纤维增强复合材料柔性封堵结构分析与验证

变弯度机翼展向翼端面封堵结构对于提升可变体机翼的变形精度、防止气流分离重要作用。本文针对刚柔耦合变弯度前缘结构,提出了以纤维增强复合材料为壳体,填充弹性基柔性材料的柔性封堵结构设计方案,建立了有限元模型在结构载荷作用下对其力学性能、封堵性能进行分析,制备所设计的柔性封堵结构并对其进行了试验验证。结果表明:(1)柔性封堵结构仿真模拟结果符合实际变形情况,最大应力为412.96 MPa,最大应变为4.15%;沿机翼弦向方向的位移从固定端向前缘逐渐变大,最大位移为6.28 mm;(2)所制备的柔性封堵结构在进行初次压缩试验后,其载荷值随位移的变化近似线性变化,满足变弯度机翼前缘的变形需求。

柔性相变复合材料及其应用研究进展

柔性相变复合材料因其兼具优异的相变储能特性、耐受外力形变的柔性及与控温器件复合的可加工性,在智能材料开发中受到研究者的广泛关注。文中详述了通过聚合物网络共混、多孔骨架吸附及相变分子结构设计等3种支撑结构策略制备柔性相变复合材料的研究现状;总结了其在电池热管理器件、可穿戴电子器件和柔性传感器等领域的应用;最后,对柔性相变复合材料的研究重点和未来发展方向进行了展望。

柔性矿物复合材料多尺度结构设计及介电储能提升

由于柔性矿物复合材料优异的介电储能特性,其在介质电容器用复合材料薄膜领域受到越来越多的关注,主要用于混合动力汽车、柔性可穿戴设备等。本文主要围绕多尺度结构设计、介电性能提升等方面综述了国内外柔性矿物复合储能材料在多尺度结构设计下介电性能提升的研究进展。首先分析了柔性矿物复合材料的分类方法及柔性制备工艺;其次以体系的多尺度结构设计为主线,揭示了提高材料介电性能的微观机制;接着在介电性能提升方面围绕提升介电常数、提高击穿场强、降低介电损耗三方面综述了相关的调控策略;最后讨论了体系在高温环境下服役的温度稳定性等亟需解决的问题,同时对现阶段柔性矿物复合储能材料中的热点和发展趋势进行了总结和展望。

压电纤维复合材料的管道结构健康监测应用

管道实时结构健康监测对工程应用具有重要意义,压电纤维复合材料在与管道结构共形时保持压电阻抗特性,对管道结构进行健康监测。本文制备了压电纤维复合材料,研究了复合材料厚度对电阻抗特性的影响,厚度大于250μm时阻抗峰值下降50%。基于压电纤维复合材料进行了结构载荷监测应用验证,通过相关系数偏差值(R_(C))和均方根偏差(R_(M))方法对结构受到损伤时的压电纤维复合材料阻抗敏感特征进行量化,并基于无损状态建立了损伤阈值(U_(l))。当管道结构受到50 N载荷时,R_(C)指数达到0.51(U_(l)=0.005);螺栓结构松动50%时,R_M指数达到7.96(U_(l)=0.63)。结果表明,压电纤维复合材料可以对管道结构应力状态变化和螺栓松动进行灵敏响应,适用于管道等复杂曲面结构进行结构健康监测,应用前景广阔。

基于柔性复合材料面层的土钉墙支护应用研究

为解决钢筋混凝土面层土钉墙支护工期长、效益低、环境影响大等问题,对柔性复合材料面层土钉墙支护体系在实际工程中的应用进行了探讨。介绍了柔性复合材料支护结构的基本组成和原理,在实际项目应用中对结构稳定性、支护效果、支护效益等方面进行了验算和分析。该柔性复合材料支护结构能够满足基坑工程的技术要求,可以在一定条件下替代混凝土面层支护,具有施工简单、成本低廉、无需大型设备等优势,值得类似工程借鉴。

