考虑细观随机分布的SMC/UD混杂复合材料建模与分析

本文针对片状模塑料(SMC)/单向纤维(UD)构成的混杂复合材料力学性能进行研究,在细观层面采用蒙特卡洛方法随机生成纤维片,提出的抑制干涉效应的建模方法能够有效改善纤维片间的重叠率,通过敏感度分析确定了细观代表体元尺寸,对细观代表体元施加周期性边界条件以获得混杂复合材料弹性参数,模型的弹性模量预测结果和试验结果吻合良好;并进一步探讨了纤维片尺寸、体积分数以及铺层方式对混杂复合材料弹性模量的影响。结果表明:纤维片长宽比不同会导致代表体元尺寸发生变化,长宽比增加,混杂复合材料弹性模量增加;纤维片体积分数增加将导致混杂复合材料弹性模量增加;对混杂复合材料进行铺层设计,可以使其既具有SMC复合材料的可成型性,又具有与准各向同性材料相当的弹性模量。

选区激光熔化成型铝基复合材料研究进展

选区激光熔化(SLM)制备铝基复合材料,改善了传统制造方法遇到的颗粒团聚、界面结合差等问题。本文以激光参数和增强颗粒为切入点,综述了微观结构、组织转变、颗粒分散、晶体形态和界面结合等微观组织特征及演化规律。增强颗粒在基体中成为异质形核点,促进了晶粒细化,优化了晶体形态;激光参数调整能量输入,使熔池产生温度梯度,引起的Marangoni流优化了颗粒分布和界面等微观结构。阐述了SLM制备的Al基复合材料的拉伸和疲劳性能优于相同方法制造的铝和铝合金性能,并根据微观失效断面分析了影响因素。可通过调整激光参数和增强颗粒,改善微观组织,减少气孔和裂纹,从而提高材料拉伸和疲劳性能。最后总结了SLM制备的铝基复合材料的优缺点,根据仍存在的问题对尚待解决的技术问题和未来研究方向作了展望。

植物纤维增强PHBV和PBAT可降解复合材料研究进展

目的植物纤维在增强可降解复合材料中的应用日益广泛,探讨植物纤维作为增强材料,在提升聚3-羟基丁酸-3-羟基戊酸共聚酯(PHBV)和聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)2种可降解复合材料综合性能中的优势与潜力。方法综述不同种类植物纤维增强PHBV和PBAT可降解高分子材料的研究进展,对各种复合材料的综合性能进行分析比较,并对其应用性能和前景进行总结与展望。结果植物纤维作为增强材料在PHBV和PBAT可降解高分子材料中的应用具有显著的优势和潜力,通过合理的纤维选择和表面改性技术,可制备出综合性能优异的可降解复合材料,满足不同应用领域的需求。结论未来,植物纤维增强PHBV和PBAT可降解复合材料的研究应针对抗菌抗氧化、水气阻隔、阻燃抑燃等领域展开系列研究,制备集高强度、耐水性和功能性于一体的可降解复合材料,以推动植物纤维增强可降解复合材料在更多领域的广泛应用。

采用电阻加热工艺的复合材料二次胶接接头的拉伸剪切性能

通过试验研究了5种嵌入物对热固性复合材料二次胶接接头拉伸剪切性能的影响。试验结果显示:金属网嵌入物须进行表面处理才能提高胶接质量;电阻加热工艺制备的接头拉剪强度优于热压罐工艺;嵌入物可提高接头的拉伸剪切性能,碳纤维预浸料嵌入物的接头拉伸剪切性能最好;镍网嵌入物致密度高,对应的胶接质量优于铜网嵌入物;接头搭接区域端部存在严重的应力集中;金属网嵌入物提高了接头拉伸刚度;嵌入物接头呈现内聚破坏、黏附破坏、被胶接件纤维撕裂破坏、嵌入物破坏,剥离应力在破坏中起主要作用;断面破坏模式分布区域越不规则,胶接质量越差。

复合材料专业英语课程思政建设探索

专业英语是材料类本科生重要的理论与实践相结合的必修课程,该课程的教学质量对促进材料专业的本科生科技创新活动的开展和提高未来的就业深造的质量具有重要影响。将课程思政融入包括复合材料专业英语在内的材料专业英语课程势在必行,该文基于现有的具体情况,全面地分析在复合材料专业英语课程中进行课程思政的必要性、现状和存在的问题,并提出相应措施,以推进课程思政在复合材料专业英语课程中的全面开展和高质量实施,进而提高人才培养质量和水平。

