2008年 第25卷 第1期
2008, 25(1): 1-10.
摘要:
航空工业发展, 尤其新一代大型民用飞机的研制, 带动并促进了复合材料技术的飞速发展。先进复合材料在新一代大型民用飞机上的成功应用, 为未来民用飞机的发展确立了新的标准和市场准入门槛。欧美先后制订并实施了一系列航空复合材料研究计划促进复合材料技术的发展, 并取得成功。国内复合材料技术经过多年发展虽然有一定基础, 但在原材料开发、产品设计、制造及质量监控、技术转化等许多方面与国外相比还存在较大差距。在国家确立大型飞机重大研究专项的背景下, 为满足我国大型客机研制的需要, 大力促进我国复合技术水平快速提升, 我们要从发展策略、组织管理、技术研究和产业发展等方面开展工作, 实现我国复合材料技术的跨越式发展。
航空工业发展, 尤其新一代大型民用飞机的研制, 带动并促进了复合材料技术的飞速发展。先进复合材料在新一代大型民用飞机上的成功应用, 为未来民用飞机的发展确立了新的标准和市场准入门槛。欧美先后制订并实施了一系列航空复合材料研究计划促进复合材料技术的发展, 并取得成功。国内复合材料技术经过多年发展虽然有一定基础, 但在原材料开发、产品设计、制造及质量监控、技术转化等许多方面与国外相比还存在较大差距。在国家确立大型飞机重大研究专项的背景下, 为满足我国大型客机研制的需要, 大力促进我国复合技术水平快速提升, 我们要从发展策略、组织管理、技术研究和产业发展等方面开展工作, 实现我国复合材料技术的跨越式发展。
2008, 25(1): 11-16.
摘要:
树脂基磁致伸缩复合材料的固化温度及测试与使用温度存在差异, 磁致伸缩粒子与基体的热膨胀系数也不同。这将在粒子周围产生热残余应力, 并影响复合材料的磁致伸缩性能。理论分析了热残余应力的大小及其影响因素, 发现其值随温差增大或粒子体积分数减小而增大。继而, 以在不同温度下固化的Terfenol-D颗粒体积分数为20 %和50 %的环氧基复合材料为研究对象, 对理论分析进行了试验验证。试验结果表明: 随固化温度升高, 由于热压应力的增加, 复合材料的动静态磁致伸缩性能均得到提高; 粒子体积分数的增加在降低其所受的热压应力的同时, 也提高了功能体的含量, 材料磁致伸缩系数的升降取决于这两个作用的耦合。
树脂基磁致伸缩复合材料的固化温度及测试与使用温度存在差异, 磁致伸缩粒子与基体的热膨胀系数也不同。这将在粒子周围产生热残余应力, 并影响复合材料的磁致伸缩性能。理论分析了热残余应力的大小及其影响因素, 发现其值随温差增大或粒子体积分数减小而增大。继而, 以在不同温度下固化的Terfenol-D颗粒体积分数为20 %和50 %的环氧基复合材料为研究对象, 对理论分析进行了试验验证。试验结果表明: 随固化温度升高, 由于热压应力的增加, 复合材料的动静态磁致伸缩性能均得到提高; 粒子体积分数的增加在降低其所受的热压应力的同时, 也提高了功能体的含量, 材料磁致伸缩系数的升降取决于这两个作用的耦合。
2008, 25(1): 17-22.
摘要:
以石蜡为相变物质, 聚乙烯醇为纤维基材, 采用湿法复合纺丝法制得石蜡质量分数为 30 %的相变储能纤维。采用扫描电子显微镜、 广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪表征了纤维的结构以及相变储能性。结果表明, 石蜡/聚乙烯醇纤维缩醛化后, 石蜡以岛相分散于纤维基体海相中, 结晶含量占储能纤维的34 %。储能纤维干热拉伸倍数为2～4倍时, 热效率变化为81. 9 %～71. 2 % , 并且洗涤 25 次之后, 控温性能仍然良好。石蜡/聚乙烯醇储能纤维的线密度、强度与初始模量分别为 0. 62～0. 32 tex、28. 1～66. 2 N/tex、373～794 N/tex,水中软化点达108℃, 满足服用纤维的要求。
以石蜡为相变物质, 聚乙烯醇为纤维基材, 采用湿法复合纺丝法制得石蜡质量分数为 30 %的相变储能纤维。采用扫描电子显微镜、 广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪表征了纤维的结构以及相变储能性。结果表明, 石蜡/聚乙烯醇纤维缩醛化后, 石蜡以岛相分散于纤维基体海相中, 结晶含量占储能纤维的34 %。储能纤维干热拉伸倍数为2～4倍时, 热效率变化为81. 9 %～71. 2 % , 并且洗涤 25 次之后, 控温性能仍然良好。石蜡/聚乙烯醇储能纤维的线密度、强度与初始模量分别为 0. 62～0. 32 tex、28. 1～66. 2 N/tex、373～794 N/tex,水中软化点达108℃, 满足服用纤维的要求。
2008, 25(1): 23-27.
摘要:
导弹舱段构件尺寸较大且内部结构复杂, 无法通过传统树脂传递模塑 (Resin transfer molding, RTM)工艺一次整体成型。本文中利用气囊辅助RTM工艺成功整体成型了导弹舱段, 该工艺无需金属芯模, 模具轻便,充压气囊对构件压实效果显著。研究结果表明, 气囊辅助RTM工艺成型的舱段性能较传统RTM工艺成型的舱段有明显提高, 试样纤维体积分数达到了61% , 拉伸强度和弯曲强度分别比传统RTM工艺制备的同种试样提高了25%和26%, 舱段构件的整体极限轴压载荷与极限弯曲载荷分别达到指标值的130%和132%。
导弹舱段构件尺寸较大且内部结构复杂, 无法通过传统树脂传递模塑 (Resin transfer molding, RTM)工艺一次整体成型。本文中利用气囊辅助RTM工艺成功整体成型了导弹舱段, 该工艺无需金属芯模, 模具轻便,充压气囊对构件压实效果显著。研究结果表明, 气囊辅助RTM工艺成型的舱段性能较传统RTM工艺成型的舱段有明显提高, 试样纤维体积分数达到了61% , 拉伸强度和弯曲强度分别比传统RTM工艺制备的同种试样提高了25%和26%, 舱段构件的整体极限轴压载荷与极限弯曲载荷分别达到指标值的130%和132%。
2008, 25(1): 28-34.
