Elastic and Plastic Behaviors of Laminated Ti-TiBw/Ti Composites

The novel laminated Ti-TiBw/Ti composites composed of pure Ti layers and TiBw/Ti composite layers have been successfully fabricated by reactive hot pressing. Herein, two-scale structures formed： the pure Ti layer and TiBw/Ti composite layer together constructed a laminated structure at a macro scale. Furthermore, TiBw reinforcement was distributed around Ti particles and then formed a network microstructure in TiBw/Ti composite layer at a micro scale. The laminated Ti-TiBw/Ti composites reveal a superior combination of high strength and high elongation due to two-scale structures compared with the pure Ti, and a further enhancement in ductility compared with the network structured composites. Moreover, the elastic modulus of the laminated composites can be predicted by H-S upper bound, which is consistent with the experimental values.

三维纺织复合材料热-力学性能研究进展

三维纺织复合材料具有优异的力学性能、可设计性强和耐极端环境等优点,在航空航天领域有着广泛应用。为深入了解应用于高温环境中三维纺织复合材料的结构体系和力学行为,本文从三维纺织结构出发,综述了三维纺织复合材料结构类型及其在航空航天领域上的应用;总结了三维纺织复合材料成型工艺和结构特征;分析了三维纺织复合材料热-力学性能的研究进展情况;提出了未来的研究重点和需解决的关键问题,以期为新一代三维纺织复合材料的耐高温/承载设计、制造和应用提供依据。

聚羧酸减水剂结构改进与性能提升的聚合工艺优化

不同单体在水溶液中进行自由基共聚制备的聚羧酸减水剂(PCE)具有高效、稳定和安全方便等优点,是目前PCE生产的主流工艺,但自由基共聚存在的问题是生成聚合物的组成和结构与设计值偏离较大。文中基于试验得到的自由基共聚单体的竞聚率数据,以制备组成与结构均匀PCE共聚物为目的,通过理论计算和实验测定相结合方式,研究了共聚合过程中精确控制单体转化率变化和聚合物组成的新工艺。采用凝胶渗透色谱和高效液相色谱研究对比了新控制工艺与传统工艺(一次投料和滴加工艺)合成的PCE共聚物形成过程和结构特性,包括聚合物的相对分子质量和单体序列结构分布、大单体转化率等。结果显示,传统工艺合成的PCE共聚物组成和结构随聚合反应过程波动很大,与目标设计值显著偏离;采用控制工艺合成的PCE共聚物的平均酸醚比接近设计值(4.0),各时间段内酸醚比在设计值上下稍微波动(2.70~4.77)。不同工艺合成的PCE的性能研究结果表明,原材料配比相同条件下,控制工艺制备的PCE共聚物具有更好的分散性能和流动保持能力。

复合材料风力机叶片铺层参数优化

考虑重力、离心力、气动力作用下的叶片结构性能变化,以5 MW风力机叶片为优化目标,基于经典层合板理论建立风力机叶片优化数学模型,将各层合板界面最大Von_Mises应力作为优化目标,最大叶尖位移作为优化约束,层合板纤维铺设角度作为优化变量,对比分析3种方案下的叶尖位移、最大应力、Tsai_Wu失效因子,确定最佳铺层方案。优化后叶尖位移、最大Von_Mises应力、Tsai_Wu失效因子明显降低,验证优化方法的有效性。

3D-CF/Al复合材料宏细观结构与力学性能研究进展

三维编织碳纤维增强铝基复合材料(以下简称为3D-CF/Al复合材料)因内部存在由连续碳纤维束构成的空间网状结构,具有更高的比强度、比刚度、抗冲击损伤和抗裂纹扩展能力。文章综述了编织结构和制备工艺参数对3D-CF/Al复合材料力学性能的影响以及关于其细观结构建模与力学分析方面的研究进展,并针对3D-CF/Al复合材料的设计、制备与应用的关联环节,提出一种宏细观结构与力学协同的理论构想,以期实现复合材料的数字化设计、制造与性能预测。

浮顶储罐复合材料浮盘结构参数对力学性能影响研究

为分析复合材料浮盘结构参数对浮盘力学性能的影响,以玻璃钢板—聚丙烯蜂窝芯制成的蜂窝梁为模型,基于有限元建模和实验测试,对比了蜂窝梁在横力弯曲时的变形曲线,验证了有限元模型的正确性。在此基础上对蜂窝梁的有限元模型进行了参数化,分析了蜂窝高度和蜂窝壁厚参数对蜂窝梁力学性能的影响。结果表明,蜂窝的高度主要影响蜂窝梁的应力和抗弯刚度,蜂窝的壁厚主要影响蜂窝的抗剪切性能。

