温度、吸附时间以及U（Ⅵ）初始浓度对Fe（Ⅱ）-Al LDH吸附U（Ⅵ）的影响。采用SEM、FTIR、XRD与XPS等手段分析了相关机制。试验表明，Fe（Ⅱ）-Al LDH吸附U（Ⅵ）的最佳pH为6，当温度为25℃，投加量为1.0 g/L，U（Ⅵ）初始质量浓度为10 mg/L时，对U（Ⅵ）的去除率达到99.98%，反应在120 min达到平衡，饱和吸附量为117.13 mg/g。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型（R2≈1）较好地拟合了吸附过程，Fe（Ⅱ）-Al LDH对U（Ⅵ）的吸附是自发的吸热反应。SEM、FTIR、XPS分析结果表明，吸附前后的Fe（Ⅱ）-Al LDH结构没有发生改变，Fe（Ⅱ）-Al LDH对U（Ⅵ）的吸附是化学吸附为主，氧化还原作用为辅。
运用超声共沉淀制备了亚铁铝类水滑石（Fe（Ⅱ）-Al LDH），用于处理含U（Ⅵ）废水。实验考察了初始pH、吸附剂投加量、温度、吸附时间以及U（Ⅵ）初始浓度对Fe（Ⅱ）-Al LDH吸附U（Ⅵ）的影响。采用SEM、FTIR、XRD与XPS等手段分析了相关机制。试验表明，Fe（Ⅱ）-Al LDH吸附U（Ⅵ）的最佳pH为6，当温度为25℃，投加量为1.0 g/L，U（Ⅵ）初始质量浓度为10 mg/L时，对U（Ⅵ）的去除率达到99.98%，反应在120 min达到平衡，饱和吸附量为117.13 mg/g。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型（R2≈1）较好地拟合了吸附过程，Fe（Ⅱ）-Al LDH对U（Ⅵ）的吸附是自发的吸热反应。SEM、FTIR、XPS分析结果表明，吸附前后的Fe（Ⅱ）-Al LDH结构没有发生改变，Fe（Ⅱ）-Al LDH对U（Ⅵ）的吸附是化学吸附为主，氧化还原作用为辅。
2017, 34(1): 191-197.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.002
摘要:
以相变物质正十二醇（DA）为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为壁材，采用悬浮聚合法制备了正十二醇-聚甲基丙烯酸甲酯（DA@PMMA）微胶囊。通过差示扫描量热仪（DSC），扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），傅里叶变换红外光谱仪（FIIR）和热重分析仪（TGA）等仪器对微胶囊进行检测表征。结果表明：当工艺为苯乙烯-马来酸甘钠盐（SMA）加入量占DA质量的7.5%，偶氮二异丁腈（AIBN）加入量占单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）质量的7.5%，芯材壁材质量比为2：1，搅拌速度为1 000 r/min时，所制备的微胶囊整体性能最好。DA@PMMA微胶囊为球形，平均粒径26 μm，DA@PMMA微胶囊中DA的质量分数为66%。DA@PMMA微胶囊的熔化焓和结晶焓分别是137.6 J/g和132.8 J/g。TGA和FIIR的分析表明，DA@PMMA微胶囊具有良好的性能。
以相变物质正十二醇（DA）为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为壁材，采用悬浮聚合法制备了正十二醇-聚甲基丙烯酸甲酯（DA@PMMA）微胶囊。通过差示扫描量热仪（DSC），扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），傅里叶变换红外光谱仪（FIIR）和热重分析仪（TGA）等仪器对微胶囊进行检测表征。结果表明：当工艺为苯乙烯-马来酸甘钠盐（SMA）加入量占DA质量的7.5%，偶氮二异丁腈（AIBN）加入量占单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）质量的7.5%，芯材壁材质量比为2：1，搅拌速度为1 000 r/min时，所制备的微胶囊整体性能最好。DA@PMMA微胶囊为球形，平均粒径26 μm，DA@PMMA微胶囊中DA的质量分数为66%。DA@PMMA微胶囊的熔化焓和结晶焓分别是137.6 J/g和132.8 J/g。TGA和FIIR的分析表明，DA@PMMA微胶囊具有良好的性能。
2017, 34(1): 198-202.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.002
摘要:
首先根据实际泡沫材料中存在不少弯曲支柱，且形状接近于弧线，在假设全部支柱为弯曲支柱的情况下，利用理论方法分析了支柱弯曲对开孔泡沫材料刚度和强度性能的影响规律，得到了理论预测含弯曲支柱开孔泡沫材料杨氏模量和屈服强度的公式。然后，通过有限元模拟方法验证了上述理论预测模型的有效性。最后，利用有限元模型研究了不同比例的弯曲支柱、不同弧度的弯曲支柱和不同各向异性比对泡沫铝压缩力学行为的影响。结果表明，弯曲支柱对弹性模量的影响比对塑性坍塌强度的影响大；而弯曲支柱对泡沫铝压缩力学行为的影响则与支柱的弧度、支柱含量和胞体结构的各向异性比有关。
首先根据实际泡沫材料中存在不少弯曲支柱，且形状接近于弧线，在假设全部支柱为弯曲支柱的情况下，利用理论方法分析了支柱弯曲对开孔泡沫材料刚度和强度性能的影响规律，得到了理论预测含弯曲支柱开孔泡沫材料杨氏模量和屈服强度的公式。然后，通过有限元模拟方法验证了上述理论预测模型的有效性。最后，利用有限元模型研究了不同比例的弯曲支柱、不同弧度的弯曲支柱和不同各向异性比对泡沫铝压缩力学行为的影响。结果表明，弯曲支柱对弹性模量的影响比对塑性坍塌强度的影响大；而弯曲支柱对泡沫铝压缩力学行为的影响则与支柱的弧度、支柱含量和胞体结构的各向异性比有关。
2017, 34(1): 203-209.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.003
摘要:
采用溶胶-凝胶法制备棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料。利用响应面法研究了无水乙醇用量、去离子水用量以及棕榈醇-棕榈酸-月桂酸用量对棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料热湿综合性能的影响，并对棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料的制备工艺参数进行了优化。结果表明，各因素对性能影响的主次顺序为：无水乙醇用量>棕榈醇-棕榈酸-月桂酸用量>去离子水用量；在本研究的各参数范围内，优化方案是无水乙醇用量（与正硅酸乙酯的物质的量比）为9.11、去离子水用量为5.21、棕榈醇-棕榈酸-月桂酸用量为0.52。优化棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料具有良好的热湿综合性能，即相对湿度50%时，平均平衡含湿量为0.102 0 g/g，相变温度为26.81~28.52℃，相变焓为95.69 J/g，属于微米级有机相变芯材/无机基体复合材料。
采用溶胶-凝胶法制备棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料。利用响应面法研究了无水乙醇用量、去离子水用量以及棕榈醇-棕榈酸-月桂酸用量对棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料热湿综合性能的影响，并对棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料的制备工艺参数进行了优化。结果表明，各因素对性能影响的主次顺序为：无水乙醇用量>棕榈醇-棕榈酸-月桂酸用量>去离子水用量；在本研究的各参数范围内，优化方案是无水乙醇用量（与正硅酸乙酯的物质的量比）为9.11、去离子水用量为5.21、棕榈醇-棕榈酸-月桂酸用量为0.52。优化棕榈醇-棕榈酸-月桂酸/SiO2复合材料具有良好的热湿综合性能，即相对湿度50%时，平均平衡含湿量为0.102 0 g/g，相变温度为26.81~28.52℃，相变焓为95.69 J/g，属于微米级有机相变芯材/无机基体复合材料。
2017, 34(1): 210-216.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.006
摘要:
采用熔融共混法制备了微晶纤维素/聚丁二酸丁二醇酯（MCC/PBS）复合材料，用高级毛细管流变仪和旋转流变仪分别测定复合材料的稳态流变性能和动态流变性能，研究了不同MCC含量、不同温度对复合材料流变行为的影响。结果表明，复合材料的黏度与剪切速率的流变曲线符合幂律流体的特征，可以用幂律模型对其进行拟合；复合材料的黏度与温度的关系可用Arrhenius方程对其进行描述。在线性黏弹区，复合材料的储能模量（G'）维持恒定，当应变（γ）超过临界值（γc）时，复合材料进入非线性黏弹区，出现了“Payne”效应，并且随着MCC含量的增加，γc下降。在角频率（ω）扫描范围内，复合材料的储能模量（G'）、损耗模量（G"）和复数黏度|η*|均随着MCC含量的增加而增大。在相同的MCC含量下，G"的值始终大于G'的值，损耗因子（tanδ）均大于1。在低频区，G'出现第二平台。MCC/PBS复合材料加工流变特性的研究，对指导MCC/PBS复合材料的成型加工具有一定的价值。
