玄武岩-芳纶和玄武岩-碳混杂纤维增强复合材料片材的疲劳性能(英文)

为了研究玄武岩-芳纶和玄武岩-碳混杂纤维增强复合材料(FRP)片材的疲劳破坏形态和疲劳寿命规律,进行了2种混杂比(1∶1和2∶1)的片材试件在0.6～0.95应力水平下的疲劳试验.试验结果表明,对于混杂比为1∶1的试件即B1A1和B1C1,碳纤维或芳纶纤维先发生断裂;对于混杂比为2∶1的试件即B2A1和B2C1,玄武岩纤维先发生断裂.混杂片材的疲劳寿命随碳纤维或芳纶纤维含量的提高而提高,碳纤维含量的提高对其疲劳性能的影响更显著.B2A1的疲劳性能相对较差,B1C1和B2C1的疲劳性能相对较好.最后,提出一种新的双变量双拐点疲劳刚度退化模型,同时适用于多种纤维混杂片材和单种纤维片材.

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。

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。

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%.

不同含水状态下喷射型PP-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料性能研究

一些建筑结构长期工作在水环境中,处于不同含水状态,含水混凝土的抗压力学性能与干燥混凝土相比有较大的改变,这可能会对结构安全性造成一定的影响。与此同时将纤维增强水泥基复合材料(ECC)用于建筑结构已成为研究热点。因此主要研究不同含水状态下PP-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料性能差异的研究。开展了4种含水状态下PP-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)单轴压缩试验,结合扫描电镜、X射线衍射和核磁共振试验研究其性能和破坏特征。结果表明:HFRCC的吸水量时程曲线呈指数函数增长,前0.5 h内快速增长,0.5~204 h内,增长速率逐渐降低,204~276 h内增长速率基本为0,开始趋于稳定;随着试件含水量增加,抗压强度、峰值应变和压缩韧性值均呈下降趋势,相反弹性模量呈上升趋势;典型破坏过程可看成裂而不散的延性破坏,大多为伴随着大量微裂纹的单剪面或共轭双剪面的拉剪破坏。

层内混杂纤维增强复合材料力学性能理论研究

层内混杂纤维增强复合材料是一种新型的复合材料,具有优异的力学性能。在层内混杂纤维增强复合材料的理论研究中,人们对混杂效应形成的原因及影响因素做了大量工作,但其混杂形式多样,混杂效应产生的原因也较为复杂,尚无较为成熟的理论解释和公认的力学模型,且没有能够达到指导工程设计施工的水平。因此,在对已有研究成果总结的基础上,对混杂效应的产生机理进行了详细分析,提出了反映层内混杂纤维增强复合材料混杂效应的力学性能的理论模型和计算方法,并通过试验论证了公式的有效性。研究成果可为混杂纤维增强复合材料的工程应用提供设计指导。

剑麻纤维/玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料的结构与性能

采用熔融共混和模压成型方法将废剑麻纤维(SF)和玻璃纤维(GF)混杂增强聚丙烯(PP)制备SF/GF/PP木塑复合材料。研究复合材料力学性能、热性能、晶型结构和微观结构,探讨混杂纤维增强基体树脂的界面行为。结果表明:所制得复合材料的冲击强度、弯曲强度和弯曲模量都有不同程度的提高。同时,热稳定性、PP相的结晶速率及结晶度也有所提高,晶态结构无变化,仍是典型的α晶型。

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.

混杂纤维增强PA66复合材料扶正器的研究

采用注塑工艺制备了碳纤维(CF)/玻璃纤维(GF)混杂增强尼龙66(PA66)复合材料,并在模拟高含水及高腐蚀两种井况下分别进行摩擦磨损、线胀系数对比和冲击试验,最终筛选了15%CF/20%GF和20%CF/20%GF两种混杂纤维增强PA66,制成了新型油井用扶正器,利用扫描电子显微镜对材料的磨擦表面及冲击断口进行了观察与分析。结果表明,在高含水的稀油井中,适合使用15%CF/20%GF增强PA66扶正器;在高含水的稠油井中,由于井下温度较高,20%CF/20%GF增强PA66扶正器与15%CF/20%GF增强PA66扶正器相比,尺寸稳定性更好,耐磨性更高,因此适合该类油井。

