碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后,切缝表面和横截面存在热损伤,这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题,采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律,研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明:高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度;激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2 mm厚CFRP切割试验中发现:横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关,0°碳纤维热影响区宽度最大,45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近,90°碳纤维热影响宽度最小;另外,提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展,水射流速度由80 m/s提高至120 m/s,最大热影响宽度缩小35.7%。

碳纤维增强聚合物提高界面粘附力和可回收性

据报道,碳纤维增强聚合物(CFRP)具有高的强度重量比和坚固的机械性能,广泛应用于风力涡轮机叶片、汽车部件、飞机和航天器等领域。然而,CFRP存在界面粘附力弱和可回收性差等缺点。美国橡树岭国家实验室(ORNL)制备了一种新型碳纤维增强塑料,旨在克服这些挑战。研究人员将共价自适应网络(CAN)纳入聚合物基体,模仿海洋软体动物的天然复合材料。CAN含有动态共价键,可以进行交换反应,重新排列网络结构。研究人员表示,CAN属于动态交联热固性聚合物(玻璃体),可以在加热时改变其拓扑结构。ORNL研究人员通过利用硼酸酯功能化三嵌段共聚物和动态多二醇交联剂制备玻璃树脂。ORNL表示,使用频哪醇(一种二醇)对碳纤维表面进行功能化,频哪醇可以与聚合物基体上的硼酸酯基形成动态共价键。这种可交换交联改善了纤维和聚合物之间的结合。ORNL研究人员表示,由于动态键,碳纤维和聚合物具有很强的界面粘附力。

碳纤维增强聚合物在桥梁工程中的应用

碳纤维增强复合材料在桥梁工程领域具有重要的应用前景。该文介绍了碳纤维增强材料在桥梁中的高强度、轻质化、耐久性和抗腐蚀性等方面的优势,概述了碳纤维增强材料在斜拉桥拉索、桥梁梁板、桥墩和桥梁加固等桥梁中的应用,指出碳纤维增强材料有望实现桥梁工程向更安全、更耐久和更可持续方向应用与发展。

孔隙率对编织碳纤维增强聚合物热扩散系数的影响

提出了一种四层光热辐射模型,研究了编织碳纤维增强聚合物(CFRP)的热扩散系数。以玻璃碳为参考材料,标定了实验装置,完成了孔隙率为0~18.32%的14组CFRP样品的检测实验。构造了最小二乘目标函数,利用遗传算法求出了最优解,得到了不同孔隙率下的CFRP热扩散系数。结果表明,14组CFRP样品的热扩散系数为3.01×10-7~8.73×10-7 m2/s,且随着孔隙率的增大整体呈下降趋势;当孔隙率小于1.00%时,热扩散系数的下降趋势较明显,但当孔隙率大于1.00%后,下降速度趋于平缓。

碳纤维增强聚合物基复合材料雷击损伤研究进展

目前航空航天飞行器使用较多的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)结构在遭遇雷击等强电磁环境时,往往表现出更严重的损伤和破坏。总结了针对CFRP雷击损伤特性开展的理论和试验研究,揭示了雷电流作用下CFRP直接损伤的形成机理,并从不同角度探讨了影响CFRP直接雷击损伤的因素。此外,对雷电冲击后的复合材料剩余强度问题进行了分析。未来继续开展CFRP直接雷击损伤研究工作时,仍需进一步考虑实际雷电环境下电流的综合影响。

雷电流A分量作用下碳纤维增强聚合物基复合材料的损伤研究

为了分析碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)在雷电流A分量下的损伤特性,对CFRP开展了标准化人工雷电实验,并建立了CFRP雷击损伤的电-热耦合有限元仿真,对比分析了不同峰值雷电流A分量下CFRP表观损伤、C扫内部损伤和仿真损伤结果。结果表明,不同峰值电流作用下CFRP的雷击损伤模式相同,雷电通道中的电荷和复合材料各向异性热电属性共同决定了雷击损伤的分区特性;复合材料各向异性热电属性影响内部电场和温度场分布,形成方向性极强的热损伤形态,且峰值电流会直接影响CFRP雷击热损伤程度。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