碳纤维复合材料在土建结构加固中的技术应用

碳纤维复合材料(CFRP)作为一种新型结构加固材料,具有质量轻、强度高、施工便捷等优点。通过对CFRP在混凝土构件、钢结构和桥梁加固工程中的应用研究,发现CFRP能显著提升结构承载能力。实验表明,CFRP与混凝土基材间的粘结强度在4.5 MPa以上时可确保加固效果;在钢结构加固中,CFRP片材的铺设角度在45±5°范围内最佳;对于桥梁加固,采用U型包裹法能使构件抗弯承载力提升40%以上。针对当前应用中存在的问题,从材料性能优化、施工工艺改进和质量控制等方面提出了相应的技术建议。

磁性纳米ZnFe_(2)O_(4)/Ag_(3)PO_(4)复合材料的合成及光催化降解性能

磁性纳米复合材料作为一种具有回收再利用特性的新型催化剂,在环境科学领域受到了广泛的关注.本研究用水热法合成了磁性纳米ZnFe_(2)O_(4)/Ag_(3)PO_(4)复合材料.X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的纳米复合材料进行了表征.同时,研究了ZnFe_(2)O_(4)/Ag_(3)PO_(4)复合材料在可见光下降解亚甲基蓝的催化性能.光催化降解结果表明,复合材料对亚甲基蓝的降解能力受ZnFe_(2)O_(4)与Ag_(3)PO_(4)的物质的量的比影响较大,当ZnFe_(2)O_(4)与Ag_(3)PO_(4)的物质的量的比为0.1∶1时,所得复合材料的光催化活性最高.与纯Ag_(3)PO_(4)相比,ZnFe_(2)O_(4)/Ag_(3)PO_(4)具有优异的结构稳定性和循环利用性能.循环4次后,ZnFe_(2)O_(4)/Ag_(3)PO_(4)的回收率为93.1%,光照60 min对亚甲基蓝的降解率为54.5%,回收率下降了5.1%,亚甲基蓝降解率下降了8.1%,而纯的Ag_(3)PO_(4)样品经过4次循环使用后,回收率下降了50.2%,亚甲基蓝的降解率下降了28.7%,说明ZnFe_(2)O_(4)的加入,提高了复合材料的稳定性和磁回收特性.自由基捕获实验表明空穴(h^(+))和超氧自由基(·O_(2)^(-))是亚甲基蓝降解反应中的主要活性物质.

新工科背景下《金属基复合材料》课程多元化教学模式的创新与实践

随着新工科的发展,对工程类人才的培养提出了更高的要求。本文以《金属基复合材料》课程为例,探索了多元化教学模式的创新与实践,包括翻转课堂、项目式学习、混合教学和校企合作等方式。通过分析课程现状和存在的问题,提出具体的改革对策。实践表明,多元化教学模式能够显著提升学生的学习效果、实践能力和创新意识,为新工科人才培养提供重要支持。

碳纤维复合材料与极地环境因素交互关系研究

目的揭示低温环境对碳纤维复合材料静态力学性能的影响,探讨极地环境因素的交互关系及其性能敏感性。方法采用正交试验设计,并通过极值与方差分析法探究各因素对材料性能影响的显著性与主次顺序。基于响应面法,建立力学性能指标与各环境因素间的二次回归模型,分析各因素之间的交互作用。结果碳纤维复合材料的硬度、抗拉强度和弹性模量对环境因素的敏感性存在差异。材料硬度和抗拉强度主要受辐照影响,其次为温度和覆冰厚度;弹性模量则受温度影响显著。响应面分析结果表明,温度、覆冰厚度与辐照之间存在明显的交互效应,尤其是对抗拉强度和弹性模量的影响更为显著,而对硬度的交互影响较弱。结论碳纤维复合材料在极地环境下表现出良好的稳定性与环境适应性,该研究将为碳纤维复合材料的极地应用提供一定的数据支持与理论基础。

复合材料专业教师促进专业课程思政教育的探讨

复合材料专业教师是学生专业知识的施教者和专业生涯的启航者,专业教师、专业课程中的思政教育以及它们的融合也是专业建设的新的关注点。该文针对复合材料专业的教育特征和发展特征,提出复合材料专业教师是复合材料专业课程思政教育的第一责任人、第一策划人、第一实施人和第一见证人。秉持坚定的立场和明确的方向是复合材料专业教师的职责,充实和贴切的内容是复合材料专业课程进行思政教育的充实内涵,专业教师在行为和方法上将专业知识与专业实际发展相结合进行立标和树人,并关注专业课程思政教育在身边和在未来的效果。专业教师在专业课程思政教育中发挥的独特作用,促进人才培养和专业建设的提升。

