三维网络结构增强复合材料磨损模型的研究

考虑网络结构增强体特殊的拓扑结构因素和弹性模量影响，利用复合材料磨损率最小化和最大化假设，建立了网络结构增强复合材料的磨损模型，同时制备了不同体积分数的Si3N4陶瓷增强Al-Mg合金复合材料，并将其磨损试验结果数据拟合到模型中．结果表明，所建立的模型可以反映复合材料增强相的体积分数、复合材料的弹性模量和磨损率之间的数学关系，证明复合材料的摩擦磨损率随增强相体积分数的增加而逐渐降低，当体积分数超过45％～50％时，磨损率随增强相体积分数的增加而逐渐增大．该模型不同于Khmschov模型和Zum—Gahr模型，其关系不遵循线性规则．与增强体复合材料的磨损试验数据拟合表明，该模型能够较好地反映网络结构增强复合材料的磨损性能，具有一定普遍性．

316L网络结构增强ZA8锌合金复合材料的切屑形貌研究

为了探究网络结构增强复合材料的切屑形貌以明确其切削加工机理,对316L网络结构增强ZA8锌合金复合材料和ZA8锌合金进行了切削试验及切削模拟仿真,分析了两者切屑形貌的异同,并着重探讨了复合材料在不同切削三要素下和不同增强体孔径下的切屑形貌变化。结果表明:复合材料的切屑长度和结构完整性显著低于ZA8,试验结果与模拟仿真结果类似,同时随着切削速度和背吃刀量增大,复合材料切屑更容易出现条纹状碎裂和崩碎现象,进给速度对材料的影响则相反。此外,复合材料增强体孔径越小,切屑长度越短,碎裂缺陷越多。

连续纤维增强复合材料结构多尺度拓扑优化设计

连续纤维增强复合材料具有重量轻、比强度和比模量高的特点,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐,同时连续纤维3D打印技术的发展使具有复杂几何构型和纤维分布的复合材料结构制造成为可能。为发挥复合材料多尺度的可设计性及获得更好的结构性能,本文基于独立连续拓扑变量提出了一种连续纤维复合材料结构多尺度拓扑优化方法。该方法引入基于主应力的纤维方向插值策略,解决纤维取向优化过程中易陷入局部最优的问题,实现连续纤维复合材料结构宏观拓扑、微观纤维方向和纤维疏密的并行优化设计。采用移动渐近算法(MMA)进行优化求解,数值算例证明了提出方法的有效性和稳定性,对连续纤维复合材料结构设计和路径规划具有指导意义。

纤维增强复合材料在土建结构加固工程中的应用

纤维增强复合材料(FRP)具有施工方便、力学性能高和耐候性好等优势,在土建结构加固中具有广泛应用前景。在介绍FRP基本概念和应用特点的基础上,从混凝土结构加固、钢结构加固及桥梁加固等方面综述其在土建结构加固中的具体应用,并对FRP在土建结构加固应用中的研究进行了展望,以期为FRP在土建结构加固中的应用提供参考。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

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。

竹纤维增强复合材料健身器材受力结构拉伸破坏行为研究

碳纤维、玻璃纤维复合材料等虽然具备极为优异的性能,但在生产、使用、废弃物处理环节却普遍存在一定的污染问题。为解决这一问题,以竹纤维这一天然纤维制备了一种增强复合材料,并以某型号健身器材的受力结构为例,对竹纤维增强复合材料的拉伸破坏行为进行分析。结果表明:材料离散单元尺寸、纤维体积百分含量、纤维强度分布等因素均会对竹纤维增强复合材料健身器材受力结构拉伸破坏行为造成影响,但影响程度和规律存在差异。