摘要:
以PBO纤维为基体, 采用浸渍涂覆法在PBO纤维表面包覆纳米TiO2膜 , 采用化学镀法将Cu沉积到纳米TiO2膜表面 , 制备了Cu/ n-TiO2/PBO复合纤维, 研究了影响纳米TiO2沉积速率和Cu 沉积速率的主要因素。结果表明, 纳米TiO2与偶联剂的浓度配比是影响纳米TiO2包膜形成的主要因素, 当纳米TiO2与偶联剂浓度配比为1：1. 2时 , 制备的 n-TiO2/PBO复合纤维界面结合力较好, 且纳米TiO2包覆层比较均匀。影响化学镀铜的主要因素有镀液成分、反应时间和反应温度。在镀液成分的浓度配比为 CuSO4·5H2O 12 g ·L-1 、KNaC4H4 O6 8 g·L-1、HCHO 6 mL ·L-1 和 NaOH 10 g·L-1, 反应温度 50℃, 镀铜时间 20 min的条件下, 制备了负载均匀, 界面结合力较好的Cu/ n-TiO2/PBO复合纤维。
以PBO纤维为基体, 采用浸渍涂覆法在PBO纤维表面包覆纳米TiO2膜 , 采用化学镀法将Cu沉积到纳米TiO2膜表面 , 制备了Cu/ n-TiO2/PBO复合纤维, 研究了影响纳米TiO2沉积速率和Cu 沉积速率的主要因素。结果表明, 纳米TiO2与偶联剂的浓度配比是影响纳米TiO2包膜形成的主要因素, 当纳米TiO2与偶联剂浓度配比为1：1. 2时 , 制备的 n-TiO2/PBO复合纤维界面结合力较好, 且纳米TiO2包覆层比较均匀。影响化学镀铜的主要因素有镀液成分、反应时间和反应温度。在镀液成分的浓度配比为 CuSO4·5H2O 12 g ·L-1 、KNaC4H4 O6 8 g·L-1、HCHO 6 mL ·L-1 和 NaOH 10 g·L-1, 反应温度 50℃, 镀铜时间 20 min的条件下, 制备了负载均匀, 界面结合力较好的Cu/ n-TiO2/PBO复合纤维。
2008, 25(1): 35-39.
摘要:
采用熔融共混法制备了膨胀石墨 ( EG) /聚酯 ( PET) 导电复合材料。利用扫描电镜及电导率测试等研究了复合材料的制备方法对其结构形态和导电性能的影响。结果表明, EG与聚合物基体间的相互作用和机械剪切力使PET分子能够进入EG的片层和孔隙中 , 促进了导电网络的形成, 导致EG/PET复合材料具有较低的逾渗值, 仅为3. 14 %。环氧树脂 ( ER) 与EG间的强相互作用使其易于对EG插层和剥离, 使ER-EG/PET体系的逾渗值进一步降低到1. 80 %。运用统计逾渗理论分析了材料的导电机制。发现复合材料电导率的各向异性、复杂的微观结构以及在高于逾渗值仍存在隧道导电是临界指数高于普适值的主要原因。
采用熔融共混法制备了膨胀石墨 ( EG) /聚酯 ( PET) 导电复合材料。利用扫描电镜及电导率测试等研究了复合材料的制备方法对其结构形态和导电性能的影响。结果表明, EG与聚合物基体间的相互作用和机械剪切力使PET分子能够进入EG的片层和孔隙中 , 促进了导电网络的形成, 导致EG/PET复合材料具有较低的逾渗值, 仅为3. 14 %。环氧树脂 ( ER) 与EG间的强相互作用使其易于对EG插层和剥离, 使ER-EG/PET体系的逾渗值进一步降低到1. 80 %。运用统计逾渗理论分析了材料的导电机制。发现复合材料电导率的各向异性、复杂的微观结构以及在高于逾渗值仍存在隧道导电是临界指数高于普适值的主要原因。
2008, 25(1): 40-45.
摘要:
利用聚丙烯及苎麻布作原料、马来酸酐接枝聚丙烯 (MAPP) 作界面增容剂, 采用模压工艺, 在175℃, 5、10、15及20 MPa四种压力下成型复合材料, 研究了MAPP质量分数、苎麻布质量分数及成型压力对复合材料力学性能的影响。复合材料的拉伸强度和弯曲强度在MAPP加入量为 3 %和 5 %时分别达最大值 46.72 MPa和 68. 43 MPa , 较无MAPP的复合材料的强度值分别提高 50. 95 %和 61. 81 %; 拉伸模量及弯曲模量因使用MAPP而增加, 但拉伸断裂伸长率却会下降。随着苎麻布质量分数增加, 复合材料拉伸强度、 拉伸模量、弯曲模量均逐渐增加; 苎麻布质量分数10 %、20 %的复合材料在较低的压力 (5、10 MPa) 下成型时 , 其拉伸强度和弯曲强度值相对更高, 当苎麻布质量分数超过20 %后, 成型压力对力学性能的影响无明显的规律。
利用聚丙烯及苎麻布作原料、马来酸酐接枝聚丙烯 (MAPP) 作界面增容剂, 采用模压工艺, 在175℃, 5、10、15及20 MPa四种压力下成型复合材料, 研究了MAPP质量分数、苎麻布质量分数及成型压力对复合材料力学性能的影响。复合材料的拉伸强度和弯曲强度在MAPP加入量为 3 %和 5 %时分别达最大值 46.72 MPa和 68. 43 MPa , 较无MAPP的复合材料的强度值分别提高 50. 95 %和 61. 81 %; 拉伸模量及弯曲模量因使用MAPP而增加, 但拉伸断裂伸长率却会下降。随着苎麻布质量分数增加, 复合材料拉伸强度、 拉伸模量、弯曲模量均逐渐增加; 苎麻布质量分数10 %、20 %的复合材料在较低的压力 (5、10 MPa) 下成型时 , 其拉伸强度和弯曲强度值相对更高, 当苎麻布质量分数超过20 %后, 成型压力对力学性能的影响无明显的规律。
2008, 25(1): 46-51.
