AZ91镁合金及其Al_2O_3纤维-石墨颗粒混杂增强复合材料的滑动摩擦磨损性能研究

利用挤压铸造法制备了单一Al2O3短纤维增强及Al2O3短纤维-石墨(Gr)颗粒混杂增强AZ91镁合金复合材料,考察了镁合金及其复合材料的滑动摩擦磨损性能.结果表明,复合材料的耐磨性能优于基体合金,其中单一Al2O3短纤维增强复合材料的耐磨性能更优,而混杂Gr颗粒的复合材料在磨损表面不能形成自润滑薄膜,故不能改善镁基复合材料在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损性能.基体合金和单一Al2O3短纤维增强复合材料的主要磨损机制为犁削磨损,而Al2O3-Gr颗粒混杂增强复合材料的主要磨损机制为犁削和剥层破坏.

游艇用碳纤-玻纤混杂增强复合材料耐盐雾性能研究及寿命预测

制备游艇用2597PT不饱和树脂/玻璃纤维/碳纤维复合材料,通过人工加速老化方法,对其进行盐雾老化实验,研究其在盐雾环境下性能演变规律,建立其对应的寿命模型并进行寿命预测。研究表明,盐雾老化50 d后,玻璃化转变温度上升14. 1℃,复合材料拉伸强度下降14. 6%,弯曲强度下降14. 5%,且随着盐雾老化时间的增加,复合材料力学性能逐渐降低,且在老化初期下降较为明显;在Gunyaev剩余强度理论的基础上,拟合得到其剩余弯曲强度公式为S=S0+17. 02 (1-e-2. 87t)-13. 55ln (1+2. 14t),相关系数R^2=0. 94;结合中国船级社《材料与焊接规范》要求,预测此材料在上述条件下可使用约1 000 d。

游艇用玻纤–碳纤混杂增强复合材料耐盐雾研究及寿命预测

制备游艇用玻纤–碳纤混杂增强2597PT不饱和树脂复合材料,应用人工加速老化方法,对其进行盐雾老化实验,研究其在三种盐雾条件下(盐度6%,温度50℃;盐度6%,温度25℃;盐度3%,温度50℃)的性能演变规律,建立其对应的寿命模型并进行寿命预测。研究表明:材料盐雾老化后与老化前相比,特征官能团的吸收峰位置未发生变化;随着老化时间的增加,材料力学性能均呈现下降的趋势,且在盐度6%,温度50℃条件下老化最为严重;在G.M. Gunyaev剩余强度理论基础上,采用origin对其进行非线性拟合,得到老化最严重的盐雾环境(即温度50℃、盐度6%)下材料剩余拉伸强度公式,相关系数R2=0.99,结合CCS《材料与焊接规范》 2018版要求,预测此材料在盐度6%,温度50℃条件下可安全使用约2 000 d。

游艇用碳纤-玻纤混杂增强复合材料加速老化性能研究及寿命预测

采用无碱玻璃纤维与碳纤维混杂增强2597PT不饱和树脂制备碳纤-玻纤混杂增强复合材料,结合游艇在海洋环境下的实际工况,通过人工加速老化方法,对其进行盐雾-紫外交变老化实验,研究其在此老化环境下的性能演变规律,建立寿命模型并进行寿命预测。研究表明:随着盐雾-紫外交变老化周期的增加,材料表面总色差逐渐变大,且表面黄变;复合材料力学性能逐渐降低,且在老化初期下降较为明显;在Gunyaev剩余强度理论的基础上,拟合得到其剩余拉伸强度公式为S=S0+14.13(1-e^(-0.61t))-9.16ln(1+2.49t),相关系数R^2=0.997;结合中国船级社《材料与焊接规范》要求,预测此材料在上述条件下可使用约30年。

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金(SMA)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强水泥基复合材料(SMA/PVA-ECC)的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明:SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料(ECC)试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.

原位混杂增强热塑性复合材料

提出原位混杂复合材料的结构模型，以聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）及聚碳酸酯（ＰＣ）为基体进行原位混杂复合．对所得的热致液晶聚合物（ＴＬＣＰ）微纤与宏观纤维混杂增强的ＴＬＣＰ／碳纤维（ＣＦ）／ＰＥＥＫ和ＴＬＣＰ／玻璃纤维（ＧＦ）／ＰＣ原位混杂复合材料的加工流变学、几何学与力学特性进行了研究．

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

铸造混杂增强金属基复合材料研究进展

对混杂增强金属基复合材料的铸造方法 ,常见的 4种增强体混杂类型 :连续纤维 /颗粒 (晶须 )、短纤维 (晶须 ) /短纤维、短纤维 (晶须 ) /颗粒、颗粒 /颗粒混杂增强金属基复合材料的基础研究现状进行了综述、分析和讨论 ,指出开发预制体制备方法 ,制备出增强体混杂均匀的预制体 。

