双向拉伸金属-复合材料元件力学行为理论研究

复合材料在航空领域的应用越来越广泛,在对其具有强大需求的背景下,如何通过理论与试验更好地预测其关键部位性能,也变得极为重要。目前金属-复合材料连接行为仍是一个难点,现有航空结构的关键部位还需金属连接,这就有必要进行金属-复合材料连接研究。本文通过考虑树脂基复合材料的固化残余应力,针对积木式试验中的元件级别,采用通用有限元软件ANSYS对双向金属-复合材料元件的力学行为响应进行数值模拟研究。计算结果表明:元件级别的金属-复合材料连接部分固化残余变形高达0.67 mm,主要表现为翘曲变形。在极限应变下,层间应变高达0.022 mm。

飞机金属-复合材料副翼结构优化技术

针对飞机副翼结构,讨论了一种金属-复合结构的联合优化设计方法。用拓扑优化方法得到传力路径并对金属骨架布局进行设计。对于金属部件,采用拓扑优化方法进行概念设计,然后通过尺寸优化等方法对各个具体部件进行详细设计。对于复合材料蒙皮,采用三级优化设计方案,从铺设角、铺层比例、铺层厚度、铺层块形状及位置以及铺层次序等多个方面给出层合板的设计参数,并且在设计过程中充分考虑了制造约束。

借助嵌入法制造金属-复合材料的构件

为改善高负荷承载零部件的耐磨性能、耐腐蚀性能及受力状况,有针对性地将纤维复合材料与金属材料功能层进行结合。在大量试验研究的基础上,提出借助嵌入法制造金属-复合材料的构件,通过选择使用适当的TPU过渡层,能明显降低热感应翘曲和会导致产品失效的内应力。

金属-复合材料层板抗冲击性研究

采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件对金属-复合材料层板(FML)结构的抗冲击性进行了分析。仿真结果表明,在FML平板受到叶片冲击过程中,FML平板以冲塞型失效为主;相同冲击速度下,FML平板中金属含量的提高和金属与复合材料混合程度的提高可以很好的提高FML平板的抗冲击性;不同冲击速度下,FML平板的能量吸收能力与叶片入射速度有关,在某一速度下可使FML平板吸收能量最少。分析结果能够为开展FML平板结构抗冲击性能的试验验证提供参考。

层状Ti-Ta二元金属-金属复合材料的疲劳性能研究

二元金属复合材料在航空航天、高端装备等领域具有广阔的应用前景。金属-金属之间的界面通常会对疲劳裂纹的萌生和传播产生影响,但目前关于层状金属-金属复合材料的疲劳性能的研究较为有限。本文通过粉末冶金方法制备一种Ti-Ta金属-金属层状结构复合材料,并进行热变形处理,系统研究了在不同交变应力下的疲劳寿命和断口形貌。结果表明:Ti-Ta金属-金属层状复合材料的疲劳强度为450 MPa,显著高于纯Ti的。在疲劳断口中,Ta区域呈现出明显的疲劳条纹特征,而Ti区域则在疲劳稳定传播区内呈现解理断裂。此外,Ti和Ta区域之间的界面可以抑制裂纹的扩展,并改变裂纹扩展的方向。由于裂纹传播的方向不断变化,疲劳断口表面呈现出一种“阶梯状”的微观结构。本研究为层状金属-金属复合材料的疲劳裂纹扩展提供了一种新的模型。

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)柔性电极的研究进展

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一种电活性的智能软材料,由离子交换薄膜及其上下表面的柔性电极组成,其中柔性电极的优异性能对于提升IPMC的驱动和传感性能至关重要。目前专门针对IPMC传感的电极研究相对较少,而适用于IPMC驱动的电极一般也满足其传感的电极要求,因此本文从IPMC柔性电极的材料筛选、制备和柔性电极对驱动性能的提升策略方面综述了IPMC柔性电极的国内外研究进展。首先,简单概述了IPMC智能软材料的组成及其驱动、传感机理;其次,归纳整理了IPMC电极材料的种类和各类电极材料面临的问题,如金属电极易疲劳开裂且比电容较低的问题,导电聚合物电极的电导率较低等问题;最后,重点综述了改性柔性电极在提升IPMC驱动性能方面的研究进展并展望了其发展趋势,理想的IPMC柔性电极应兼具较高的电导率、较大的比电容和优异的稳定性特点,以期为IPMC智能软材料的开发和应用提供参考。

硼基复合材料在肿瘤诊疗中的研究进展

在世界卫生组织(WHO)宣布硼(B)是人类“可能的必需元素”之后,硼基复合材料成为生物医学领域新的研究热点.研究结果表明:硼及其衍生物在多方面呈现抗癌特性,包括放射性治疗、联合治疗、调节细胞信号表达和生化过程等.此外,美国食品药品监督管理局(FDA)批准的5种含硼药物极大地影响了硼及其衍生物在药物化学、化学生物学、药物输送、生物材料探索、药理改进和营养方面的应用.文章综述了多种类型的硼基材料以及它们在制药和肿瘤治疗方面的潜在应用,有助于含硼化合物的进一步开拓和创新.

