未固化预浸料在热模压预成型过程中的黏弹性行为研究

在热模压预成型过程中,压力对最终产品的性能和质量有重要影响。本文研究了未固化预浸料层合板在不同铺层方向、压缩距离、压缩速度及厚度下的压缩和松弛行为。结果表明,幂律模型能准确描述热模压过程中预浸料受外力压缩时的应力变化,广义Maxwell模型和考虑应变历史的分数阶黏弹性模型能描述预浸料的应力松弛过程,拟合曲线与实验点吻合良好,R^(2)均大于0.96。相较于广义Maxwell模型,分数阶黏弹性模型所需确定的参数少,物理意义明确,更适合描述预浸料在热模压过程中应力松弛时的黏弹性变形过程。

沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为

采用基于连续破坏力学和功势原理的模型对沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为进行研究。该模型中利用虚应变来描述沥青混合料的时间依赖性,利用破坏参数和虚劲度模量的关系描述沥青混合料的破坏特性。通过不同条件下的复数模量试验确定了沥青混合料的线黏弹性力学参数,进行了不同条件下的恒应变率压缩试验来确定沥青混合料的破坏特性。确定了破坏参数、应力的勒贝格范数和虚劲度模量之间的关系,进而用线性分段法计算了沥青混合料的黏弹性应变。利用该模型对不同条件下的恒应变率压缩试验结果进行了分析。结果表明:预测值和实测值吻合良好。

复杂移动轮胎力作用下沥青路面黏弹性力学行为模拟研究

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法则宜采用应变硬化率关系式;在轮胎力反复作用下,路面内部的应力分布趋于均匀,中面层承受较大的Tresca应力;在轮胎工作状态相同的条件下,单轮组对路面永久变形的贡献与双轮组同等重要,双轴组对路面的破坏效应比单轴组更加显著。

纤维增强复合材料的热黏弹性能

建立了纤维增强复合材料的热黏弹性力学模型。模型中环氧树脂基体相与温度相关的黏弹性采用三元件模型模拟,模型参数通过热机械动力学分析实验测定,基于黏弹性–弹性对应性原理,采用复刚度法建立了单向和层合复合材料不同温度条件下的储能模量和耗散模量预测模型,并制备了一种玻璃纤维增强复合材料进行了试验验证。研究发现单向复合材料0°方向的耗散模量及90°方向的储能模量在整个实验温度范围内与树脂基体的变化规律是一致的,层合板的耗散抗弯刚度随温度近似呈线性增加,而储能抗弯刚度则呈加速下降趋势。所建立的模型能反映出试验观测到的规律。

纤维沥青混凝土FRA黏弹性预测模型

纤维沥青混凝土FRA(Fiber reinforced asphalt concrete)的力学行为取决于沥青混合料和纤维的物理属性及几何特征。通过三参数固体模型,考虑纤维的几何特性,构造了一种预测FRA黏弹性行为模型,推导出该模型的本构方程、蠕变柔量和松弛模量表达式。采用该模型研究了纤维体积分、比半径和弹性模量等对FRA松弛模量和蠕变柔量的影响。结果表明,纤维掺入量和比半径对FRA的松弛模量和蠕变柔量影响较大,而弹性模量影响较小。通过试验,验证了FRA预测模型具有较高的精度。在研究试验范围内,SMA-13沥青混凝土的聚丙烯腈纤维(PAN)最佳掺入量和长径比分别为0.3%～0.4%和600～900。

HDPE蠕变行为的研究

研究HDPE的蠕变行为不仅有助于从分子运动机理上揭示聚合物的黏弹性行为,还能够预测材料使用过程中的尺寸稳定性及长期承载能力,减小工程设计误差,确保材料使用的安全性,因而具有重要的理论意义和实用价值。回顾了蠕变理论的发展,综合了近年来有关HDPE蠕变行为及形变机理的研究进展,并以HDPE单向拉伸格栅为例简要分析了此项研究的发展及应用前景。

静电纺丝带电射流不稳定段的受力分析

针对静电纺丝带电射流不稳定段的黏弹性行为,建立和分析该段的理想力学模型,并对其控制方程进行计算,得出三维笛卡尔坐标系中带电射流不稳定段的物理属性和动力学性质。研究结果对静电纺丝工艺发展有一定的理论指导意义。

静电纺丝射流不稳定段的理论分析

着重研究静电纺丝射流鞭打的物理模型,即溶剂挥发与蒸汽压差、流量、射流直径和总长度之间的物理模型,分析溶剂挥发速率和相对湿度对纤维直径的影响;采用Jeffreys模型和Voigt模型分别描述不稳定段开始端和末端的黏弹性模型;构建不稳定段动力学模型并得出耦合控制方程,对静电纺丝工艺开发具有一定的理论指导意义。

PAN纤维对排水性沥青混凝土抗车辙性能的影响

为提高排水性沥青路面抗变形性能,利用高性能纤维-聚丙烯晴纤维(PAN)对多孔沥青混合料进行路用改性。通过构建的纤维增效沥青混凝土的黏弹性模型,推导出材料力学分析模型的本构关系及其松弛模量、蠕变柔量的理论表达式。利用车辙试验,获取各个温度下多孔沥青混合料本构模型的基本参数,并将该预测模型推广到有限元仿真分析。纤维掺入比、长径比和材料的弹性模量对沥青混凝土抗形变的能力研究表明:PAN纤维掺入量、比半径对排水性沥青混凝土的蠕变柔量和松弛模量增效作用较大,而纤维弹性模量的增效作用较小。在试验范围,多孔沥青混凝土(OGFC-13)的聚丙烯晴纤维(PAN)最佳掺入比、长径比分别为0.3%～0.4%、900。因此,施工中纤维的和易性与分散性不足,是制约纤维对大孔隙沥青混凝土路用性能增强的主要因素。