复合材料发动机壳体湿法缠绕用树脂的研制及其界面性能

为满足碳纤维复合材料发动机壳体的制备需求,本文以多官能团环氧树脂为基体,以自制混合胺类为固化剂,研制出一种黏度低、适应期长、耐热性能好以及界面性能优异的环氧树脂体系。采用差示扫描量热仪(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)、全自动光学接触角测量仪以及界面性能测试仪对环氧树脂体系的固化反应以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能进行系统研究。结果表明,研制的树脂体系在室温下8 h黏度为800 mPa·s左右,浇铸体力学性能优异,玻璃化转变温度达到190℃。界面性能测试结果表明树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维NOL环拉伸强度为2358 MPa,满足了树脂复合材料缠绕构件在复合材料发动机壳体上的工艺使用要求。

氢氧化镁-活性炭复合材料的制备及其对糖浆脱色工艺优化

为寻找绿色环保且具有高吸附性的糖浆脱色材料,本文通过原位生成氢氧化镁沉积在活性炭表面,制备了氢氧化镁-活性炭复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、比表面积和空隙度分析仪(BET)和X射线衍射仪(XRD)对制备的复合材料进行了表征,并以脱色率为指标,复合材料投入量、pH、脱色温度、脱色时间为影响因素,采用单因素及正交试验优化赤砂糖回溶糖浆脱色的最佳工艺。结果证明所制备的氢氧化镁-活性炭复合材料为多孔性,其比表面积和空隙率大、晶型结构良好、吸附能力强。糖浆脱色的最佳工艺为:复合材料用量为0.70 g,pH为10.00,脱色温度为50℃,脱色时间为50 min。在该工艺条件下的脱色率可达到80.7%,脱色效果明显优于商用活性炭。综上表明,氢氧化镁-活性炭复合材料对糖浆具有较理想的脱色效果,作为一种绿色材料在工业制糖方面具有一定的应用前景。

基于LS-DYNA的复合材料包装容器旋转跌落数值模拟分析

目的以超大型复合材料包装容器为研究对象,利用ANSYS显示动力学分析,探究复合材料包装箱旋转跌落数值模拟技术。方法基于能量守恒定理,将旋转跌落高度参数转化为旋转跌落角速度参数,作为旋转跌落强度指标;利用ANSYS的LS-DYNA模块,建立基于数值仿真分析方法的复合材料包装容器旋转跌落模型,并对多个旋转跌落工况进行仿真分析。结果研究表明,复合材料包装容器无法承受直接的旋转跌落冲击,需进行缓冲保护;在冲击部位施加硬质橡胶缓冲衬垫,使冲击部位的应力大幅度减小,小于材料本身的许用应力。结论旋转跌落是大型包装容器最容易受到的冲击方式之一,在冲击部位对复合材料容器添加缓冲防护,可实现包装容器旋转棱向跌落和旋转角向跌落的安全。

基于铝土矿的矿物复合材料的制备及其在川宣地1井深部卤水提锂中的应用

以天然铝土矿为原料,制备了以LiCl·2 Al(OH)_(3)·n H_(2)O为核心成分的铝土矿基矿物复合材料(bauxite-based mineral composites,BMC),并用于川宣地1井深部卤水中锂的分离和富集,并探讨了模拟溶液和真实卤水中BMC对Li^(+)的吸附和解吸性能。模拟Li^(+)溶液吸附结果表明,拟二级动力学模型和Langmuir模型能较好地描述吸附过程,且298 K时Li^(+)饱和容量为2.78 mg/g。川宣地1井深部卤水中Li^(+)分离和富集研究结果表明,BMC用量1.0 g/25 mL时,卤水中Li^(+)的吸附率达到86.38%,在Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)等竞争离子存在的情况下,对Li^(+)具有良好的选择性吸附,经过5次吸附和再生后,吸附容量下降了10.64%。洗脱液经过离子交换树脂除杂后,采用Na_(2)CO_(3)沉淀的方式对洗脱液中Li^(+)进行富集,Li_(2)CO_(3)产率最高可达80%以上,且制备的Li_(2)CO_(3)与商用分析纯Li_(2)CO_(3)具备相当的品质,表明铝土矿基矿物复合材料在卤水提取Li^(+)方面具备一定的应用潜力。