基于人工神经网络的短纤维增强复合材料设计

为指导短纤维增强复合材料设计,提出一种基于人工神经网络的方法。首先,结合取向平均法和自洽假设建立数学模型,计算出不同体积分数下SFRCs的弹性性能;然后,建立2个不同的人工神经网络,将数学模型计算得到的数据集投入训练,由此可以由SFRCs的体积分数快速预测出弹性性能,也可以由已知的SFRCs的弹性性能反向推导出纤维的体积分数。与传统方法相比,该方法可以有效减少重复实验次数,降低成本与周期,对复合材料实验的设定有一定的参考意义。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模方法

有限元建模方法是纤维增强复合材料螺栓连接结构强度分析的有效手段,为提高有限元建模效率,基于ABAQUS分析平台,对纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模方法进行了研究。根据纤维增强复合材料螺栓连接结构特征和强度分析的需求,采用GUI插件开发了专用的GUI图形参数输入界面,采用Python语言编写了连接结构有限元建模内核脚本程序,采用Fortran语言编写了损伤失效判定准则和刚度退化方法的用户子程序,搭建了纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模与强度分析平台。以碳/玻混杂复合材料三钉连接结构和T800碳纤维复合材料十钉连接结构为算例,模拟分析了连接结构的破坏载荷和破坏模式,并与试验结果进行了比较,破坏载荷误差在3%左右,破坏模式一致。研究结果表明,该参数化有限元建模与分析平台可实现各类纤维增强复合材料螺栓连接结构的快速自动建模,分析结果准确可靠,为纤维增强复合材料螺栓连接结构快速强度分析和工程优化设计提供了有效途径。

3D打印与仿生学融合:仿竹结构的碳纤维增强碳化硅复合材料

随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料科学与技术杂志(Journal of Materials Science&Technology)》上发表了一篇关于仿竹结构的连续碳纤维增强SiC(Cf/SiC)复合材料的研究成果,为CMCs的应用提供了新的思路。

纤维增强复合材料机翼结构设计及优化

当今航空航天工业正处于飞速发展的时代,对于机翼结构设计的要求也日益提高,纤维增强复合材料因其优异的性能而备受青睐。传统的金属材料虽满足机翼强度与刚度要求,往往会牺牲飞机的整体重量,而纤维增强复合材料轻质高强的特性能,显著减轻了飞机的重量,提高了其性能及燃油效率,降低了运营的成本。航空工业的不断发展,对飞机的航程、载荷以及飞行速度等提出了更高的要求,机翼结构在满足强度与刚度要求的同时,还要尽可能地减小气动阻力,提高飞机的飞行效率,纤维增强复合材料的优异性能使其在这方面有着巨大的潜力。另外,纤维增强复合材料相比传统金属材料具有更好的可再生性与可回收性,能更好地满足环保要求。总之,纤维增强复合材料机翼结构设计及优化,不仅能提升了飞机的整体性能与燃油效率,还促进了航空工业向环保、可持续的方向发展。

纤维增强复合材料的结构性能及应用探讨

院纤维增强复合材料在工程行业中应用的最早时间为21世纪70年代,随着国际上对纤维增强复合材料应用研究的逐渐深入,发现其在结构方面有较强的优势,加固性能明显,可以在保证施工质量的同时提高施工效率。基于此,文章以纤维增强复合材料为研究重点,进一步探讨了纤维增强复合材料的结构性能及其具体应用。

新型纤维增强复合材料闸门结构优化设计研究

新型纤维增强复合材料作为一种新型材料,在耐久性、抗疲劳性和耐冲击性等方面具有显著优势,在水利工程建设中的应用前景良好。此次研究利用数值模拟的方式探讨了新型纤维增强复合材料闸门结构优化设计问题,并提出正交内筋、弧形面板、内筋间距为70 cm、厚度为14 cm的最佳设计方案。同时,该方案闸门可以使用不同的环境温度,在水闸服役环境下具有良好的材料耐老化性能,建议在工程建设中采用。