三维编织异型碳纤维预制体的研究

新一代武器装备的快速发展和战略技术指标的不断提高,迫切需要在高性能纤维增强复合材料生产工艺和制备技术方面加速攻关突破。三维编织碳纤维预制体由于其可设计性强,特殊的耐腐蚀性能,耐疲劳性好等优点,在各种武器装备的轻量化、小型化和高性能化上起到了至关重要的作用。以三维编织异型碳纤维预制体为对象,研究数字模拟三维编织动程,分析分散减纱工艺及不等层设计工艺原理,为三维编织异型碳纤维预制体的净近成型的实现作理论参考。

碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究

以矿渣与粉煤灰制备了碳纤维增强地聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC);采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同碳纤维掺量的CFRGC在不同应变率下的冲击压缩强度与能量吸收的应变率效应,以及碳纤维掺量对CFRGC强度与吸能特性的影响;改进了波形整形技术,以满足恒应变加载的要求.结果表明:厚度为1mm,直径分别为20,22,25,27,30mm的H62黄铜波形整形器可以较好地实现SHPB试验过程中的恒应变率加载,且试验结果可靠;CFRGC属于应变率敏感材料,其冲击压缩强度与能量吸收特性均表现出近似的应变率线性相关性,强度的应变率敏感值为47.8s-1;碳纤维对地聚合物混凝土的强度特性具有良好的改善效果,且该效果随着平均应变率的增加而增强;碳纤维的相对最佳掺量为0.2%(体积分数).

碳纤维增强聚合物加固混凝土结构的发展综述

介绍了碳纤维增强聚合物 (CFRP)材料的性能、特点 ,在混凝土结构加固领域的应用及方法 ,综述了此种新型加固方法在国内外的研究及应用现状 ,并指出今后的发展趋势 .利用CFRP对混凝土结构加固是一种新型的加固技术 .CFRP材料以其轻质、高强、适用面广、耐久性好、抗腐蚀等优越的性能正在为人们广泛接受 .

碳纤维增强聚合物基复合材料自诊断性能研究

对碳纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料在拉伸、弯曲条件下电阻率与应变的变化关系进行了研究 ,对测试结果进行了数理分析 ,确定了相应的数学经验公式 ;由此研制出一类可通过电阻率变化对相应复合材料应力状况进行自诊断的复合材料。

碳纤维增强聚合物基复合材料修补空心柱体结构的屈曲分析

采用有限元数值方法和解析方法研究了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)加固含损伤空心柱体钢结构在压缩载荷作用下的屈曲问题。通过有限元数值仿真对受轴向压缩载荷的含损伤钢结构进行了纤维增强复合材料的模拟修复,采用八节点复合材料板壳单元模拟复合材料补片结构,考虑理想黏结,通过约束方程建立了CFRP加固含损伤空心柱体钢结构屈曲分析的有限元模型,计算了钢结构的屈曲临界载荷,并与基于能量原理推导的CFRP加固受轴向压缩载荷空心柱体屈曲载荷的理论公式做了比较。参数讨论表明,粘贴CFRP对提高受压结构载荷效果显著;通过改善CFRP层参数可提高结构的临界载荷,增强修补效果;有限元法结果与解析公式计算结果比较吻合。

碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱轴压稳定性灰熵关联度分析

为了进一步研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-钢管混凝土复合结构构件的力学性能,对CFRP-钢管混凝土轴压柱的稳定性在不同影响因素下的演变规律进行了分析。以一系列试验研究为基础,通过灰熵关联度方法研究了长径比、套箍系数等指标与复合结构稳定性性能的关联程度。结果表明:CFRP可以有效地改善结构的性能;随着长径比的增大,套箍效应逐渐减小;各影响因素在不同情况下的灰熵关联度排序与实践一致,验证了灰关联熵理论可用于评价CFRP-钢管混凝土轴压柱性能的关联因素主次关系的有效性。研究结果可以为CFRP-钢管混凝土结构的进一步研究和实践应用提供参考。