摘要:
为了对GFRP (玻璃纤维增强塑料) 拉挤成型非稳态温度场与固化度进行数值模拟, 依据固化动力学和非稳态导热理论, 建立了温度场和固化度动力学模型。通过 DSC试验分析确定了模型中固化度动力学参数。利用有限元与有限差分相结合的方法, 建立温度场和固化度数值模型, 应用Euler-Cauch逐步迭代法实现计算机解耦。利用有限元软件FEPG编制拉挤固化模拟程序, 详细探讨了模具温度、拉挤速度、初始温度等拉挤工艺参数对模具内温度和固化度分布的影响。数值模拟值与FBG光栅测量值比较结果吻合, 能够对拉挤工艺参数制定提供有用的信息, 以指导拉挤工艺制定。
为了对GFRP (玻璃纤维增强塑料) 拉挤成型非稳态温度场与固化度进行数值模拟, 依据固化动力学和非稳态导热理论, 建立了温度场和固化度动力学模型。通过 DSC试验分析确定了模型中固化度动力学参数。利用有限元与有限差分相结合的方法, 建立温度场和固化度数值模型, 应用Euler-Cauch逐步迭代法实现计算机解耦。利用有限元软件FEPG编制拉挤固化模拟程序, 详细探讨了模具温度、拉挤速度、初始温度等拉挤工艺参数对模具内温度和固化度分布的影响。数值模拟值与FBG光栅测量值比较结果吻合, 能够对拉挤工艺参数制定提供有用的信息, 以指导拉挤工艺制定。
2008, 25(1): 52-58.
摘要:
基于静电相互作用, 从苯胺单体出发原位聚合、现场掺杂、层-层自组装制备多层聚苯乙烯磺酸钠(PSS)/聚苯胺 (PANI) 复合膜。为了明确控制PSS/PANI复合膜纳米结构的因素, 以紫外-可见(UV-Vis) 光谱跟踪PSS/PANI复合膜的成膜过程, 系统地研究了基片性质、氧化剂用量及沉积时间等溶液因素对单个双层复合膜纳米结构的影响, 得到了制备单个双层复合膜的较优条件。在此基础上变换苯胺单体浓度, 制备了不同纳米结构的多层复合膜(PSS/PANI)n, 并用原子力显微镜(AFM) 、扫描电镜(SEM) 及椭偏仪等对该多层复合薄膜的形貌结构进行了表征。结果表明, 通过控制沉积条件, 每双层复合膜的厚度可控制在40～100 nm, 电导率可达12. 675 mS·cm-1, 并且可制备增长均匀的8 个双层的(PSS/PANI)8复合膜。热失重分析(TGA) 表明, (PSS/PANI)n多层复合膜的热稳定性优于普通PSS/ PANI复合膜。
基于静电相互作用, 从苯胺单体出发原位聚合、现场掺杂、层-层自组装制备多层聚苯乙烯磺酸钠(PSS)/聚苯胺 (PANI) 复合膜。为了明确控制PSS/PANI复合膜纳米结构的因素, 以紫外-可见(UV-Vis) 光谱跟踪PSS/PANI复合膜的成膜过程, 系统地研究了基片性质、氧化剂用量及沉积时间等溶液因素对单个双层复合膜纳米结构的影响, 得到了制备单个双层复合膜的较优条件。在此基础上变换苯胺单体浓度, 制备了不同纳米结构的多层复合膜(PSS/PANI)n, 并用原子力显微镜(AFM) 、扫描电镜(SEM) 及椭偏仪等对该多层复合薄膜的形貌结构进行了表征。结果表明, 通过控制沉积条件, 每双层复合膜的厚度可控制在40～100 nm, 电导率可达12. 675 mS·cm-1, 并且可制备增长均匀的8 个双层的(PSS/PANI)8复合膜。热失重分析(TGA) 表明, (PSS/PANI)n多层复合膜的热稳定性优于普通PSS/ PANI复合膜。
2008, 25(1): 59-63.
摘要:
采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂, 可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。通过XPS、AFM、SEM和层间剪切强度等方法, 研究了不同浓度的酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度、炭纤维表面元素和化学键组成的影响, 以及炭纤维增强环氧树脂复合材料断面微观形貌的变化。XPS和AFM分析结果表明酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应, 而且酚醛树脂处理剂浓度越高, 和炭纤维表面发生反应的基团也越多, 表面越光滑平整, SEM和层间剪切强度研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善, 而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。
采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂, 可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。通过XPS、AFM、SEM和层间剪切强度等方法, 研究了不同浓度的酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度、炭纤维表面元素和化学键组成的影响, 以及炭纤维增强环氧树脂复合材料断面微观形貌的变化。XPS和AFM分析结果表明酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应, 而且酚醛树脂处理剂浓度越高, 和炭纤维表面发生反应的基团也越多, 表面越光滑平整, SEM和层间剪切强度研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善, 而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。
2008, 25(1): 64-68.
摘要:
采用注塑方法制备了多孔纳米磷灰石/聚酰胺-6 (n-HA/PA-6) 复合材料, 采用SEM、XRD、IR、力学性能测试考察了多孔材料的性能。结果发现: 多孔纳米磷灰石/聚酰胺-6复合材料的孔隙分布均匀, 贯通性良好, 孔的尺寸约为100～700 μm, 平均孔径约300～500 μm, 大孔壁上有丰富的微孔; 所得多孔复合材料的孔隙率可控, 总孔隙率最高可达881 6 %; 多孔材料的总孔隙率降低, 则开孔率随之降低; 多孔纳米磷灰石/聚酰胺-6 复合材料的抗压强度为1. 1～15. 6 MPa, 压缩模量为0. 4～1. 4 GPa; 在总孔隙率相近的条件下, 多孔材料的抗压强度随n-HA质量分数增加而升高; 发泡剂和发泡过程对组成纳米磷灰石/聚酰胺-6复合材料的两组元材料的性质和结构无影响。这种多孔材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。
采用注塑方法制备了多孔纳米磷灰石/聚酰胺-6 (n-HA/PA-6) 复合材料, 采用SEM、XRD、IR、力学性能测试考察了多孔材料的性能。结果发现: 多孔纳米磷灰石/聚酰胺-6复合材料的孔隙分布均匀, 贯通性良好, 孔的尺寸约为100～700 μm, 平均孔径约300～500 μm, 大孔壁上有丰富的微孔; 所得多孔复合材料的孔隙率可控, 总孔隙率最高可达881 6 %; 多孔材料的总孔隙率降低, 则开孔率随之降低; 多孔纳米磷灰石/聚酰胺-6 复合材料的抗压强度为1. 1～15. 6 MPa, 压缩模量为0. 4～1. 4 GPa; 在总孔隙率相近的条件下, 多孔材料的抗压强度随n-HA质量分数增加而升高; 发泡剂和发泡过程对组成纳米磷灰石/聚酰胺-6复合材料的两组元材料的性质和结构无影响。这种多孔材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。
2008, 25(1): 69-74.