采用熔融共混法制备了微晶纤维素/聚丁二酸丁二醇酯（MCC/PBS）复合材料，用高级毛细管流变仪和旋转流变仪分别测定复合材料的稳态流变性能和动态流变性能，研究了不同MCC含量、不同温度对复合材料流变行为的影响。结果表明，复合材料的黏度与剪切速率的流变曲线符合幂律流体的特征，可以用幂律模型对其进行拟合；复合材料的黏度与温度的关系可用Arrhenius方程对其进行描述。在线性黏弹区，复合材料的储能模量（G'）维持恒定，当应变（γ）超过临界值（γc）时，复合材料进入非线性黏弹区，出现了“Payne”效应，并且随着MCC含量的增加，γc下降。在角频率（ω）扫描范围内，复合材料的储能模量（G'）、损耗模量（G"）和复数黏度|η*|均随着MCC含量的增加而增大。在相同的MCC含量下，G"的值始终大于G'的值，损耗因子（tanδ）均大于1。在低频区，G'出现第二平台。MCC/PBS复合材料加工流变特性的研究，对指导MCC/PBS复合材料的成型加工具有一定的价值。
2017, 34(1): 217-223.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.004
摘要:
基于均匀化理论与有限元方法，针对双向连续纤维增强复合材料（CBFRC），建立了微观代表体积单元（RVE）模型，并预测了界面对CBFRC宏观等效力学性能的影响。在建立的RVE模型中，采用表面内聚力本构关系描述纤维/基体之间的界面。研究结果表明：不同界面刚度下，CBFRC中的基体发生不同形式的初始损伤。与界面断裂能相比，界面刚度和界面强度对CBFRC面外抗拉强度的影响较大，而对CBFRC面内抗拉强度的影响较小，且界面的存在会降低CBFRC整体的抗拉强度。随着纤维体积分数的增加，CBFRC面内的抗拉强度也随之急剧增加，但CBFRC的面外抗拉强度反而有减小的趋势。本文中所提出的方法能够简单有效地对实际复杂的三维纤维增强复合材料进行优化设计。
基于均匀化理论与有限元方法，针对双向连续纤维增强复合材料（CBFRC），建立了微观代表体积单元（RVE）模型，并预测了界面对CBFRC宏观等效力学性能的影响。在建立的RVE模型中，采用表面内聚力本构关系描述纤维/基体之间的界面。研究结果表明：不同界面刚度下，CBFRC中的基体发生不同形式的初始损伤。与界面断裂能相比，界面刚度和界面强度对CBFRC面外抗拉强度的影响较大，而对CBFRC面内抗拉强度的影响较小，且界面的存在会降低CBFRC整体的抗拉强度。随着纤维体积分数的增加，CBFRC面内的抗拉强度也随之急剧增加，但CBFRC的面外抗拉强度反而有减小的趋势。本文中所提出的方法能够简单有效地对实际复杂的三维纤维增强复合材料进行优化设计。
2017, 34(1): 224-230.
doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.011
摘要:
对新型飞艇蒙皮材料在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个偏轴方向单轴拉伸循环试验结果进行了分析，给出了残余应变和弹性模量随循环次数的变化规律；得出了由单层板理论推导出的关于弹性模量的本构关系对各功能膜层压合成的平纹织物膜复合材料适用性较差。使用VIC-2D数字散斑测量系统测出膜材在拉伸过程中的位移场和应变场，通过位移场求膜材的泊松比和通过应变场验证分析膜材拉伸破坏机制，并可以预测断口形态和位置。采用两种不同规格的试样测试膜材的单轴拉伸强度，通过对比发现采用试样3更能反应材料Uretek5876实际强度。本文工作对该材料应用于飞艇结构设计和分析具有参考价值。
对新型飞艇蒙皮材料在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个偏轴方向单轴拉伸循环试验结果进行了分析，给出了残余应变和弹性模量随循环次数的变化规律；得出了由单层板理论推导出的关于弹性模量的本构关系对各功能膜层压合成的平纹织物膜复合材料适用性较差。使用VIC-2D数字散斑测量系统测出膜材在拉伸过程中的位移场和应变场，通过位移场求膜材的泊松比和通过应变场验证分析膜材拉伸破坏机制，并可以预测断口形态和位置。采用两种不同规格的试样测试膜材的单轴拉伸强度，通过对比发现采用试样3更能反应材料Uretek5876实际强度。本文工作对该材料应用于飞艇结构设计和分析具有参考价值。