碳纤维增强液晶聚合物复合材料在生物实验中的力学性能研究

参考芬兰的Tampere理工大学生物实验方法,测试碳纤维/热致液晶聚合物(CF/TLCP)复合材料的生物相容性。分别将制备好的CF/TLCP复合材料植于实验兔皮下组织,经过12、24、52星期后,测试复合材料的力学性能,发现力学性能没有发生改变,生物体没有发生异常。结果证明复合材料的生物相容性优良。

碳纤维增强聚合物条带锚固方法的革新

据国外资料报道，试验证明：在碳纤维增强聚合物条带下提供内锁一锚固体系，可提高加固后钢筋混凝土梁的整体强度和延性。

新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响

为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%~8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。

碳纤维增强聚合物-AA5052铝合金三层板自冲铆接性能

旨在研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-AA5052铝合金三层板自冲铆接的可行性,评估板材搭接顺序对接头截面形状的影响,探究接头成形的机理。通过拉伸-剪切试验研究试样配置及承载形式对接头机械性能的影响。结果表明:板材搭接配置会影响接头内部材料的流动趋势,从而影响接头的成形质量。CFRP板作为中间层时接头可获得良好的机械内锁成形。CFRP板作为中间层并单独作为接头的一端承受拉剪载荷时,接头的失效位移达9.5 mm,同时接头可获得较优的刚度和抗剪强度。

碳纤维增强聚合物加固含腐蚀缺陷的YY型管节点静力性能分析

海洋环境下的导管架平台易发生腐蚀而导致承载力下降。为了提高含有腐蚀缺陷的导管架平台的承载力,提出了采用碳纤维增强聚合物(CFRP)加固含腐蚀缺陷YY型管节点技术。通过试验测试与有限元模拟相结合的方法,对CFRP加固含腐蚀缺陷的YY型管节点在支管轴向压力作用下的静力性能进行了研究,分析了未加固节点和经CFRP加固节点在破坏模式、变形、等效屈服应力和承载力等方面的差异,详细研究了节点试件的失效机理和过程。研究结果表明,经CFRP加固后YY型管节点的极限承载力提升了40.9%,CFRP加固方法能有效延缓管节点失圆率,缓解节点部位的应力集中现象;加固节点失效时的塑性区域显著降低,CFRP约束主管变形是提高YY型管节点承载力的主要原因。本文研究结果为工程中CFRP加固导管架平台技术的推广应用提供了参考依据。

碳纤维增强聚合物研究进展

纤维增强聚合物(CFRPs)以其优异的性能,在很多领域代替了传统的金属并得到了广泛应用。CFRPs界面性质决定了复合材料整体性能,因此界面研究一直是复合材料中十分重要的部分。碳纤维(CF)由于优异的性能成为了聚合物复合材料的理想增强材料,然而CF的非极性和光滑表面使其难以提供所需的化学相互作用和有效的物理吸附。本文对碳纤维表面改性从而增强复合材料界面方法做了较为系统的阐述。

纤维编织结构对碳纤维增强碳化硅复合材料热膨胀和热扩散系数的影响

分别采用热膨胀仪和激光脉冲热导仪测量了2维、2.5维和3维纤维编织结构的碳纤维增强碳化硅(carbon fiber reinforced silicon carbide,C/SiC)复合材料从室温到1400℃温度范围内纵向和横向热膨胀系数,以及厚度方向的热扩散系数。用扫描电镜、光学显微镜观察了样品的微结构。结果表明:低温段(700℃以下),3种C/SiC的纵向和横向热膨胀系数均随温度的升高而缓慢增大,并在700℃之后出现不同程度的波动;高温段(700℃以上),它们的纵向热膨胀系数和2维C/SiC的横向热膨胀系数随温度的升高而减小,而2.5维和3维C/SiC的横向热膨胀系数则随着温度的升高而迅速增大。三者厚度方向的热扩散系数均随温度的升高而减小,3维C/SiC的热扩散系数最大,分别是2.5维C/SiC和2维C/SiC的1～1.2和1.4～2倍。