高韧性环氧树脂的制备及在复合材料中的应用

为探究不同纳米核壳增韧粒子对环氧树脂及其复合材料性能的影响,选用了3种纳米核壳增韧剂与自制的改性酸酐固化剂结合,制备出具有高韧性的环氧灌注树脂组合料。在固化前,对比测试了所制环氧树脂组合料的外观、密度、黏度和环氧值,发现黏度受增韧剂的影响尤为显著。利用差示扫描量热分析仪和万能材料试验机测试了环氧树脂固化物在不同温度下的力学性能和热性能。通过扫描电子显微镜(SEM)分析了树脂增韧的机理。采用真空灌注工艺,将环氧树脂制备成高韧性环氧树脂/玻璃布复合材料,并测试了复合材料在不同温度条件下的性能。结果显示,使用纳米核壳增韧剂的改性树脂的玻璃化转变温度超过140℃,显示出良好的耐热性。特别是采用增韧剂MX125的树脂,在-50℃的低温下,拉伸强度达到96.2MPa,冲击强度为36kJ/m^(2)。对比测试不同纳米粒子含量的改性树脂,发现当纳米粒子质量分数约为15%时,改性树脂的冲击韧性达到最佳。SEM观察树脂断面的微观结构表明,当树脂受到冲击发生断裂时,纳米粒子会在树脂断面的表面形成空穴或残留颗粒,有助于提高树脂的韧性。

热固性树脂基碳纤维复合材料的闭环化学回收与再利用

热固性树脂及碳纤维增强热固性树脂基复合材料(CFRP)日益增长的需求量和废料量使碳纤维的回收利用问题进入人们的视线。然而,由于树脂基体具有永久交联的网络结构,使CFRP难以温和降解回收。在双碳目标之下,闭环化学回收成为热固性材料可持续发展的关键。近年来,动态适应网络(CANs)成为可闭环化学回收热固性树脂设计与制备的优选方案之一。文章综述了含酯键、亚胺键、六氢三嗪结构、间乙烯氨酯键、酮胺结构和二硫键的CANs聚合物及碳纤维复合材料的闭环化学回收与再利用进展,并从催化剂、温度、pH值、溶剂等方面比较了它们各自回收的优缺点,旨在为未来可闭环化学回收的热固性树脂设计提供借鉴和参考。

连续吸波SiC纤维增强SiOC陶瓷基复合材料的高温吸波性能

利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率为4.28%。采用矢量网络分析仪测试介电常数,结合传输线理论对复合材料在8.2~18 GHz下室温至800℃的吸波性能进行计算优化。结果表明:SiC-BN/SiOC复合材料的室温介电常数呈现出明显的频散效应,使其具有良好的宽频吸波特性。当复合材料厚度为2.1 mm时,在X波段和Ku波段反射损耗优于-10 dB的最大频宽为5.7 GHz。此外,复合材料的复介电常数实部和虚部随着环境温度的升高而增大。在宽频反射损耗优于-5 dB的水平下,材料的最优厚度由2.3 mm(200℃)降至1.1 mm(800℃)。

基于复合材料性能退化规律的疲劳剩余刚度预测模型构建

针对现有复合材料剩余刚度预测模型考虑因素不全的问题,提出了一种考虑到最大应力、初始刚度、临界剩余刚度、循环周次及恒幅疲劳寿命共同作用的复合材料疲劳剩余刚度预测模型。结果表明:所提模型符合三阶段性能退化规律,可用于描述复合材料的剩余刚度退化,吻合精度高;模型在高应力区表现出比在低应力区更高的预测精度,这与高应力下数据点较为集中有关;与已有模型进行对比,本文所提模型对复合材料疲劳剩余刚度具有较高的预测精度和普适性。

具有结构健康监测功能的纤维增强聚合物基复合材料的研究现状

纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能在许多行业中得到了广泛的应用。但由于纤维增强聚合物基复合材料本身的结构特点,以及所处环境和荷载情况的复杂性,对其整体性和耐久性进行分析比较困难。采用结构健康监测(SHM)技术对复合材料的结构状况进行监测,提高了复合材料结构的安全性和可靠性,在许多行业得到了广泛的应用。综述了基于电阻传感的纤维增强聚合物基复合材料的SHM方式及其应用,并对纤维增强聚合物基复合材料SHM的发展进行了展望。

无机质增强植物纤维高分子复合材料研究进展

无机质增强植物纤维高分子复合材料已成为功能型复合材料领域中的重点关注对象,其具有性能优异、附加值高、应用领域广等优势。系统综述了国内外关于蒙脱土、云母、氧化物、碳酸钙、滑石粉、石墨烯、炭黑及碳纳米管等无机质增强植物纤维高分子复合材料在阻燃、耐老化、导电及电磁屏蔽等功能方面的研究现状和进展,针对无机质增强复合材料在功能性拓展、无机质与基体材料复合、功能性内在机理分析等方面提出存在的问题,并展望功能型复合材料领域的发展前景,以期为进一步推动高附加值功能型复合材料的研究提供科学理论依据。