智能型碳纤维复合材料筋材的制备及应变传感特性的研究

现有裸光纤光栅的应用方式主要为粘贴在受力筋、结构表面或者埋入混凝土,易受到混凝土振捣、泌水、离析、干缩等影响,导致其数据失常。为了对裸光纤光栅实施有效的保护,基于碳纤维复合材料筋材独特的拉挤成型工艺,在筋材的制备过程中预埋入裸光纤光栅,制备出智能型碳纤维复合材料筋材,并对其应变传感特性进行测试,探索将其应用于桥梁监测的可能性。试验结果表明:初次加载时,智能复合筋的应变传感灵敏度分别为1.05 pm/με、0.96 pm/με;重复加载后,应变传感灵敏度分别为1.12 pm/με、1.07 pm/με。初次加载与重复加载应变传感灵敏度仍然保持在1.0 pm/με左右,基本没有改变其应变传感特性。表明在碳纤维复合材料筋材中预埋入裸光纤光栅制备智能型复合筋实施监测是可行的,可将其应用于桥梁结构的监测中。

碳纤维增强复合材料筋对“弱柱节点”抗震性能的影响研究

为研究“弱柱节点”内置碳纤维增强复合材料(CFRP)筋对节点抗震性能的影响,设计并开展不同CFRP筋配筋率的两组“弱柱节点”双向等幅低周往复荷载试验,研究此类节点的破坏类级及破坏形式方面的差异。试验结果表明:内置CFRP筋的配筋率是影响“弱柱节点”破坏程度的重要因素;“弱柱节点”内置CFRP筋时,CFRP筋配筋量越大,节点的承载力不一定越高,CFRP筋配筋率较低且采用小直径CFRP筋时,节点的承载力和变形性能均有所提高;“弱柱节点”内置CFRP筋,需要控制CFRP用量在合适的范围内,才能更好地改善和提高“弱柱节点”的抗震性能,实现结构纠错、容错,降低“弱柱”造成的结构抗震性能影响。

玻璃与碳纤维混杂增强复合材料3D打印与实验

本研究基于热塑性材料熔融沉积成型工艺,研制了双喷头连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构增材制造平台,制备了不同混杂比的纤维增强热塑性复合材料结构试件,分析了不同结构试件的弯曲力学性能与失效模式,探索了嵌入碳纤维智能层的混杂纤维增强热塑性复合材料的力阻行为。结果表明:比较纯热塑性材料结构件,玻璃纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了115.99%,碳纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了198.76%;玻璃纤维与碳纤维混杂增强复合材料结构件具有负弯曲强度混杂效应和正弯曲模量混杂效应。可根据碳纤维电阻相对变化率对混杂增强复合材料结构的应变与断裂破坏状态进行实时自感知。研究结果为连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构件的高质高效制造与智能化提供了新工艺与新思路。

纤维增强复合材料(FRP)配筋混凝土结构研究综述

新型建材纤维增强复合材料(FRP)具有高抗拉强度、低密度和耐腐蚀性能优良等特性,是一种具有巨大潜力的工程材料。如今,传统的钢筋混凝土结构面临钢筋易锈蚀的问题,给社会造成了较大的经济损失,维护和修复成本高昂。通过在特定环境中将钢筋替换为FRP筋,不仅能够有效解决钢筋混凝土结构的耐久性问题,而且能够进一步优化其工作性能,延长使用寿命,降低维护成本。首先简述了FRP筋混凝土结构的国内外研究进展,随后对FRP筋、FRP筋混凝土及预应力FRP筋混凝土结构的特性进行了阐述,最后对FRP筋混凝土结构的重要发展问题进行了总结,并对其未来的发展前景进行了展望。

连续碳纤维/环氧树脂基复合材料增材制造设备研制

课题利用连续碳纤维与环氧树脂原位浸渍的方法,设计出原位碳纤维增强环氧树脂复合材料增材制造设备。采用龙门架结构作为移动机构,铺丝头承担碳纤维预浸丝的铺放动作。由于设备的结构设计以及其重要机构的强度对设备的铺放精度有着巨大的影响,所以要对铺放设备的关键受力零部件进行静力学分析,确保其设计强度满足设备正常工况下的运行。实验结果表明,设备结构满足设计要求,可以完成正常工况下的碳纤维预浸带精准铺放。