摘要:
利用低频振荡、冻融法制得果胶/聚乙烯醇复合(CoPP) 水凝胶, 采用红外光谱仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电镜, 表征其结构; 观察CoPP水凝胶的溶胀性能, 并探讨扩散模式及溶胀动力学。结果表明: CoPP水凝胶是一种多孔材料、有两个结晶区, 脱水后可再次水合、溶胀; 水分子以菲克扩散模式渗入CoPP水凝胶, CoPP水凝胶的溶胀速率常数、溶胀平衡时的质量溶胀率(197. 38 %～252. 49 %) 、体积溶胀率(241.47 %～308. 93 %), 均大于聚乙烯醇(PVA) 水凝胶。因此, CoPP水凝胶具有溶胀快和溶胀率大等特点, 可减小人工髓核假体植入时的尺寸, 利于微创手术植入。
利用低频振荡、冻融法制得果胶/聚乙烯醇复合(CoPP) 水凝胶, 采用红外光谱仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电镜, 表征其结构; 观察CoPP水凝胶的溶胀性能, 并探讨扩散模式及溶胀动力学。结果表明: CoPP水凝胶是一种多孔材料、有两个结晶区, 脱水后可再次水合、溶胀; 水分子以菲克扩散模式渗入CoPP水凝胶, CoPP水凝胶的溶胀速率常数、溶胀平衡时的质量溶胀率(197. 38 %～252. 49 %) 、体积溶胀率(241.47 %～308. 93 %), 均大于聚乙烯醇(PVA) 水凝胶。因此, CoPP水凝胶具有溶胀快和溶胀率大等特点, 可减小人工髓核假体植入时的尺寸, 利于微创手术植入。
2008, 25(1): 75-79.
摘要:
采用干法混炼工艺制备了CG混合纤维 (炭纤维和玻璃纤维) /橡胶复合材料, 并在热模拟实验机上测定其蠕变曲线和应力松弛曲线, 对其黏弹性进行了研究。结果表明: 当CG混合纤维体积分数小于15 %时, 可提高橡胶的抗蠕变和抗应力松弛性能; 而当CG混合纤维体积分数大于15 %时, 抗蠕变和抗应力松弛性能开始下降。理论推导表明: CG混合纤维/橡胶复合材料的蠕变与应力松弛在数值上互为倒数关系。
采用干法混炼工艺制备了CG混合纤维 (炭纤维和玻璃纤维) /橡胶复合材料, 并在热模拟实验机上测定其蠕变曲线和应力松弛曲线, 对其黏弹性进行了研究。结果表明: 当CG混合纤维体积分数小于15 %时, 可提高橡胶的抗蠕变和抗应力松弛性能; 而当CG混合纤维体积分数大于15 %时, 抗蠕变和抗应力松弛性能开始下降。理论推导表明: CG混合纤维/橡胶复合材料的蠕变与应力松弛在数值上互为倒数关系。
2008, 25(1): 80-83.
摘要:
竹质工程材料是利用性能优良、可迅速再生的竹子为原料制造而成。主要的产品有: 竹集成材、竹层积材和分级竹丝复合材料。在竹子生长、采集、加工、制造、使用和产品的废弃过程中, 消耗能源少, 无污染, 是一种高性能的环保材料。与其它工程材料相比较, 其最大的不足在于材料的均齐性。需要采用多种方法提高材料的均齐性, 包括竹材的分级、规则化的加工、浸胶、定向预压、铺层组坯等工艺技术, 以及采用规范的质量控制和检验方法, 才能制造出符合要求的工程材料。其物理和力学性能良好, 可广泛用于风轮叶片、船舶等领域。
竹质工程材料是利用性能优良、可迅速再生的竹子为原料制造而成。主要的产品有: 竹集成材、竹层积材和分级竹丝复合材料。在竹子生长、采集、加工、制造、使用和产品的废弃过程中, 消耗能源少, 无污染, 是一种高性能的环保材料。与其它工程材料相比较, 其最大的不足在于材料的均齐性。需要采用多种方法提高材料的均齐性, 包括竹材的分级、规则化的加工、浸胶、定向预压、铺层组坯等工艺技术, 以及采用规范的质量控制和检验方法, 才能制造出符合要求的工程材料。其物理和力学性能良好, 可广泛用于风轮叶片、船舶等领域。
2008, 25(1): 84-87.
摘要:
竹子是性能最好的生物质材料之一, 其生长迅速、材料来源广泛, 成本低廉。竹材的结构是由竹纤维为主组成维管束, 维管束和薄壁细胞组成竹材。维管束在竹青一侧分布密集, 选择竹青片为原料可制作高性能的竹丝。竹丝的均齐性好, 具有良好的静态、抗冲击和抗疲劳性能。采用浸胶和预压方法制作预压料, 经过预压料的铺层, 热压压制, 可制成性能优良的分级竹丝复合材料。该材料的性能可达到或超过玻璃钢, 用于风轮叶片和船舶等重要工程。
竹子是性能最好的生物质材料之一, 其生长迅速、材料来源广泛, 成本低廉。竹材的结构是由竹纤维为主组成维管束, 维管束和薄壁细胞组成竹材。维管束在竹青一侧分布密集, 选择竹青片为原料可制作高性能的竹丝。竹丝的均齐性好, 具有良好的静态、抗冲击和抗疲劳性能。采用浸胶和预压方法制作预压料, 经过预压料的铺层, 热压压制, 可制成性能优良的分级竹丝复合材料。该材料的性能可达到或超过玻璃钢, 用于风轮叶片和船舶等重要工程。
2008, 25(1): 88-93.
摘要:
利用高分辩透射电子显微镜研究挤压铸造法制备的亚微米Al2O3颗粒增强Al 基复合材料的界面微观结构。结果表明: Al基体的 (200) 和 (111) 面优先沿Al2O3颗粒表面生长, 在复合材料界面处Al 基体与Al2O3颗粒具有 Al (200) ∥ Al2O3 (101 2) 、Al [011 ] ∥ Al2O3 [0221 ] 的晶体学位向关系并形成半共格界面, 且界面存在Al (111) ∥ Al2O3( 1120) 的共格关系。界面干净无任何反应物。接近界面的Al 基体中出现了柏氏矢量为b= 1/ 3 [ 111 ] 弗兰克不全刃位错, 该刃位错引起界面附近基体中明显的晶格应变场, 位错周围晶格变形场的范围约为20～30 层原子面宽度, 而在Al2O3颗粒靠近界面的区域中未观察到位错等缺陷。并从晶体学角度对界面的形成机制进行了分析。
利用高分辩透射电子显微镜研究挤压铸造法制备的亚微米Al2O3颗粒增强Al 基复合材料的界面微观结构。结果表明: Al基体的 (200) 和 (111) 面优先沿Al2O3颗粒表面生长, 在复合材料界面处Al 基体与Al2O3颗粒具有 Al (200) ∥ Al2O3 (101 2) 、Al [011 ] ∥ Al2O3 [0221 ] 的晶体学位向关系并形成半共格界面, 且界面存在Al (111) ∥ Al2O3( 1120) 的共格关系。界面干净无任何反应物。接近界面的Al 基体中出现了柏氏矢量为b= 1/ 3 [ 111 ] 弗兰克不全刃位错, 该刃位错引起界面附近基体中明显的晶格应变场, 位错周围晶格变形场的范围约为20～30 层原子面宽度, 而在Al2O3颗粒靠近界面的区域中未观察到位错等缺陷。并从晶体学角度对界面的形成机制进行了分析。
2008, 25(1): 94-99.
