碳纤维编织网与聚丙烯水泥基复合材料加固圆柱轴压试验

完成了14个基于碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固圆柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件平均压应力-混凝土应变曲线、平均压应力-碳纤维编织网应变曲线及各试件极限承载力柱状图,分析了加固层水泥基复合材料中聚丙烯纤维含量、碳纤维编织网包裹层数及网格大小等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。试验结果表明:采用碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固圆柱可明显提高其极限承载力;试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,脆性破坏特征明显;加固层少量聚丙烯纤维含量(质量比0.05%,0.15%,0.25%)的改变对试件承载力的提高不明显;在一定范围内试件承载力随碳纤维编织网包裹层数的增加而提高;相比于2 cm网格碳纤维编织网,1 cm网格碳纤维编织网对试件承载力的提高效果更好。

SiO_2涂层制备工艺对三维碳纤维编织体抗氧化性能的影响

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体的纤维表面涂覆SiO_2涂层。实验研究了涂层制备工艺对编织体抗氧化性能的影响。结果表明,纤维经丙酮、硝酸处理后,再采用粘度为0.01～0.012(Pa·s)、分子生长模式为线性的溶胶浸渍,当涂层厚度为0.5μm左右时,浸渍试样抗氧化性能好,完全氧化失重温度为900℃,较之原始编织体提高300℃。涂层过厚或过薄,编织体抗氧化性能下降,这是由于涂层在纤维表面分布不均匀或与纤维表面结合性较差引起的。

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。

SiC涂层/三维碳纤维编织体的氧化动力学和机理研究

采用原位反应法在三维碳纤维编织体(简称:RB)的纤维表面制得SiC涂层,通过 XRD、SEM、等温氧化失重和非等温热重分析等测试手段研究了制备方法对SiC涂层均匀性 的影响,并对SiC涂层／碳纤维编织体(简称:CB)材料在等温和非等温条件下,氧化反应的 动力学和反应机理进行了研究.结果表明:SiC涂层均匀、完整地涂覆于编织体内外各纤维表 面;材料等温氧化反应的机理为第一阶段反应控制,第二阶段扩散和反应共同控制;材料的非 等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为:lgA=9.615min-1; Ea=201.73kJ·mol-1.

热固性碳纤维编织复合材料C形结构隔膜成型工艺

详细介绍了热固性碳纤维编织复合材料C形结构的热隔膜成型工艺。测量了CYCOM970/PWC-T300预浸料在60~120℃不同温度下的滑动摩擦系数。采用烘箱固化和热压罐固化两种方式,进行了热隔膜预成型体的固化试验。通过对试件进行三维激光扫描,得到了C形结构隔膜成型体的厚度、回弹大小分布规律以及滑移角的大小。通过对截面进行扫描,得到了成型试件的孔隙率。

投影光刀法测量碳纤维编织材料烧蚀表面粗糙度

碳纤维编织材料制成的物体,在其表面经过模拟烧饰后,其表面的光反射率很低.本文提出了一种改进的投影光刀法,可以用非接触式的光学测量方法测量其表面的粗糙度分布和细微三维形状.首先在物体表面投影一黑白边界;接收时在CCD上做适度的散焦,因而CCD里可以接收到一灰度渐变的投影界面;选用适当的阈值,可以得到受物体高度调制的投影边界.在后续的数据处理中,采用了边界提取、扫描、线形拟合、图像拼接等技术,可以得到被测区域的细微三维形状数据,进而可以计算出其二维的粗糙度分布.

碳纤维编织复合材料弯曲损伤破坏声发射监测

为研究碳纤维编织复合材料的弯曲损伤与破坏行为,结合声发射(AE)与数字图像相关(DIC)方法互补实验技术,对复合材料在四点弯曲载荷作用下的失效过程进行监测,动态获取 AE 特征信号和对应的散斑图像,并根据DIC 算法得到复合材料在加载过程中的全场变形和应变。结果表明:AE 信号在碳纤维编织复合材料中近似呈指数衰减,与谐振式 AE 传感器相比,宽频带式 AE 传感器表现出更好的测量性能;复合材料弯曲加载前期,无明显损伤出现,AE 信号较少,对应的位移场和应变场变化平稳;复合材料弯曲破坏对应较高持续时间、幅度和相对能量的AE 信号。复合材料损伤演化过程的 AE 响应行为及对应位移场、应变场的变化反映复合材料的变形与损伤破坏过程,为碳纤维编织复合材料的无损评价、健康监测与失效分析提供借鉴。

碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度试验与分析

对网格间距为80mm的不同碳纤维用量的碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度进行了试验研究。碳纤维编织网是利用碳纤维束在经纬两个方向进行平织而成,并经过碳纤维浸润胶浸渍及在其表面粘砂的处理,以增强其与混凝土的粘结强度。试验结果表明,随着碳纤维用量的增加,碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度与挠度逐渐提高,当碳纤维用量达到50个单元束时提高最大,较素混凝土板分别提高了106.6%和410.6%。

TiC含量对碳纤维编织物增韧的WC-TiC-Ni层状陶瓷刀具性能的影响

采用真空热压烧结技术,在1 500℃下制备了不同TiC含量的连续碳纤维编织物增韧的WC/TiC层状陶瓷刀具样品。研究了TiC的含量对连续碳纤维编织物增韧的WC/TiC层状陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明,随着TiC含量的增加,陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧度和硬度不断减小;当TiC含量为20%(质量分数)时,材料的致密度较高,晶粒尺寸较小,因此力学性能较好;此时,抗弯强度为516.896 MPa,断裂韧度为8.3871 MPa·m^(1/2),硬度为17.341GPa。

ZrO_2-SiO_2复合涂层/三维碳纤维编织体材料的氧化动力学研究

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体(简称:RB)的纤维表面涂覆ZrO2-SiO2复合涂层,通过XRD、SEM、等温氧化失重和非等温TG-DSC等手段研究了制备方法对涂层完整性的影响,并对涂层/编织体材料(简称:CB)氧化反应的动力学进行了系统研究。结果表明:采用该方法所得到的涂层均匀完整,与纤维表面结合良好,能显著提高编织体材料的抗氧化性能;等温条件下,材料失重低于70%时,其失重率与氧化时间呈线性关系,反应速率常数随温度的升高而增大,材料失重高于70%时,其失重率与氧化时间呈抛物线关系;非等温条件下,材料的氧化过程呈现自催化特征。

碳纤维编织复合材料羽毛球拍参数化建模研究

针对碳纤维编织复合材料技术在羽毛球拍产品制造应用中存在重经验轻理论现象,开展了参数化建模方面的探讨和研究。建构了羽毛球拍的参数化模型,完成了不同编制形式各类分析的结构定义和设计。结果表明,通过对羽毛球拍杆弹性数据的预先判别间接证实了区域叠合法的效力;将上述设计和分析方法联合可编程软件,直观、形象的表现整个有限元分析和参数设计过程。

碳纤维编织复合材料技术在羽毛球拍制造中的应用

传统材料在应用羽毛球拍制造中,耐磨性差,使用寿命短。为了解决这一问题,阐述了碳纤维复合材料在羽毛球拍制造中的应用,分析了碳纤维编织复合材料的性能优势,通过与传统材料进行对比,阐述了碳纤维编织复合材料的性能特点。探讨了碳纤维编织复合材料在羽毛球拍制造中的应用,紧接通过实验分析,与使用传统材料制作的羽毛球拍进行性能上的对比分析,结果表明,碳纤维编织复合材料所拥有的独特性能能够完美的适应羽毛球拍的制作需要,并且极大的提升了羽毛球拍的质量。

用碳纤维编织物替代关节滑膜的研究

采用高技术处理的特种碳纤维编织物，替代实验动物兔膝关节滑膜，将实验动物分期分批剖杀并用扫描电子显微镜对增生的滑膜进行了观察。结果表明：１．碳纤维编织物可以替代关节滑膜；２．碳纤维编织物可消除因滑膜病理增生而产生的关节粘连；３．碳纤维编织物可刺激滑膜正常再生。

SiO_2涂层/三维碳纤维编织体材料的氧化动力学和机理研究

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体的纤维表面涂覆SiO2涂层,通过XRD、SEM、等温氧化失重和非等温TG-DTG等测试手段研究了制备方法对涂层完整性的影响,并对涂层/编织体材料(CB)氧化反应的动力学和机理进行了系统研究。结果表明:采用该方法所得到的涂层均匀完整,与纤维表面结合良好;等温条件下,材料失重低于70%时,定温下,其失重率与氧化时间呈线性关系,反应速率常数随温度的升高而增大。材料的氧化过程随温度升高可分为2个阶段:第1阶段为反应控制,第2阶段为扩散和反应共同控制,分界点为600℃;非等温条件下,材料的氧化过程呈现自催化特征。

用快中子辐照的碳纤维编织物诱发关节软骨再生

采用快中子辐照的碳纤维编织物，填充到实验兔膝关节软骨面缺损处，将实验兔分期分批剖杀，用肉眼、光学显微镜和扫描电子显微镜对再生的部分进行了观察。结果表明，碳纤维编织物可以诱发软骨组织再生，以其作为填充物是治疗因软骨损伤而导致的关节僵直的理想生物材料。