放电等离子烧结在金属-陶瓷复合材料制备中的应用

放电等离子烧结(SPS)是一种材料制备新技术。近年来,放电等离子烧结技术已成功用于制备金属 陶瓷复合材料,且在制备难熔化合物、纳米材料、梯度功能材料和开发新金属 陶瓷复合材料方面有其独特的优越性。综述了金属 陶瓷复合材料放电等离子烧结的最新研究进展,指出了放电等离子烧结金属 陶瓷材料的优缺点,并对今后的研究作了展望。

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)的电极界面研究进展

离子聚合物-金属复合材料(Ionic polymer-metal composites,IPMC)是一种新型的智能材料,由于其具有良好的机电转换能力且本体柔软,可以制作成多种驱动器和传感器,因而在各个领域中展示出巨大的应用潜力。这种材料的机电性能受多种因素影响,其电极界面是重要影响因素之一。文章回顾了近几年来国内外针对IPMC材料的界面电极特性所做的研究工作,归纳了优化电极界面的主要措施,并提出一种有效提高IPMC材料电极界面的制备工艺设计思路。

稀土对玻璃纤维填充金属-塑料多层复合材料抗冲击磨损性能的影响

研究了稀土元素处理玻璃纤维填充金属 塑料多层复合材料在冲击载荷、干摩擦条件下的摩擦和磨损性能 ,并利用扫描电子显微镜(SEM )对磨损表面进行了观察和分析。结果表明 ,用稀土表面改性剂处理玻璃纤维表面 ,可以提高玻璃纤维与聚四氟乙烯之间的界面结合力 ,改善复合材料的界面性能 ,并有利于在偶件表面形成分布均匀、结合强度高的转移膜 ,使复合材料与偶件表面之间的对摩减轻 ,大幅度地降低了复合材料的磨损 ,从而使复合材料具有优良的摩擦性能和抗冲击磨损性能。

金属微粒-电介质复合材料的高频电磁特性

利用高频电磁波作用下金属微粒的等效偶极子模型,考虑表面衰减而引入金属颗粒的归一化电磁参数,由等效介质理论(EMT)得到推广的Bruggeman公式计算了金属颗粒-电介质复合材料等效电磁参数随入射波频率的变化.对于无磁性金属微粒所形成的复合材料,较高的等效电容率的虚部反映了复合材料具有一定的磁损耗和较强的吸波特性,等效磁导率的实部小于1显示出抗磁性.

离子聚合物-金属复合材料的理论建模研究现状

离子聚合物-金属复合材料IPMC(Ionic polymer-metal composite)是一种新型的智能材料,在航天航空、生物医学、仿生机械等领域具有广阔的应用前景。简单介绍了IPMC材料及其性能特点,综述了基于IPMC材料工作机理的理论模型以及从IPMC实际应用角度出发的等效模型的研究现状,并对两种模型进行了比较。其中理论模型可以直观地分析IPMC的性能,但是模型参数多且结构复杂,不易掌握;等效模型简易实用,但是精度不高,扩展性差。指出了IPMC建模研究未来的发展趋势。

稀土元素表面处理对玻璃纤维填充金属-塑料多层复合材料冲击磨损性能的影响

The friction and wear properties of the metal plastic multilayer composites filled with glass fiber, treated with rare earth elements surface modifier, under impact load and dry friction conditions were investigated. Experimental results show that the metal plastic multilayer composite filled with glass fiber exhibits excellent friction and impact wear properties when using rare earth elements surface modifier in the surface treatment of glass fiber.

钯型离子聚合物-金属复合材料的制备工艺参数优化研究

主要研究钯电极型离子聚合物-金属复合材料(Pd-ionic polymer-metal composite,Pd-IPMC)的制备工艺。以增加Pd-IPMC的电致动位移为优化目标,采用正交优化方法,针对浸泡还原镀和化学镀两个核心步骤进行了参数优化,探索了主要工艺参数对材料电致位移的影响规律。实验结果给出了工艺参数的优化值,以及这些参数对材料性能的影响水平和效应曲线。由优化后工艺参数制备的Pd-IPMC性能较优化前有显著提高,且优于ERI公司商业化的IPMC。研究结果充分验证了Pd作为IPMC电极的可行性,解决了现有Pd-IPMC材料致动性能不理想的难题,对于制备低成本、大变形的IPMC材料,并促进其工程应用具有重要意义。