摘要:
为获得好的强韧化效果, 提出了适合碳纳米管强韧化陶瓷基复合材料的嵌入型显微结构模型, 应用杂凝聚法, 分别采用单壁、多壁及定向碳纳米管复合, 制备了具有该种结构特征的复合材料。对比研究了上述三种CNTs/ Al2O3 复合材料显微结构的差异及对复合材料性能的影响。结果表明, 碳纳米管种类、形态及分散性对嵌入型显微结构的形成有影响, 细且直的单壁碳纳米管有利于形成嵌入型显微结构。
为获得好的强韧化效果, 提出了适合碳纳米管强韧化陶瓷基复合材料的嵌入型显微结构模型, 应用杂凝聚法, 分别采用单壁、多壁及定向碳纳米管复合, 制备了具有该种结构特征的复合材料。对比研究了上述三种CNTs/ Al2O3 复合材料显微结构的差异及对复合材料性能的影响。结果表明, 碳纳米管种类、形态及分散性对嵌入型显微结构的形成有影响, 细且直的单壁碳纳米管有利于形成嵌入型显微结构。
2008, 25(1): 100-104.
摘要:
通过均匀沉淀法，将NiO 复合于玻璃微球表面，制备了纳米NiO/玻璃微球复合粒子。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM) 结果表明，经过共沉积后，在玻璃微球表面生成一层具有面心结构的NiO 层，晶粒尺寸大约为14 nm，这些纳米NiO粒子以丝状胶连的形式附着于玻璃微球表面形成镀层。能谱分析(EDS) 结果显示，纳米NiO粒子在玻璃微球表面形成了分布均匀的镀层。傅立叶变换红外光谱仪(FTIR) 表明，所制得的纳米NiO/玻璃微球复合粒子在近红外和远红外波段都表现出良好的红外吸收特性。
通过均匀沉淀法，将NiO 复合于玻璃微球表面，制备了纳米NiO/玻璃微球复合粒子。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM) 结果表明，经过共沉积后，在玻璃微球表面生成一层具有面心结构的NiO 层，晶粒尺寸大约为14 nm，这些纳米NiO粒子以丝状胶连的形式附着于玻璃微球表面形成镀层。能谱分析(EDS) 结果显示，纳米NiO粒子在玻璃微球表面形成了分布均匀的镀层。傅立叶变换红外光谱仪(FTIR) 表明，所制得的纳米NiO/玻璃微球复合粒子在近红外和远红外波段都表现出良好的红外吸收特性。
2008, 25(1): 105-111.
摘要:
通过TG/DSC和高温XRD对石英纤维的高温相转变行为进行了研究，通过高分辨SEM对经不同温度处理过的石英纤维的表面形貌进行了研究，并用抗拉强度实验机测量了这些石英纤维的抗拉强度。研究结果表明，低于1000℃ 处理的石英纤维热损伤可分为两个阶段： (1) 在低于600℃的热处理温度范围内，由于石英纤维表面处理剂的挥发 , 石英纤维直径逐渐减小，原来表面的裂纹、条状和圆形凸起等缺陷逐渐显露出来，导致石英纤维抗拉强度缓慢降低；(2) 在600～1000℃ 的热处理温度范围内 , 石英纤维表面处理剂挥发完毕，在热处理的升降温过程中，由于热应力的作用，表面的条状和圆形凸起开始剥落，造成一定数量的新的表面裂口和裂纹缺陷。温度越高，石英纤维表面的条状和圆形凸起剥落现象越明显，这是造成这一温度条件下石英纤维强度显著降低的主要因素之一。此外，结合TG/DSC和XRD的研究结果，石英纤维低于1000℃热处理后，虽然没有明显的相变化，但是晶体结构有序化程度提高，表面开始析出α-方石英并导致纤维表面形成一定数量的凸起缺陷，这也是导致高温处理后石英纤维热损伤的原因之一。
通过TG/DSC和高温XRD对石英纤维的高温相转变行为进行了研究，通过高分辨SEM对经不同温度处理过的石英纤维的表面形貌进行了研究，并用抗拉强度实验机测量了这些石英纤维的抗拉强度。研究结果表明，低于1000℃ 处理的石英纤维热损伤可分为两个阶段： (1) 在低于600℃的热处理温度范围内，由于石英纤维表面处理剂的挥发 , 石英纤维直径逐渐减小，原来表面的裂纹、条状和圆形凸起等缺陷逐渐显露出来，导致石英纤维抗拉强度缓慢降低；(2) 在600～1000℃ 的热处理温度范围内 , 石英纤维表面处理剂挥发完毕，在热处理的升降温过程中，由于热应力的作用，表面的条状和圆形凸起开始剥落，造成一定数量的新的表面裂口和裂纹缺陷。温度越高，石英纤维表面的条状和圆形凸起剥落现象越明显，这是造成这一温度条件下石英纤维强度显著降低的主要因素之一。此外，结合TG/DSC和XRD的研究结果，石英纤维低于1000℃热处理后，虽然没有明显的相变化，但是晶体结构有序化程度提高，表面开始析出α-方石英并导致纤维表面形成一定数量的凸起缺陷，这也是导致高温处理后石英纤维热损伤的原因之一。
2008, 25(1): 112-118.