混杂增强铝基复合材料的研究进展

从制备方法、力学性能、热物理性能、高温性能综述了国内外对混杂增强铝基复合材料的研究现状 。

三维混杂碳纤维/芳纶纤维增强尼龙复合材料力学性能研究

制备了三维混杂碳纤维 /芳纶纤维增强尼龙复合材料 (HY/PA)并对其力学性能进行了测试。研究表明 :由于芳纶纤维的加入 ,使碳纤维增强尼龙复合材料 (CF/PA)的抗冲击性能有了显著提高 ,HY/PA的抗冲击强度随芳纶纤维体积分数的增大而有所提高 ;另外 ,HY/PA在改善CF/PA的横向剪切强度的同时 ,也改善了芳纶纤维增强尼龙复合材料 (KF/PA)的纵向剪切强度 ;同时 ,混杂效应对HY/PA的弯曲性能的影响最为显著 ,HY/PA的弯曲强度、弯曲模量均高于任一种单一纤维复合材料。

PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗震性能试验研究

为抑制地震荷载作用下梁柱节点剪切裂缝的形成和梁纵向钢筋的滑移,提高梁柱节点抗震性能,采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料替代普通混凝土是可选措施之一。设计8个梁柱节点试件,其中6个试件采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料,2个对比试件分别采用单掺PVA纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土,进行拟静力试验以研究混杂纤维的掺加对梁柱节点抗震性能的影响。通过改变纤维掺量,在循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究其滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明:纤维的掺加可有效抑制梁柱节点剪切裂缝的形成与发展,显著提高梁柱节点的承载能力、延性及耗能能力;混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱节点在峰值荷载前后的抗震性能均优于单掺PVA纤维增强水泥基复合材料梁柱节点。

配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁弯剪性能试验研究及数值模拟

为改善普通混凝土梁的破坏形态,防止脆性破坏,提高承载力,采用特定掺量的PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料(HyFRCC)替代普通混凝土。共设计8根试验梁,包括6根配筋PVA-钢HyFRCC梁和2根普通钢筋混凝土梁,进行弯剪性能试验。受剪性能试验结果表明,与普通钢筋混凝土试验梁出现的剪压破坏不同,配筋PVA-钢HyFRCC试验梁均表现为弯曲破坏,这表明在同样条件下,PVA-钢HyFRCC可以改变梁的破坏模式,有效抑制剪切裂缝的形成和发展,使试验梁呈现多缝开裂的延性破坏。剪跨比对PVA-钢HyFRCC梁的承载能力和破坏模式有较大影响。箍筋间距减小到一定程度,试验梁的开裂荷载和极限荷载均有一定的提高。受弯性能试验结果表明,试验梁均发生弯曲破坏,配筋PVA-钢HyFRCC梁的承载能力和变形能力均较普通钢筋混凝土梁有明显的提高。采用有限元分析软件ABAQUS,将PVA-钢HyFRCC的应力-应变关系与混凝土损伤塑性模型结合,对配筋PVA-钢HyFRCC梁的性能进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

混杂纤维增强延性水泥基复合材料力学性能与裂宽控制

为实现纤维增强延性水泥基复合材料高强度与高延性的匹配,在原有材料体系中附加钢纤维,试验研究了混杂聚乙烯醇(PVA)/钢纤维增强延性水泥基复合材料的轴拉、抗压性能.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,混杂纤维增强延性水泥基复合材料开裂强度和抗拉强度不断提高,裂纹宽度显著降低,且钢纤维对高强基材的作用效果更加显著;当钢纤维掺量适量时,混杂纤维增强延性水泥基复合材料的极限拉应变得到有效提升,而钢纤维掺量对抗压性能的影响并不显著;PVA纤维和钢纤维混杂可获得高强度、高延性和低裂纹宽度的水泥基复合材料.