碳纤维-手撕钢复合材料的力学性能及除冰功能

碳纤维增强复合材料因其轻质高强等优异特性,在轨道交通、航空航天等领域具有重要作用。然而,作为高空飞行器表面结构材料,碳纤维复合材料在低温环境中存在力学性能衰减和结冰等问题,严重影响了其服役安全性。以单向碳纤维预浸料和不锈钢超薄带即手撕钢为原材料,采用铺层固化的方法,设计了不同裁剪形状的手撕钢与碳纤维铺层的“碳纤维-手撕钢”复合材料,并对其在电流驱动下的力学性能和除冰功能进行研究。研究表明,手撕钢不仅能够改善复合材料内部的应力分布,提升力学性能,而且由于手撕钢的电流致热效应,能够实现复合材料的温度调控,从而进一步改善材料的强度和吸能特性。此外,手撕钢的裁剪宽度对于调控电流通路及其致热效应具有重要影响,是优化材料力学性能和除冰功能的关键因素。研究结果对于“碳纤维-手撕钢”复合材料的力学设计和电流驱动除冰功能实现具有一定的指导意义,并有望在航天航空等领域得到重要应用。

离子聚合物-金属复合材料分数阶模型的建立与控制

IPMC是一类具有很好应用前景的电活性智能材料,但响应机理复杂且具有非线性限制了其开发与应用。分数阶控制是对传统整数阶控制理论的概括和补充,分数阶控制理论使得传统经典的PID控制理论更具有可模拟性和鲁棒性。为了准确地建立IPMC驱动器的模型并说明分数阶控制的优越性,首先建立了描述IPMC驱动器的整数阶模型和分数阶模型,然后比较两种模型的拟合精度,确定采用拟合精度更高的分数阶模型来描述IPMC驱动性能。针对IPMC分数阶模型设计了整数阶PI控制器和分数阶PIλDμ控制器。最后通过仿真分析可见,分数阶控制的上升时间更快,超调量更小,通频带更宽,可应用于控制IPMC的形变,证明了应用分数阶控制方法使得被控系统的性能得到了明显的改善。

柱状金属微粒-电介质复合材料的等效介电常数

基于介质圆柱电磁散射理论和等效介质理论,导出了金属柱微粒-电介质复合材料的等效相对介电常数的表达式。数值结果表明:入射波频率低于某一频率或金属柱掺料的体积分数增大到一定数值时,复合材料的等效相对介电常数实部会变为负数。

金属-金属层状结构复合材料研究进展

金属-金属层状复合材料作为一种新型复合材料越来越受到材料研究者的关注。该类复合材料利用具有不同金属组元本征特性,并充分发挥了金属-金属界面的不同特性以及金属层之间的协调变形效应的优势。由于金属-金属层状复合材料具有高强度、高硬度、耐高温氧化以及优良的塑性,在防冲击、耐磨、航空航天、机械、电子等领域有着广泛的应用。围绕金属-金属层状复合材料的结构特性,阐述组元成分、层厚、应变速率以及外加应力状态等与其性能之间的本构关系,可以为进一步优化该材料的结构有着指导意义。此外,还阐述了制备金属-金属层状复合材料的不同方法以及其适用金属、应用背景等,并着重介绍了一种利用粉末冶金方法制备的具有可控界面的新型Ti基金属-金属层状复合材料,有望广泛运用于其他金属基复合材料的制备。

仿生结构Ti-Ta金属-金属复合材料的动态力学行为

仿贝壳结构或层状结构材料同时具有高的强度和韧性,是当前材料结构优化的重要设计模型之一。通过粉末冶金与热加工方法制备具有仿生结构特征的Ti-Ta金属-金属复合材料,并研究其动态力学行为。结果表明:仿生界面结构对Ti-Ta复合材料的变形行为具有重要影响,使材料的破坏行为表现为裂纹桥联和局部层裂,在力学变形上也表现出明显的应变速率强化、应变强化以及绝热软化特征。材料的屈服强度随着应变速率的提高而提高;在高应变速率下,随着变形量的增加,流变应力变化得较为平缓。采用改进的Johnson-Cook (J-C)本构模型能很好地描述Ti-Ta复合材料的动态行为,同时发现,Ti-Ta复合材料的应变速率强化指数C远低于纯Ta的,而略低于纯Ti的。

离子聚合物-金属复合材料的研究进展

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一类电活性材料,可作为柔性致动器和传感器,因在仿生学领域有广阔的应用前景而成为材料科学的研究热点之一。概述了IPMC的研究现状,包括IPMC的致动原理,基质膜材料的结构、制备及性质以及电极的制备方法及工艺。基于材料组成结构对IPMC基质膜进行了分类,详细讨论了膜材料的化学结构与其质子交换能力、溶胀性、吸水率、致动力、形变性等性能的关系,并分析了各类材料的特点及局限性;讨论了IPMC电极制备方法及工艺,分析了电极制备方法与其性能的关系;通过归纳总结IPMC组成结构对其性能的影响规律,探讨改进IPMC性能的方法,并展望了该类材料的发展前景。