碳纤维增强金属基复合材料的研究进展

从界面调控和制备方法两方面综述了碳纤维增强金属基复合材料的研究进展,前者包括碳纤维表面改性和金属基体合金化,后者除了粉末冶金、扩散粘结、搅拌铸造、挤压铸造、真空压力浸渗等传统方法外,还涉及增材制造技术在此领域的应用。基于平面流动铸造法,笔者提出了采用流铸印刷法制备金属基复合材料的新技术,并介绍了一些试验结果。此外,还对碳纤维增强金属基复合材料的发展提出了建议。

碳纤维复合材料筋的研制与性能研究

综述了碳纤维复合材料筋在国内外土木工程中的应用现状,研究了树脂基碳纤维拉挤复合材料筋的结构及性能,表明由于碳纤维筋中碳纤维突出的单向力学性能和树脂基材优良的耐腐蚀性能,将成为土木工程领域的新材料。随着碳纤维树脂基复合材料向基础设施领域应用的进展和碳纤维拉挤复合材料筋材的国产化研制和生产,该材料将广泛应用于混凝土结构领域。

碳纤维复合材料筋在不同锚固填料中的锚固性能试验研究

为了分析对比不同锚固填料的锚固效果,需要寻求一种更好的粘结介质以提高CFRP筋粘结式锚具的锚固性能。本文主要针对环氧树脂型锚固填料,采用四种不同环氧型锚固填料,对不同长度和锥段倾角的锚具进行灌锚,并进行了静载拉伸试验研究。试验结果表明:1采用Lica型建筑粘结胶对CFRP筋进行锚固,锚固长度至少需要达到50倍筋材直径;2Wirelock在固化过程中发生了收缩,不可用于直筒型锚具,当锚具内壁有了3°锥角后,Wirelock可以锚固住碳纤维复合材料筋;3冷铸填料高温固化过程中容易导致筋材的强度下降至原有强度的78.87%左右;4环氧树脂砂浆用于锚固碳纤维复合材料筋材,锚固长度需要达到40倍筋材直径;5相同条件下,四种锚固胶在锚具内部的变形程度为Lica型建筑粘结胶最大,环氧树脂砂浆次之,然后是冷铸填料,Wirelock钢丝绳胶水的变形程度最小。

复合理论预测国产碳纤维复合材料筋拉伸强度的离散性研究

采用经典复合材料混合率公式[σ]=σfVf+σm(1-Vf)预测国产碳纤维复合材料(CFRP)筋拉伸强度与实测值存在较大误差。本文通过大量实验分析,分别研究复合材料界面粘结性不同,碳纤维、树脂力学性能、体积含量不同,以及复合材料宏观尺寸、形貌差异等对国产CFRP筋拉伸强度及其预测值的离散性影响规律,并对影响因素进行评价。综合试验数据,提出CFRP筋轴向拉伸强度混合率公式修正因子。

碳纤维增强复合材料筋海洋环境耐久性能研究进展

碳纤维增强复合材料(CFRP)筋作为新型结构工程材料,具有轻质、高强、耐腐蚀等优异性能,可有效替代钢筋,在海洋等腐蚀环境应用前景广阔。介绍了现阶段国内外围绕CFRP材料海洋环境耐久性的研究进展,详细整理分析了CFRP筋耐久性影响机理、耐久性预测模型、CFRP筋混凝土结构耐久性评价等方面可借鉴研究成果,对CFRP筋海洋环境的深入研究发展提出了建议。

改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3mm、黏结长度为250mm、夹片长度为100mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。

碳纤维复合材料层合板压延筋设计与优化

为满足结构轻量化的需求,碳纤维复合材料的使用越来越普及,综合采用轻量化材料和结构优化设计技术,提出一种碳纤维复合材料层合板压延筋设计方法。新型结构在考虑复合材料结构模具成型方式的前提下,利用形貌优化设计方法在复合材料层合板成型过程中布置类似压延筋结构,以提高层合板结构刚度和稳定性,然后通过碳纤维层合板的优化设计,提高结构整体刚度,降低层合板质量。结果表明,新型层合板结构使平板整体刚度增加了97.84%,提升效果明显,压延筋结构形式在层合板中的应用效果显著。

碳纤维复合材料拉索锚固系统力学行为研究进展

对CFRP筋材锚固系统力学性能的研究进展进行了综述。重点介绍了近几年该领域的研究成果,其中包括试验研究和数值仿真研究。对当前研究进展进行了评述并给出了一些观点:指出夹片锚不能充分发挥CFRP筋材的强度,提出建立逐渐损伤强度分析方法,对夹片部位筋材的逐渐损伤破坏过程与强度进行分析预测;为了加速推广CFRP筋材的工程应用,需要对CFRP筋锚固系统的疲劳性能与应力松弛性能开展深入研究;提出了一种新型CFRP拉索结构,更有利于CFRP拉索的锚固与盘卷。最后对CFRP拉索在应用中有待于解决的一些问题进行了展望。