纺织结构复合材料冲击拉伸研究进展

纺织结构复合材料是以纺织结构作为增强体的一类复合材料,其在一系列实际应用时往往要承受着高速冲击拉伸、冲击压缩等冲击载荷(冲击加载)的作用.因为纺织结构的整体性能,纺织结构复合材料具有优异的抗冲击、抗分层与高损伤容限性能.研究复合材料的冲击性能对于纺织结构复合材料的设计与应用具有指导作用.本文详细介绍了纺织结构复合材料的发展,纺织结构的种类及纺织结构复合材料的冲击拉伸性能实验与有限元分析研究情况,同时也分析了纺织结构复合材料冲击拉伸破坏下的破坏机理研究进展,并对纺织结构复合材料冲击拉伸性能研究的发展进行了展望.

针刺工艺参数对炭布网胎增强C/C材料力学性能的影响

采用机械针刺技术,研究了针刺密度、针刺深度对原位针刺增强碳布网胎迭层预制体结构C/C材料力学性能的影响.结果表明,采用高的针刺密度和针刺深度参数,可获得高的预制体密度和纤维体积分数,针刺密度和针刺深度对材料层间剪切性能的影响程度比对压缩、弯曲性能的影响程度大,采用一定密度的碳布网胎时,在一定范围内,提高针刺密度和深度能提高材料的力学性能,当针刺密度控制在20～50针/cm^2、针刺深度控制在12～16mm时,C/C材料力学性能随两针刺参数值升高而提高;当针刺密度控制在30针/cm^2时,C/C材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到137.68、224MPa,剪切强度达到15.5MPa,针刺深度为12mm时,材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到134.24、213.2MPa,为较佳的针刺工艺参数.

三维机织复合材料力学性能研究进展

对近年来关于三维机织复合材料力学性能的研究作了综述和归纳．研究表明，三维机织复合材料的力学性能不仅取决于纤维和基体的性能，而且与三维增强结构形式密切相关．通过对三维机织增强结构的研究，获得了机织复合材料的细观结构和主要力学特征的关系，强调了增强纤维束轴向几何特征和截面形状对材料细观结构的重要影响．试验研究集中于观测机织复合材料的破坏模式，以分析三维机织结构对阻止损伤微裂纹扩展的贡献．理论分析方面较为成熟的研究是三维机织复合材料线弹性力学性能，其研究基础是层板理论模型、取向平均模型和有限元分析模型．而对强度及损伤方面的研究还有待于进一步的工作．本文对当前研究工作中的关键问题进行分析，并就今后的研究工作发表一些看法．

羰基铁/Al_2O_3核壳复合粒子的制备和性能

制备壳层形貌不同的羰基铁/Al_2O_3核壳复合粒子,研究了Al_2O_3纳米壳层形貌对羰基铁/Al_2O_3核壳复合粒子的抗氧化性能、微波电磁性能和吸波涂层力学性能的影响.结果表明;羰基铁/Al_2O_3核壳复合粒子的壳层形貌强烈依赖制备过程中酸的种类和pH值.与羰基铁相比,羰基铁/Al_2O_3核壳复合粒子的抗氧化性能、电磁参数及其与基体的界面相容性明显改善.均匀致密的颗粒状Al_2O_3纳米壳层有利于在保持磁导率基本不变的前提下改善热稳定性,并降低微波介电常数;纤维状的Al_2O_3壳层更有利于改善其与基体的界面相容性,提高涂层力学性能.

三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响

通过7组实验比较和分析研究,评价了编织结构参数(如编织角,纤维体积分数,轴向纱数与编织纱数之比,三维四向/五向,厚度)对复合材料拉伸性能的影响,且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响;复合材料有两种破坏模式,一种是裂纹沿纤维束扩展,另一种是纤维束拉断,后者为主要破坏模式。这些结果为三维编织复合材料的设计提供了依据。

三维机织几何结构的数值表征

推荐一种利用一组数值型参数来定量表征三维机织几何结构的方法。在给定的几何约束和加工约束条件下,由4种纱线系统组成的三维机织几何结构可用9个结构参数子以数值表征。根据贯穿或分层的角联接结和正交接结的几何特征,分别建立了与之对应的结构参数以及参数间的联系。进一步的研究表明,对于角联接结的三维机织几何结构,9个结构参数中仅有4个是独立的;而对于正交接结的三维机织几何结构,独立的结构参数为5个。一旦确定了独立的结构参数,三维机织几何结构就能被确定;反之,只要织物几何结构已知,则与之相对应的结构参数也就确定了。这里所推荐的数值表征方法可用于三维机织几何结构的设计,如根据三维机织复合材料的性能要求确定各取向纤维的分布等,从而为建立一种具有普适意义的三维机织结构几何模型提供了前提条件,同时也为三维机织复合材料力学性能的设计提供了统一的设计平台。