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。

混杂纤维增强水泥基复合材料的疲劳损伤模型

研究了碳纤维、聚丙烯纤维增强混杂纤维混凝土（ＣＰＨＦＲＣ）材料在疲劳荷载作用下的损伤积累和演化规律，建立了相应的疲劳损伤模型，利用该模型对ＣＰＨＦＲＣ材料进行了寿命预测，该模型有较高的精度．

碳纤维/碳纳米管增强基体多尺度混杂复合材料的研究现状和趋势

碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)具有非常优异的刚度和强度。CNT增强基体的传统连续纤维多尺度混杂复合材料既具有优良的纤维主导力学性能又有好的基体主导力学性能,具有广泛的应用前景。综述了国内外在碳纳米管增强基体的多尺度混杂复合材料力学性能,制备和数值模拟等方面的最新研究进展。提出了进一步研究需要解决的两个关键问题:(1)量化CNT对传统复合材料的增强效果;(2)阐明CNT对多尺度混杂复合材料的增强机制,并提出了相应的研究手段。

剑麻纤维与晶须混杂增强聚丙烯复合材料

采用熔融共混和注塑成型方法制得了剑麻短纤维 (SF)和CaSO4晶须混杂增强聚丙烯 (PP)复合材料 ,研究了复合材料的热性能、微观结构和力学性能。结果表明 ,晶须提高了复合材料的热稳定性 ,阻碍了PP的结晶 ,降低了复合材料中PP相的结晶度和结晶速率 ;SF和晶须提高了复合材料的模量和韧性 ,但由于混杂增强复合材料弱界面键合的制约 ,晶须的高强性能并没有在复合材料中充分表现出来。

加固用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料预制片材的研究综述

本文综述了加固用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料（CFRTP）预制片材的特点、原材料的发展情况、国内外现有的制备技术。指出该预制片材因为其具有优良的力学性能、良好的耐腐蚀性、低成本、成型周期短以及可回收等特点，将成为新型的加固材料而用于土木工程的加固修补领域。

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吸声性能研究

采用PVA纤维+钢纤维制备混杂纤维增强延性水泥基复合材料,研究了不同材料厚度、纤维掺量、纤维长度、纤维密度下复合材料的吸声性能。结果表明:当混杂纤维增强延性水泥基复合材料的厚度为120 mm、纤维掺量为6 kg/m3、纤维长度为20 mm、纤维密度不低于0.50 g/cm3时,混杂纤维增强延性水泥基复合材料的吸声性能最优。

氧化铝增强混杂纤维复合材料传动轴微波固化性能研究

为了提升微波固化成型复合材料传动轴的承载能力,提出了采用混杂纤维作为增强体,氧化铝颗粒增强环氧作为基体的材料增强方法,同时进行微波固化工艺的优化。通过对比平板试样的层间剪切、拉伸以及动态冲击性能,确定最优体积混杂比、氧化铝含量及微波固化参数。在此基础上,通过织物湿法缠绕制备传动轴缩比件,基于轴的弯曲和扭转试验,对比热固化和微波固化的性能差异等。结果表明:(1)利用低功率预热结合高功率固化,可以在保证固化效率的前提下,提高试样的层间剪切强度;(2)随着碳/玻混杂比的增加,在试样层间剪切和面内拉伸性能增加的同时,伴随着冲击韧性的降低;(3)随着氧化铝含量从0增加到30%,试样的层间剪切强度、拉伸强度和模量分别提升了8. 7%、27. 9%和12. 5%,含量进一步增加会造成性能降低;(4)热固化和微波固化得到的复合材料传动轴身管的最大扭矩、弯曲强度/模量性能处于同一水平。

沥青基碳纤维及其混杂纤维增强尼龙1010复合材料结构与性能的研究

本工作研究了通用型沥青基碳纤维、玻璃纤维及它们的混杂纤维增强尼龙 1010复合材料的结构与性能,并与相应的聚丙烯腈基碳纤维及其混杂纤维复合材料的性能作了系统的比较。实验结果表明,随短纤维含量的增加,复合材料的模量和强度线性增加,当纤维含量达到一定临界值时,其强度有所下降。聚丙烯腈基碳纤维增强尼龙1010复合材料比相应的沥青基碳纤维复合材料具有较好的力学性能,但后者通过与高强度玻璃纤维混杂增强,可提高其力学性能。本工作还研究了这些复合材料的断裂特征和它们的混杂效应。

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.