基于增材制造的碳纤维/高分子复合材料研究现状

介绍了碳纤维对高分子材料改性的基本原理以及碳纤维表面处理的相关技术,并列举了近几年来采用激光烧结和熔融沉积等增材制造技术制备碳纤维/高分子复合材料的研究进展,最后对碳纤维在增材制造材料领域未来的发展进行了展望。

碳纤维复合材料在桥梁工程中的应用及其前景

碳纤维复合材料 (CFRP)在桥梁工程中的应用 ,是目前国际土木工程领域研究开发的一个热点。本文在简述CFRP复合材料的特性和国内外的发展情况的基础上 ,介绍了CFRP力筋在混凝土桥中的应用情况及其对既有桥梁的加固。最后 。

连续碳纤维增强金属基复合材料研究进展及展望

连续碳纤维增强金属基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗拉伸等优良的综合性能,在新材料领域发展迅速,应用广阔。本文对连续碳纤维增强镁基、铝基、镍基、铜基复合材料的研究进展进行了综述,指出了目前各自存在的最主要问题是界面问题并对关键技术难点给出相应的研究思路,如可以从纤维涂层研究、纤维与基体界面反应等方面入手,以及加强该领域复合材料损伤机理研究。提出激光增材制造连续碳纤维增强金属基复合材料的工艺新思路,并进行了工艺研究现状论述和初步实验探索。最后指出先进制造技术对比传统工艺,在降低复合材料制备成本、改善界面强度、增加零件结构复杂度方面具有优势。

3D打印碳纤维增强塑料及复合材料的增材制造与应用

当前，新能源、新材料、3D打印技术、智能制造装备、生物技术等高科技正在一些重要领域发生革命性突破，正在引发新一轮的产业转型与变革。3D打印技术是将新材料技术、数字化制造技术和智能化制造技术植入产品设计、开发及制造，使产品的功能得到极大丰富，并在网络、云计算、大数据等先进技术强有力地支持下，通过开放、共用的互联互通网络平台，单件小批量定制化的生产制造逐渐取代大批量流水线生产制造；重复和一般技能劳动制造将不断被智能化装备和先进的生产制造方式所替代。

转移法金属化技术在树脂基碳纤维复合材料天线上的应用

主要讨论了复合材料天线反射面的转移法金属化技术。通过对转移法金属化工艺的研究，成功实现了 大型树脂基碳纤维复合材料天线反射面的金属化。表面金属层与基材结合牢固，表面平整光滑。

熔融沉积增材制造成形碳纤维复合材料的力学性能

采用CF/PLA复合材料,应用熔融沉积成形(FDM)工艺制备了拉伸、弯曲、冲击试件,与纯PLA试件、注塑PLA试件、注塑CF/PLA试件、ABS试件,进行了单轴拉伸、三点弯曲和冲击实验。研究了各个试件的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度,得到了拉伸应力—应变曲线和弯曲载荷—位移曲线。结果表明:应用FDM工艺成形的CF/PLA复合材料具有较好的力学性能,其抗拉强度是纯PLA试件的1.27倍,注塑PLA的1.04倍,最大弯曲载荷、弯曲强度和弯曲模量,分别是纯PLA试件的122.10%、133.33%和156.44%;冲击强度比纯PLA增加15.84%,比注塑PLA提高9.95%,但断裂伸长率下降。

增材制造连续碳纤维增强金属基复合材料性能

采用增材制造工艺方法进行具有高比强度、密度小等优良性能连续碳纤维增强金属基复合材料的直接制备。研究了连续碳纤维表面改性、路径搭接率、打印喷头温度、基板温度、打印速度等过程处理方法及工艺参数对所制备金属基复合材料抗拉强度的影响。研究结果表明,对连续碳纤维原材料实施表面改性处理,可以实现制备过程中熔融金属基体与连续碳纤维之间的良好浸润复合,以提高复合材料的抗拉强度;增大路径搭接率,可以有效提高增材制造复合材料内部纤维的体积占比,从而增大其抗拉强度;升高打印喷头温度、基板温度、打印速度,可以减小熔融金属表面张力,提高其流动性,并有利于沉积层间实现良好重熔,从而有效避免在已沉积层表面裂纹处和路径搭接区凹坑处形成气孔缺陷,进一步提升复合材料的抗拉强度。