摘要:
以 123型水泥基压电复合材料作为传感元件制备了水泥基压电复合材料传感器。研究了水泥基压电复合材料传感器的频率响应、 线性性能以及应用于混凝土后的传感性能。结果表明: 当加载频率小于 5 Hz时 , 所有载荷下传感器输出电压的幅值均增大 , 但当加载频率大于 5 Hz时 , 所有载荷下传感器输出电压的幅值几乎与输入载荷频率无关 ; 传感器的输出电压幅值和输入载荷幅值之间存在明显的线性关系。水泥基压电传感器在实际混凝土结构中具有良好的传感特性 , 其输出电压与复杂载荷、 随机载荷和脉冲载荷均呈现明显的一一对应关系 ,且与输入载荷基本同步 , 不存在滞后现象 , 试验输出电压值与理论输出电压值也非常吻合。该传感器非常适合于土木工程结构的健康监测。
以 123型水泥基压电复合材料作为传感元件制备了水泥基压电复合材料传感器。研究了水泥基压电复合材料传感器的频率响应、 线性性能以及应用于混凝土后的传感性能。结果表明: 当加载频率小于 5 Hz时 , 所有载荷下传感器输出电压的幅值均增大 , 但当加载频率大于 5 Hz时 , 所有载荷下传感器输出电压的幅值几乎与输入载荷频率无关 ; 传感器的输出电压幅值和输入载荷幅值之间存在明显的线性关系。水泥基压电传感器在实际混凝土结构中具有良好的传感特性 , 其输出电压与复杂载荷、 随机载荷和脉冲载荷均呈现明显的一一对应关系 ,且与输入载荷基本同步 , 不存在滞后现象 , 试验输出电压值与理论输出电压值也非常吻合。该传感器非常适合于土木工程结构的健康监测。
2008, 25(1): 119-126.
摘要:
利用拉拔试验对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)带肋筋与混凝土的粘结性能进行试验研究，并对筋的肋参数进行优化。自行设计了 30种不同肋参数的GFRP带肋筋，试验变量包括筋直径、肋高度和肋间距。在此基础上，制作了90个标准拉拔试件，分别测试了 GFRP带肋筋的粘结强度和加载端滑移，得到了相应的粘结-滑移曲线；根据肋参数的优化准则对各种GFRP带肋筋的粘结-滑移曲线进行分析，确定GFRP带肋筋的最佳肋参数。试验结果表明：肋参数对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著；GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍，最佳肋高度为筋直径的6 %，即最佳肋高度与最佳肋间距的比值为0.06。
利用拉拔试验对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)带肋筋与混凝土的粘结性能进行试验研究，并对筋的肋参数进行优化。自行设计了 30种不同肋参数的GFRP带肋筋，试验变量包括筋直径、肋高度和肋间距。在此基础上，制作了90个标准拉拔试件，分别测试了 GFRP带肋筋的粘结强度和加载端滑移，得到了相应的粘结-滑移曲线；根据肋参数的优化准则对各种GFRP带肋筋的粘结-滑移曲线进行分析，确定GFRP带肋筋的最佳肋参数。试验结果表明：肋参数对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著；GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍，最佳肋高度为筋直径的6 %，即最佳肋高度与最佳肋间距的比值为0.06。
2008, 25(1): 127-132.
摘要:
研究了多种缝合方向、 搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响 , 并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明: 缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比 ,拉伸强度下降了 25 %～50 % , 初始模量下降了 35 %～55 %; 搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大 , 拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征 , 当搭接长度与试件宽度的比值在 2. 5 左右时 , 试件的拉伸性能较好 ,与未缝合的三维整体编织试件相比 , 仅下降了 25 %; 相对而言 , 中密度缝合试件的拉伸性能最优 ; 缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。
研究了多种缝合方向、 搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响 , 并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明: 缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比 ,拉伸强度下降了 25 %～50 % , 初始模量下降了 35 %～55 %; 搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大 , 拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征 , 当搭接长度与试件宽度的比值在 2. 5 左右时 , 试件的拉伸性能较好 ,与未缝合的三维整体编织试件相比 , 仅下降了 25 %; 相对而言 , 中密度缝合试件的拉伸性能最优 ; 缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。
2008, 25(1): 133-139.
摘要:
针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。
针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。
2008, 25(1): 140-146.
摘要:
对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验 , 以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、 背面基体裂纹长度、 损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上 , 建立了复合材料低速冲击后剩余强度估算的一种椭圆形弹性核模型。该模型将冲击损伤等效为一刚度折减的椭圆形弹性核 , 采用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元分析含损伤层合板的应力应变状态 ,并应用点应力判据预测层板的压缩(或压、 剪)剩余强度。理论分析与试验结果对比表明 , 该模型简单有效。
对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验 , 以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、 背面基体裂纹长度、 损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上 , 建立了复合材料低速冲击后剩余强度估算的一种椭圆形弹性核模型。该模型将冲击损伤等效为一刚度折减的椭圆形弹性核 , 采用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元分析含损伤层合板的应力应变状态 ,并应用点应力判据预测层板的压缩(或压、 剪)剩余强度。理论分析与试验结果对比表明 , 该模型简单有效。
2008, 25(1): 147-152.
摘要:
二维多孔材料存在一个易于流动的方向并具有较大的面密度 , 因此在具有良好的比刚度和比强度的同时也具有良好的散热性能 , 研究强迫对流下的散热性能对其多功能化设计具有重要意义。本文中利用数值方法求解考虑二维多孔材料内部流体流动规律、 热传导和对流换热影响的流固耦合热传输问题 , 分析了多孔率和微结构尺寸对散热性能的影响并进行了最优参数设计 ; 通过分析比较 5种具有典型微结构形式的二维多孔材料的散热性能 , 给出了微结构形式对散热性能的影响。提出了以需要满足的散热性能为约束条件 , 以满足需求的设计参数的可调范围(设计参数的允许变化范围)为设计目标的最优散热结构设计理念。以此理念得到的设计结果 , 更有利于根据其他性能的要求对材料进行多功能化设计。分析表明 , 具有正六边形微结构的二维多孔材料的散热性能最优 , 并有利于实现轻质多功能化设计。
二维多孔材料存在一个易于流动的方向并具有较大的面密度 , 因此在具有良好的比刚度和比强度的同时也具有良好的散热性能 , 研究强迫对流下的散热性能对其多功能化设计具有重要意义。本文中利用数值方法求解考虑二维多孔材料内部流体流动规律、 热传导和对流换热影响的流固耦合热传输问题 , 分析了多孔率和微结构尺寸对散热性能的影响并进行了最优参数设计 ; 通过分析比较 5种具有典型微结构形式的二维多孔材料的散热性能 , 给出了微结构形式对散热性能的影响。提出了以需要满足的散热性能为约束条件 , 以满足需求的设计参数的可调范围(设计参数的允许变化范围)为设计目标的最优散热结构设计理念。以此理念得到的设计结果 , 更有利于根据其他性能的要求对材料进行多功能化设计。分析表明 , 具有正六边形微结构的二维多孔材料的散热性能最优 , 并有利于实现轻质多功能化设计。
2008, 25(1): 153-160.