柔性导向三维正交结构复合材料预制体建模研究

针对碳纤维增强复合材料三维织物的表征问题,采用柔性导向三维织造技术,织造了三向正交结构复合材料预制体,根据织造工艺重复性与对称性的特点,建立了柔性导向三维正交结构预制体单元模型,并推导出织物单元体各向纤维体积含量的预测公式。然后,进行碳纤维预制体织造实验,织造了五组碳纤维三向正交结构织物,实测得到预制体中X/Y/Z三向纤维体积含量,并与建立的体积含量预测公式进行对比,证明了所建模型的适用性。最后分析了预制体纤维体积含量理论值与实测值产生偏差的原因,得出预制体中纤维束并非处于伸直状态等一系列结论。

纺织结构/STF柔性复合材料的机械防护性能

以纺织结构为增强体和剪切增稠液(STF)为基体制备的柔性复合材料为研究对象,综述了纺织结构/STF柔性复合材料在机械受力下的防护机理,分别介绍了织物结构、STF的流变性能及复合工艺等因素对机械防护性能的影响,对STF在柔性复合材料应用中目前存在的问题及应用前景进行了展望。为开发轻便、性能良好及舒适的柔性复合材料提供依据。

基于银/石墨烯纳米复合材料的柔性压力传感器——材料制备和微纳结构构建

柔性压力传感器是柔性可穿戴设备的核心部件,在医疗保健、运动健身、安全生产等领域极具应用潜力。二维材料石墨烯具有高载流子迁移率、超大比表面积和超高机械强度,被视为制备柔性压力传感器的优良敏感材料。然而石墨烯碎片引入晶界或堆叠等缺陷,用纯石墨烯制备柔性压力传感器存在灵敏度低、稳定性差、响应范围窄等问题。将零维银纳米颗粒或一维银纳米线与石墨烯构建复合材料,可有效跨越缺陷或搭接相邻片层,起到"桥梁"作用,石墨烯片层平铺到纳米银导电网络之间,起到"补丁"作用。本文综述了用于柔性电阻式压力传感器的银/石墨烯复合材料制备方法和工艺,并介绍了不同微纳结构的传感器构建方法。

基于高性能复合材料的安全岛柔性防撞结构建造技术

针对传统安全岛刚度过大、车辆和车内人员安全防护效果差、施工周期长等问题,研究了基于高性能复合材料的安全岛柔性防撞结构。以北京市某高速公路安全岛工程为例,详细论述了安全岛柔性防撞结构的性能、制作技术与施工工艺。该安全岛柔性防撞结构不仅具有轻质、高强、弯曲刚度大、抗冲击性好等优点,而且在实际应用中制作简单、施工快捷、性能优异、外形美观,能有效降低碰撞中车辆和安全岛的损伤,同时提高对车辆和车内人员安全的防护效果,因此适宜在实际应用中加以推广。

柔性导向三维织造复合材料预制体细观结构分析

针对柔性导向三维织造复合材料预制体的结构表征问题,对预制体的几何结构和纤维束细观形貌进行了研究。基于纤维截面为矩形、纤维处于伸直状态、预制体结构均匀一致、忽略边缘导向套与纤维的缠绕区域等基本假设,建立了预制体几何结构模型,并通过织造实验验证了模型的合理性。通过织造层致密化压实工艺,织造了纤维体积分数分别为44.1%、50.0%和52.5%的预制体,采用树脂转移模塑成型(RTM)技术制备了复合材料试样。将试样研磨抛光后置于显微镜下观测X/Y向纤维束沿Z向和轴向的截面细观形貌变化特征(将纤维与平面内X或Y向纤维之间正交铺设的夹层区域定义为A区域,将X向纤维和Y向纤维正交叠层区域定义为B区域)。结果表明,受不同压实载荷的影响,纤维体积分数高的预制体,A区域的X/Y向纤维束截面形貌更趋于矩形;B区域的X/Y向纤维束,在预制体纤维体积分数达到50%时,呈轻微的反半圆形状,纤维体积分数达到52.5%时,纤维束截面近似呈矩形;X/Y向纤维束沿轴向截面观测结果显示,在A区域和B区域的纤维束轴向截面形貌分别形成反鼓形和鼓形结构,沿着纤维束轴向交替重复出现,且随着压实载荷的增加,制件纤维体积分数提高,该特征更加明显。通过分析碳纤维预制体细观结构特征,得出宏观压实致密化程度对预制体细观结构的影响规律,为预测复合材料性能提供了参考。