碳玻混杂纤维增强复合材料的拉-拉疲劳性能的研究

纤维混杂是一种实现纤维增强树脂基复合材料性能与价格平衡的有效策略,碳/玻混杂织物(GCHF)是典型的纤维混杂实例。复合材料的疲劳性能是工程化应用的必要考核指标。本文以风力发电叶片梁帽用复合材料为研究对象,制备了4种不同混杂比例的单向GCHF增强环氧树脂基复合材料,基于对其静态拉伸性能的研究,扩展到动态拉-拉疲劳(R=0.1)性能,并与纯玻纤和纯碳纤增强环氧树脂基复合材料作对比。实验数据表明,高周疲劳下,GCHF增强环氧树脂基复合材料的疲劳性能符合线性混合定律,但是低周疲劳下误差相对较大。为叶片设计选材提供了一种简便快速估算GCHF增强环氧树脂基复合材料疲劳性能的方法。

粉末冶金法制备CNT和SiC混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能

以7055Al为基体,通过粉末冶金法分别制备碳化硅(SiC)颗粒、碳纳米管(CNT)以及SiC和CNT混杂增强7055Al复合材料,并对三种复合材料的干滑动摩擦磨损行为进行研究。结果表明:随着载荷提高,复合材料磨损失重增加,摩擦因数略有降低。在0.5 MPa与1.0 MPa载荷条件下,SiC-CNT/7055Al复合材料磨损失重低于单一SiC/7055Al和单一CNT/7055Al复合材料。2.0 MPa时,SiC-CNT/7055Al复合材料磨损失重急剧增加。随着载荷提高,CNT/7055Al复合材料耐磨性逐渐增加,在中、高载荷下,材料具有更为优异的耐磨性。SiC/7055Al复合材料磨损量则随着载荷提高,磨损失重逐渐增加,当载荷为2.0 MPa时,材料磨损量增加幅度较小。

激光选区熔化成形TiB2与SiC颗粒混杂增强铝基复合材料的显微组织与力学性能

在AlSi10Mg合金雾化粉末中添加2%纳米TiB2颗粒和1%亚微米SiC颗粒(均为质量分数),通过低能球磨制备(TiB2+SiC)/AlSi10Mg复合粉末,并采用激光选区熔化(SLM)技术制备(TiB2+SiC)/AlSi10Mg复合材料。采用X射线衍射(XRD)、背散射电子衍射(EBSD)、扫描电镜(SEM)等手段对比研究(TiB2+SiC)/AlSi10Mg复合材料和AlSi10Mg合金的显微组织,并测定材料的拉伸性能。结果表明,(TiB2+SiC)/AlSi10Mg复合粉末的激光反射率低于AlSi10Mg合金粉末的激光反射率(分别为31%和46%),可在较低激光功率(240 W)下进行激光选区熔化成形制备性能优良的(TiB2+SiC)/AlSi10Mg复合材料。TiB2和SiC陶瓷增强颗粒均匀分布,无明显团聚,少量TiB2聚集长大至微米级。通过用(TiB2+SiC)颗粒混杂增强,AlSi10Mg合金的平均晶粒尺寸从7.88μm减小至2.48μm,晶粒组织由粗大柱状晶转变为细小等轴晶及少量短棒状晶,抗拉强度由453.1 MPa提高至509.8 MPa,伸长率从7.2%提高至10.6%。

基于ABAQUS的混杂纤维增强复合材料固化变形模拟

针对混杂纤维增强复合材料固化变形问题,以两种纤维增强双马树脂基复合材料为研究对象,建立了一种基于ABAQUS的混杂纤维增强复合材料固化变形预测模型。大尺寸(500 mm×500 mm)平板固化变形实验结果表明,建立的有限元数值模拟计算方法能够较准确的预测混杂纤维增强复合材料固化变形的变形趋势和最大变形量,最大变形量测算误差约为10%~15%。

混杂复合材料圆柱壳振动特性仿真研究

为了研究混杂纤维增强复合材料圆柱壳体的振动特性,基于有限元方法,建立混杂纤维增强复合材料圆柱壳体的数值模型。研究纤维混杂比例、边界条件、缠绕角、长径比L/R等参数与混杂纤维增强复合材料圆柱壳体的基频的关系。

原位反应剂质量分数对复合强化法制备混杂颗粒增强铝基复合材料的影响

采用纳米颗粒强化、热压强化等多种方式相结合的复合强化法,以Al-Si系合金为基体、纳米级CuO颗粒为原位反应剂,外加微米SiC颗粒制备多尺度混杂颗粒增强铝基复合材料,并对其组织形貌进行表征,研究CuO质量分数对其硬度和耐磨性的影响.结果表明:所得复合材料的组织为共晶组织(α+Si)+SiC颗粒+AlCu3颗粒,且随着CuO质量分数的增加,共晶组织的α晶粒和点状Si变得更加细小.当CuO质量分数为3.0%,即试样配方为3.0%CuO+15.0%SiC+82.0%Al-Si时,复合材料的硬度最大,为88.8 HB,比基体硬度(51.8 HB)提高了71.4%;同时,复合材料的磨损量最低,为0.0030 g,且耐磨性最好,相对耐磨性为2.93%,是基体耐磨性的2.93倍.