摘要:
在细观有限元模型基础上 , 利用 ABAQUS有限元程序对具有不同颗粒形状(球形、 立方体、 短棱柱和短圆柱)的 SiC P/ 6061Al 合金复合材料的单调拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟 , 讨论颗粒形状对复合材料棘轮行为的影响。 结果表明: 颗粒形状对复合材料的弹性模量、 单拉行为和单轴棘轮行为均有较大影响。 在所讨论的几种颗粒形状中 , 球形颗粒的增强效果最弱 , 抵抗棘轮变形的能力最差 ; 不同短棱柱颗粒的增强效果与其拥有的棱边数有关 , 即五棱柱颗粒的增强效果最好 , 然后随棱边数的增加逐渐下降 , 最后接近于短圆柱形颗粒。通过有限元分析结果讨论了不同颗粒形状下基体的细观塑性变形特征及其演化规律 , 这些结果有助于分析该类复合材料损伤和失效机制。
在细观有限元模型基础上 , 利用 ABAQUS有限元程序对具有不同颗粒形状(球形、 立方体、 短棱柱和短圆柱)的 SiC P/ 6061Al 合金复合材料的单调拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟 , 讨论颗粒形状对复合材料棘轮行为的影响。 结果表明: 颗粒形状对复合材料的弹性模量、 单拉行为和单轴棘轮行为均有较大影响。 在所讨论的几种颗粒形状中 , 球形颗粒的增强效果最弱 , 抵抗棘轮变形的能力最差 ; 不同短棱柱颗粒的增强效果与其拥有的棱边数有关 , 即五棱柱颗粒的增强效果最好 , 然后随棱边数的增加逐渐下降 , 最后接近于短圆柱形颗粒。通过有限元分析结果讨论了不同颗粒形状下基体的细观塑性变形特征及其演化规律 , 这些结果有助于分析该类复合材料损伤和失效机制。
2008, 25(1): 161-167.
摘要:
复合材料正弦波形梁作为复合材料结构2功能一体化的典型构件 , 在结构高强、 高刚和稳定的前提下 ,其压溃峰值应力和稳态损毁吸能行为是设计结构件的关键性能指标 , 而这两个指标与梁的引发机制密切相关。本文中设计了根部打孔削弱机制、 根部预埋倒角机制、 根部非对称梯度削弱和根部对称梯度削弱机制等 3 种不同引发机制 , 通过对正弦波形梁的静态压溃实验及对压溃梁的宏观和微观形貌分析 , 发现引发机制对正弦波形梁的失效引发和稳态损毁模式影响很大 , 根部预埋倒角正弦波形梁的失效引发和稳态损毁吸能效果最好。
复合材料正弦波形梁作为复合材料结构2功能一体化的典型构件 , 在结构高强、 高刚和稳定的前提下 ,其压溃峰值应力和稳态损毁吸能行为是设计结构件的关键性能指标 , 而这两个指标与梁的引发机制密切相关。本文中设计了根部打孔削弱机制、 根部预埋倒角机制、 根部非对称梯度削弱和根部对称梯度削弱机制等 3 种不同引发机制 , 通过对正弦波形梁的静态压溃实验及对压溃梁的宏观和微观形貌分析 , 发现引发机制对正弦波形梁的失效引发和稳态损毁模式影响很大 , 根部预埋倒角正弦波形梁的失效引发和稳态损毁吸能效果最好。
2008, 25(1): 168-172.
摘要:
采用共固化工艺制备了以丁腈橡胶为黏弹性阻尼层的复合材料 , 应用动态机械分析仪(DMA)测定了该材料损耗因子的温度谱 , 并对不同温度环境下该材料的阻尼性能和阻尼机制进行了分析。结果表明 : 当温度处于阻尼层玻璃态和高弹态区时 , 共固化复合材料损耗因子较小且随温度变化不大 ; 当温度处于阻尼层黏流态区时 ,共固化复合材料的损耗因子迅速增加到最大值后变小 , 最大损耗因子为 19. 2 % , 约为未插入黏弹阻尼层复合材料的 13倍; 共固化过程中阻尼层损耗因子的减小 , 使共固化复合材料的阻尼性能降低 , 并在阻尼层的黏流态区其损耗因子明显小于预报结果 ; 界面阻尼的影响提高了共固化复合材料的阻尼性能 , 并在阻尼层的玻璃态区其损耗因子大于预报结果。
采用共固化工艺制备了以丁腈橡胶为黏弹性阻尼层的复合材料 , 应用动态机械分析仪(DMA)测定了该材料损耗因子的温度谱 , 并对不同温度环境下该材料的阻尼性能和阻尼机制进行了分析。结果表明 : 当温度处于阻尼层玻璃态和高弹态区时 , 共固化复合材料损耗因子较小且随温度变化不大 ; 当温度处于阻尼层黏流态区时 ,共固化复合材料的损耗因子迅速增加到最大值后变小 , 最大损耗因子为 19. 2 % , 约为未插入黏弹阻尼层复合材料的 13倍; 共固化过程中阻尼层损耗因子的减小 , 使共固化复合材料的阻尼性能降低 , 并在阻尼层的黏流态区其损耗因子明显小于预报结果 ; 界面阻尼的影响提高了共固化复合材料的阻尼性能 , 并在阻尼层的玻璃态区其损耗因子大于预报结果。
2008, 25(1): 173-179.
摘要:
基于时间增量原理 , 推导了层合板接头疲劳加载累积损伤应力2应变分析的虚功方程。同时 , 引入Hashin三维疲劳失效准则进行材料的损伤判定 , 并结合建立的疲劳加载材料退化模型、 4种基本损伤机制相互关联作用的材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据 , 建立了层合板接头疲劳载荷作用下三维累积损伤分析的寿命预测方法。最后 , 对层合板接头拉2拉疲劳载荷作用下的损伤累积扩展与失效规律进行了仿真分析 , 并与试验结果进行了对比 , 结果表明 : 本文中建立的寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。
基于时间增量原理 , 推导了层合板接头疲劳加载累积损伤应力2应变分析的虚功方程。同时 , 引入Hashin三维疲劳失效准则进行材料的损伤判定 , 并结合建立的疲劳加载材料退化模型、 4种基本损伤机制相互关联作用的材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据 , 建立了层合板接头疲劳载荷作用下三维累积损伤分析的寿命预测方法。最后 , 对层合板接头拉2拉疲劳载荷作用下的损伤累积扩展与失效规律进行了仿真分析 , 并与试验结果进行了对比 , 结果表明 : 本文中建立的寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。
2008, 25(1): 180-191.