结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆的设计

为了满足空间探测的需求,文章提出一种结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆设计。该伸杆以结构自身所包含的长通孔作为柔性关节,利用柔性关节的弯曲势能,实现其180°折叠展开功能。首先,研究影响该伸杆刚度和强度的主要设计参数,并综合考虑伸杆的制造工艺要求以及实际使用状态,确定了该伸杆的最终设计状态。然后,对该柔性伸杆的展开状态进行模态分析,并对其柔性关节进行折叠展开试验。最后,测量该柔性伸杆的重复折叠展开指向精度。模态分析结果表明:带探测计负载的伸杆展开状态的一阶频率为15. 80Hz,二阶频率为17. 22Hz,满足设计指标要求。折叠展开试验结果表明:伸杆柔性关节的折叠展开性能良好,满足设计要求。指向精度测量结果表明:伸杆重复折叠展开10次后,偏差角的6σ值为0. 00828,重复折叠展开指向精度较高,满足使用要求。结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆的结构设计方案合理可行,可适用于多种航天器及多类空间探测任务。

柔性薄木/纳米碳材料复合电极的微观结构与电导性能

【目的】基于木材天然的多孔性、亲水性以及优良机械性能,将薄木切片作为柔性的支撑材料和载体材料与2种纳米碳材料有机结合,制备一种新型柔性薄木/纳米碳材料复合电极,并对其微观结构与电导性能进行研究,为木材功能化和高附加值化提供一种新的研究方向。【方法】利用物理切片方式得到完整性和柔韧性良好的薄木切片,再将纳米碳材料氧化还原石墨烯(RGO)、羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT)逐层沉积到薄木表面,借助冷场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、四探针电阻率测试仪和电化学工作站等手段研究薄木/纳米碳材料复合电极的微观形貌、化学结构、电导性和电化学性能,重点探索纳米碳材料与薄木切片的附着机制和界面结合机制。【结果】RGO通过非共价π-π堆积在薄木表面形成褶皱状纳米薄膜结构,CMWCNT则呈不规则颗粒状形貌;横切面薄木/纳米碳材料复合电极呈多孔结构,而径、弦切面则为沟壑状结构。薄木沉积纳米碳材料前后表面化学元素无变化,依然为C(284 e V)、O(532 e V)峰,但C/O比例从1.84增加到5.51(RGO)和3.65(CMWCNT)。随着纳米碳材料沉积次数增加,薄木/RGO和薄木/CMWCNT复合电极的附着量和导电率均随之增大,而且在同一沉积次数下,前者的附着量和导电率略大于后者;当沉积次数达到19次时,RGO附着量可达0.68 mg·cm-2,相应的导电率为0.63 S·cm-1;CMWCNT附着量略低于RGO,为0.45 mg·cm-2,相应的导电率为0.50 S·cm-1;导电率与附着量具有良好的线性拟合性。2种柔性薄木/纳米碳材料复合电极在不同弯曲程度下电流基本保持平稳,表明弯曲应力对其电导性能影响很小。【结论】2种纳米碳材料在薄木表面逐层沉积形成纳米层,且与薄木有较强的附着力(氢键作用)。经过纳米碳材料沉积后,薄木表面化学元素C/O比例显著提高,附着量和导电率也随纳米碳材料沉积次数增加而增大。2种薄木/纳米碳材料复合电极柔性良好,且具有良好的弯曲电导稳定性,可作为柔性电极材料在柔性储能器件和柔性可穿戴设备等方面发挥潜在的应用价值。

柔性复合材料前掠翼飞机静气动弹性分析

本文作者计算分析的是柔性复合材料前掠翼概念机的静气动弹性特性。文中作者利用 NASTRAN计算了单独机翼的发散速度 ,并重点计算和分析了该机在亚音速情况下 ,飞行载荷和纵向静稳定性、操纵性导数分别随马赫数和动压变化的曲线。通过对比分析可以看出 :(1)相同高度下 ,随着马赫数的增加 ,刚体纵向静稳定性、操纵性导数和弹性纵向静稳定性、操纵性导数分别呈不同的变化趋势 ,且某些变化相差甚大 ;机翼剪力、弯矩和扭矩随翼展变化的曲线中 ,刚体部分所占的比例不断减小 ,弹性部分所占的比例不断增加 ;机翼的最大垂直挠度 (在翼尖前缘处 )和最大扭角 (在翼尖处 )略有增加。 (2 )相同马赫数下 ,随着动压的不断增加 ,刚体纵向静稳定性、操纵性导数保持不变 ,弹性纵向静稳定性、操纵性导数呈线性变化 ;机翼剪力、弯矩和扭矩随翼展变化的曲线中 ,也同样是刚体部分所占的比例不断减小 ,弹性部分所占的比例不断增加 ;机翼的最大垂直挠度 (在翼尖前缘处 )和最大扭角 (在翼尖处 )略有增加。 (3)使用复合材料剪裁技术可以适当减小机翼内洗 ,从而提高发散速度 。