碳纤维编织复合材料损伤变形与破坏实验研究

通过对碳纤维编织复合材料的拉伸实验,利用声发射技术(Acoustic Emission,简称"AE")和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")方法研究碳纤维复合材料的损伤演化规律。通过采集试件在拉伸过程中的声发射信号、损伤变形与应变场信息,分析碳纤维编织复合材料的力学加载、变形场和声发射特征参数的关系。结果表明复合材料的位移场、应变场信息以及AE信号特征参数能良好地描述复合材料在拉伸状态下的损伤累积和破坏过程。在加载前期,以40~60 dB低幅度信号为主;随着载荷增加,撞击累计数急剧升高,高幅度、高持续时间信号增多。通过DIC测得的位移场和应变场信息,发现对于相同的载荷增量,加载方向的位移和最大拉应变呈先增加后减小的趋势。

基于改进的Faster RCNN碳纤维编织物缺陷检测

以碳纤维立体编织物表面质量检测为研究对象,针对传统视觉识别率不高、小缺陷特征定位和识别不够准确的问题,提出基于改进的Faster RCNN缺陷检测算法。选取ResNet50作为主干特征提取网络,解决小缺陷特征图在卷积操作中的失真情况;采用Soft-NMS算法替换传统的NMS算法,以降低缺陷重复图像的误删;采用RoI Align层替换RoI Pooling层,以降低两次量化取整操作带来的缺陷特征定位误差。在PyTorch框架上对PASCAL VOC2007格式的缺陷图像数据集进行训练和测试。结果表明:改进的Faster RCNN平均精度均值为92.7%,相比原始Faster RCNN网络提升了3.8个百分点,其中毛刺等小缺陷特征识别平均精度提升了5.6个百分点。认为:基于改进的Faster RCNN模型可以满足碳纤维立体编织物表面质量检测要求。

基于机器视觉的碳纤维编织过程纤维状态检测系统

针对碳纤维编织过程中人工未及时发现纤维异常而造成的机器长时间停机问题,设计了基于机器视觉的纤维状态检测系统。针对断纤状态先将正常纤维作为模板,采集图像作为待匹配对象,再利用去均值的NCC匹配算法计算二者的相关系数,实验分析得出当相关系数大于阈值0.8则为正常纤维状态;针对纤维缠绕状态先通过区域划分和图像分割的方式二次定位并提取导纱轮区域,再对该区域进行二值化后计算区域内黑色区域的面积占比,最后根据黑色面积占比实现对纤维缠绕状态的检测;通过分析纤维环状态的特点,对采集图像进行滤波处理、区域筛选、积分投影得到纤维状态的曲线图,最后分析得出,当纤维状态垂直方向投影的高度差大于60时则为纤维环状态。实验结果表明,该系统的算法对断纤检测的平均识别准确率为95.75%,纤维缠绕准确率为95.25%,纤维环状态准确率为93.50%,检测实验对纤维损伤的研究具有一定参考意义。

碳纤维编织网增强磷酸镁水泥砂浆界面黏结性能研究

为研究碳纤维编织网增强磷酸镁水泥砂浆加固法(TRMM)中2个界面(砂浆-混凝土、碳纤维编织网-砂浆)的黏结性能,对21个黏结试件进行了弯折试验。研究变量包括界面处理方式(打磨、刻槽、凿毛)、磷酸镁水泥砂浆(MPCM)类型(MPCM、聚乙烯醇纤维(PVA)改性MPCM)、碳纤维编织网处理方式(表面涂层、表面涂层+粘砂、浸渍+粘砂),分析了试件破坏模式和在不同变量下黏结性能变化规律。结果表明,砂浆-混凝土界面黏结性能随着界面粗糙度的提高而增强,当粗糙度由0.77 mm提高至1.97 mm,试件由脆性破坏变为延性破坏;PVA可通过桥联作用改善碳纤维编织网-砂浆界面黏结性能;浸渍和粘砂后碳纤维编织网-砂浆界面黏结性能显著增强,界面黏结强度提高68%。

T300/E51碳纤维编织层合板压入变形损伤分析

碳纤维编织层合板具有高比强度和易成形性,在工业领域内作为结构件的应用越发广泛。基于Hashin强度判据分析T300/E51碳纤维编织层合板在球形压头准静载条件下的力学响应,研究变形时的组分材料损伤,以组分材料刚度的退化表示其失效。试件损伤表现为压头背向处纤维应力较大,发生断裂,并垂直于该处纤维方向扩展,各层纤维应力差较大,试验结果与计算结果一致性较好;以此为依据设计了表层材料为T700SC的双层板,有效的改善了内外层应力差别较大的问题。