摘要:
对受拉表面粘贴纤维增强复合材料( Fibre reinforced polymer/ plastic , FRP)或钢板的抗弯加固钢筋混凝土(Reinforced concrete , RC)梁的板端剥离破坏承载力进行了较为细致的研究。在分析关键参数、 试验数据及现
有计算模型的基础上 , 提出了一个简单、 合理的板端剥离破坏承载力计算新模型。该模型首先给出板端位于纯弯
区的弯曲剥离和板端位于弯矩为零或接近于零的主剪区的剪切剥离的承载力计算公式 , 进而采用简洁的相关曲线
确定板端在弯2剪共同作用区的剥离承载力。新模型通过包含未加固梁的抗剪承载力和几个物理意义明确的重要
参数 , 充分反映了抗弯加固梁的剥离破坏机制 , 与试验结果吻合良好 , 使用方便 , 可供制订规范和实际加固工程
设计时参考应用。
对受拉表面粘贴纤维增强复合材料( Fibre reinforced polymer/ plastic , FRP)或钢板的抗弯加固钢筋混凝土(Reinforced concrete , RC)梁的板端剥离破坏承载力进行了较为细致的研究。在分析关键参数、 试验数据及现
有计算模型的基础上 , 提出了一个简单、 合理的板端剥离破坏承载力计算新模型。该模型首先给出板端位于纯弯
区的弯曲剥离和板端位于弯矩为零或接近于零的主剪区的剪切剥离的承载力计算公式 , 进而采用简洁的相关曲线
确定板端在弯2剪共同作用区的剥离承载力。新模型通过包含未加固梁的抗剪承载力和几个物理意义明确的重要
参数 , 充分反映了抗弯加固梁的剥离破坏机制 , 与试验结果吻合良好 , 使用方便 , 可供制订规范和实际加固工程
设计时参考应用。
2008, 25(1): 192-195.
摘要:
提出适用于多目标最优化问题的自适应加权系数算法 , 将其应用于周期性两相材料微结构拓扑优化。以具有一定体积分数实体材料和对称性的单胞微结构作为优化对象。将单胞经有限元划分 , 应用均匀化方法计算单胞的等效弹性模量。以材料的等效弹性模量作为目标函数 , 以单胞各单元的相对密度作为设计变量 , 并引入SIMP单元刚度插值格式对中间密度单元进行惩罚。在迭代过程中 , 根据目标函数的变化 , 自适应调节加权系数 ,以保证各个分目标在目标函数中的比重。应用自适应加权系数算法 , 对单胞等效弹性模量设定不同的加权系数组合 , 得到了不同的单胞微结构拓扑。数值算例验证了所提出的自适应加权系数算法可以有效地求解复合材料微结构多目标拓扑优化问题。
提出适用于多目标最优化问题的自适应加权系数算法 , 将其应用于周期性两相材料微结构拓扑优化。以具有一定体积分数实体材料和对称性的单胞微结构作为优化对象。将单胞经有限元划分 , 应用均匀化方法计算单胞的等效弹性模量。以材料的等效弹性模量作为目标函数 , 以单胞各单元的相对密度作为设计变量 , 并引入SIMP单元刚度插值格式对中间密度单元进行惩罚。在迭代过程中 , 根据目标函数的变化 , 自适应调节加权系数 ,以保证各个分目标在目标函数中的比重。应用自适应加权系数算法 , 对单胞等效弹性模量设定不同的加权系数组合 , 得到了不同的单胞微结构拓扑。数值算例验证了所提出的自适应加权系数算法可以有效地求解复合材料微结构多目标拓扑优化问题。
2008, 25(1): 196-199.
摘要:
对上下壁板采用非均衡铺层的大展弦比复合材料机翼进行了气动弹性分析。建立了不同掠角和壁板铺层非均衡程度的气动弹性模型 , 并考虑了壁板铺层非均衡程度的变化。分析了严重载荷情况下 , 机翼变形、 升力特性弹性修正等随壁板铺层非均衡程度的变化 , 并分析了固有振动特性和发散/颤振速度随壁板铺层非均衡程度的变化趋势 , 以期为进行这类结构的设计提供参考。研究结果表明 : 壁板铺层的非均衡程度对于所研究机翼的固有振动频率、 颤振速度影响较小 , 但对发散速度和机翼的静气动弹性性能影响较大。
对上下壁板采用非均衡铺层的大展弦比复合材料机翼进行了气动弹性分析。建立了不同掠角和壁板铺层非均衡程度的气动弹性模型 , 并考虑了壁板铺层非均衡程度的变化。分析了严重载荷情况下 , 机翼变形、 升力特性弹性修正等随壁板铺层非均衡程度的变化 , 并分析了固有振动特性和发散/颤振速度随壁板铺层非均衡程度的变化趋势 , 以期为进行这类结构的设计提供参考。研究结果表明 : 壁板铺层的非均衡程度对于所研究机翼的固有振动频率、 颤振速度影响较小 , 但对发散速度和机翼的静气动弹性性能影响较大。
2008, 25(1): 200-204.
摘要:
对复合材料前掠翼的亚临界发散试验和模型设计技术进行研究。采用测量结构应变的 Southwell 亚临界发散试验技术 , 对两个大展弦比复合材料机翼进行发散动压的亚临界预测。在亚临界风洞试验前进行了发散动压的计算 , 其后特别进行了临界发散风洞试验 , 以对 Southwell 亚临界发散预测方法进行验证。计算结果和临界试验结果均表明 , 利用 Southwell 亚临界发散试验技术进行大展弦比复合材料机翼发散动压的预测能够取得较好的效果。该亚临界方法可以推广到高速模型发散试验和飞行试验。同时也验证了模型发散速度随着前掠角的增大而减小的结论。
对复合材料前掠翼的亚临界发散试验和模型设计技术进行研究。采用测量结构应变的 Southwell 亚临界发散试验技术 , 对两个大展弦比复合材料机翼进行发散动压的亚临界预测。在亚临界风洞试验前进行了发散动压的计算 , 其后特别进行了临界发散风洞试验 , 以对 Southwell 亚临界发散预测方法进行验证。计算结果和临界试验结果均表明 , 利用 Southwell 亚临界发散试验技术进行大展弦比复合材料机翼发散动压的预测能够取得较好的效果。该亚临界方法可以推广到高速模型发散试验和飞行试验。同时也验证了模型发散速度随着前掠角的增大而减小的结论。