纤维增强复合材料(FRP)配筋混凝土结构研究综述

新型建材纤维增强复合材料(FRP)具有高抗拉强度、低密度和耐腐蚀性能优良等特性,是一种具有巨大潜力的工程材料。如今,传统的钢筋混凝土结构面临钢筋易锈蚀的问题,给社会造成了较大的经济损失,维护和修复成本高昂。通过在特定环境中将钢筋替换为FRP筋,不仅能够有效解决钢筋混凝土结构的耐久性问题,而且能够进一步优化其工作性能,延长使用寿命,降低维护成本。首先简述了FRP筋混凝土结构的国内外研究进展,随后对FRP筋、FRP筋混凝土及预应力FRP筋混凝土结构的特性进行了阐述,最后对FRP筋混凝土结构的重要发展问题进行了总结,并对其未来的发展前景进行了展望。

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在建筑结构中的应用综述

随着社会文明的发展以及科技的日新月异,当今建筑结构对材料的要求不仅仅是基于功能和安全性,同时也要求建筑材料具有轻质高强的特性,以实现建筑构造的可持续性、低碳性及环保性。另外,建筑业也积极追求创新性和美学性,所以材料要能够满足设计师对形态、色彩和纹理的要求。玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)作为一种具有高强度、轻质、耐腐蚀和抗疲劳等特点的轻质高强材料,不仅具有高强度、轻量化的特点,同时具备良好的耐腐蚀性、绝缘性、隔热性、吸音性、可塑性、耐候性等性质。在建筑结构中,使用GFRP制造成各种材料和构件,可显著改进性能和降低成本。本文旨在结合GFRP的特点和应用情况,综合分析GFRP在建筑结构中的应用现状及前景,旨在为建筑结构材料的发展提供新的研究思路。

桥梁工程中的纤维增强树脂基复合材料应用进展

为满足恶劣环境条件下现代化桥梁工程高质量建造所需材料的力学性能、耐腐蚀性及耐疲劳性等要求,基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了主要的解决思路。

应用纤维增强复合材料的建筑结构设计与加固

至今,房屋建筑使用普遍达到30~40年,受各种因素影响,建筑耐久性下降,进而可能影响安全性。加固作为一种修复、补强手段被广泛运用与老旧建筑,其中纤维增强复合材料以出色的力学性能和简便的施工方式,在加固项目中广泛被采用。纤维增强复合材料进行建筑修复,能够提高构件的抗剪、抗弯和抗压能力,使得建筑的生命期得以更长延续。材料自重轻、强度高,在修复建筑构建的同时,满足经济效益最大化。研究中用到的手段主要有三类:实地查看和理论分析。在实地调查中,已有的纤维增强复合材料加固工程显示,便捷的施工流程和出色的施工效果得到了广泛肯定。该研究为未来建筑结构优化设计提供了理论依据和实践参考,对于推动建筑行业的科技创新有重要意义。

金属颗粒增强镁基复合材料制备技术及性能的研究进展

镁基复合材料具有低的密度、优异的力学性能等特点,在汽车、电子、航空航天等领域有广阔的应用前景。本文综述了国内外金属颗粒增强镁基复合材料的研究进展,详细介绍了金属颗粒增强镁基复合材料常见制备方法的特点,分析了金属颗粒增强镁基复合材料的界面结构和主要强韧化机理。最后,对金属颗粒增强镁基复合材料制备材料及工艺的发展进行了展望。

航天器复合材料桁架连接增强方法与验证

大型航天器主承载复合材料桁架局部承受过大的轴向拉伸载荷时,存在接头与杆件拉脱破坏的风险。基于胶接桁架碳纤维分层破坏机理,提出了外套管增强胶接、锥面配合增强胶接和组合增强胶接3种连接增强方案,通过优化传力路径达到降低层间应力的目的。针对3种连接增强方案,投产了相应的试件开展性能测试。经试验验证,胶接增强设计方法能够有效提高承载能力33%~66%,极限拉脱力达到200 kN,可为大型航天器主承载桁架研制提供参考。