经编预定向织物在柔性复合材料领域的优势

概述柔性复合材料的发展和应用情况,分析了经编预定向技术的特点及其在柔性复合材料领域的优势,重点介绍了经编预定向织物增强柔性复合材料的优良特性和应用前景。

大变形复合材料柔性梁静、动特性的试验研究

本文对两种铺层的复合材料柔性梁进行了静、动特性的试验研究，重点研究了挠度、结构耦合、梁的根部安装角等对变形、固有频率的影响。得出的结论有助于直升机旋翼桨叶的设计和发展。

复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响

采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物,其表面上具有倒金字塔微结构阵列,内部有SCF与CNT共同构成的导电通路.将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器.结果表明,压力作用下传感器内复制物和平整片之间的接触电阻因倒金字塔底棱的形变而显著降低.对使用柔软性较高的复合材料封装的传感器,虽然其相对迟滞稍大,但压力作用下倒金字塔底棱形变量较大,且复制物和平整片内导电通路增加量较大,因此其在0~2.5 kPa的线性区内具有较高的灵敏度(0.32 kPa^(‒1)).制备的2种传感器均具有快速响应特性,且能在500 s(约1580次)的循环压缩/释放测试(峰值压力约3 kPa)中保持较稳定的电阻响应.研究表明,利用模压成型的表面倒金字塔结构复合材料复制物封装成的柔性压力传感器具有良好的传感性能.

织物增强PVC压延类柔性复合材料的蠕变性能研究

对不同增强结构和不同载荷水平下的PVC压延类柔性复合材料进行了蠕变试验,研究了PVC压延类柔性复合材料的蠕变性能。试验结果表明,在同等载荷水平条件下机织物增强PVC压延类柔性复合材料的耐蠕变性能差于双轴向经编织物增强PVC压延类柔性复合材料,且材料所受载荷水平越高蠕变速率越大。

大展弦比复合材料机翼结构轻重量设计技术

长航时无人机普遍采用大展弦比柔性机翼,本文首先分析了大展弦比机翼的特点和结构设计的难点,然后从材料应用、先进设计方法、结构形式三个方面分析了结构轻重量设计的关键技术,为实际大展弦比无人机机翼结构的研制提供参考。

聚合物基石墨烯复合材料在柔性传感器领域的研究进展

石墨烯作为新一代二维碳纳米材料,具备卓越的机械性能和电学性能,是制备功能复合材料的理想增强材料。石墨烯通过与基体材料的结合可以有效地提升石墨烯复合材料的力学性能和导电性能,聚合物基石墨烯复合材料可以用于制备石墨烯柔性传感器,在复合材料结构健康监测和人体可穿戴设备方面具有广阔的应用前景。首先介绍聚合物基石墨烯复合材料的基本性能,在此基础上分析以其为基体的柔性传感器在材料结构健康监测和人体可穿戴设备方面的应用,报道石墨烯柔性传感器在监测复合材料应变以及人体生理运动信号方面取得的进展,并展望其未来的发展趋势。

高强柔性复合材料平板圆柱模板施工技术

传统的用于圆柱定型的钢模板体系、木模板、玻璃钢筒模模板体系多具有拼缝多、造价高等不足,给模板施工带来了难题。为此,以广州星河湾六期工程采用柔性复合材料平板圆柱模板技术进行施工为例,介绍了该模板具有接缝少、成本低及采用其施工应用的混凝土圆柱光洁度高等的优点。实践证明,采用该施工技术的混凝土成型质量较好,取得了较好的社会效益和经济效益。