纺织结构复合材料的力学性能研究

从纺织几何学入手，通过对纺织结构复合材料细胞构型的分析，建立其刚度矩阵和本构关系，并结合纺织结构复合材料的损伤和演化规律分析，完整地描述纺织结构复合材料的力学特点．着重讨论物理概念和研究方法，以促进了解纺织复合材料的分析理论和它的工程应用．

复合材料网格结构模态分析的均匀化等效建模

复合材料网格结构由于内部结构复杂,在有限元分析中难以建立实际模型,需要对结构采用均匀化方法进行弹性常数等效。本文中根据结构的最小势能原理和有限元法基本思想,对结构的弹性力学基本方程进行了推导,使用有限单元法中的位移场,根据应变能相等的原则,得出了求解等效弹性矩阵的一种比较通用的方法;根据动能相等的原则,得出了等效质量的求解公式。采用有限元方法,对胞元进行了拉伸和剪切载荷下的细观力学分析,将分析结果代入到推导的公式,求出了复合材料网格结构的等效特性参数;使用求得的等效模型对结构进行了宏观仿真,并与实际模型仿真结果进行对比。研究结果表明,该等效方法具有较好的精度,能够满足工程的需要,可用于各类大型结构的分析。

铝纤维复合板结构参数对吸声性能的影响规律

利用吸声材料降噪是治理变电站噪声污染的重要途径。以铝纤维、铝箔、铝板网为原料,采用冷轧法制备具有不同结构参数的铝纤维复合吸声板,采用阻抗管的标准测试方法检测铝纤维复合板吸声系数,研究材料的纤维板面密度、空腔厚度、纤维种类等参数对材料吸声性能的影响。结果表明:试验采用的铝纤维复合板具有优异的吸声性能,采用切削法纤维及面密度为484 g/m2的铝纤维复合板吸声性能最好;随空腔厚度的增大,吸声系数的峰值向低频段移动。

炭/环氧3D机织复合材料轴向和非轴向拉伸性能的实验研究

炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料是很有应用潜力的材料,但目前这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。通过一系列的实验、分析,客观地评价了4种不同结构炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸强度和拉伸模量。实验结果表明,4种材料均具有明显的正交各向异性特点,拉伸强度和拉伸模量的极值均出现在轴向,非轴向的拉伸强度和拉伸模量明显低于轴向值;带有衬经和衬纬结构的织物具有最佳的拉伸性能;4种材料的非轴向拉伸强度和拉伸模量彼此之间差异不是很大,拉伸过程伴随着剪切过程一同出现。

三维纺织增强材料及其在航空航天领域的应用

三维纺织增强材料采用立体纺织技术织造而成,是高性能复合材料的结构增强骨架,具有近体仿形成型的优点,在航空航天领域有着广泛的应用。不同的立体纺织方法获得的三维纺织增强材料具有不同的结构特征和性能特性,主要有编织、机织、针织、针刺等立体纺织结构形式。文章介绍了三维纺织增强材料的工艺方法和结构特征,分析了立体纺织技术的研究现状与进展,总结了三维纺织增强材料在航空航天复合材料中的应用,提出了三维纺织增强材料需要重点研究和解决的关键问题。

棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板的制备工艺优化

为了有效利用棉秆资源,该文以长棉秆束为基体,以等规聚丙烯薄膜为填充材料,热压制备了棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板。采用单因素和正交试验分析了薄膜质量分数、热压温度、热压时间和密度对复合板力学和吸水性能的影响,得到较优热压工艺参数为:薄膜质量分数15%,热压温度185℃,热压时间15 min,密度0.7 g/cm3。在此条件下,复合板的静曲强度为60.60 MPa,弹性模量为5074.4 MPa,内结合强度为1.48 MPa,吸水厚度膨胀率为2.53%。用扫描电子显微镜观察到复合板中棉秆纤维和塑料薄膜接合界面存在机械互锁结构。该研究可为有效利用农作物秸秆制备定向复合板提供参考。

结构参数对碳/树脂3D机织复合材料拉伸性能的影响

通过一系列的实验比较和分析研究,客观评价了4种不同结构碳/树脂3D机织复合材料沿经向和纬向的拉伸性能。实验结果表明,4种3D机织复合材料沿经向和纬向的负荷-位移曲线具有双线性,初始模量高于二次模量;3D机织复合材料的拉伸曲线无屈服点,是脆性材料;3D机织复合材料的力学性能优良,可同时在经向和纬向获得很高的拉伸性能;加入衬经纱可以大大提高经向的拉伸强度和模量,加大纬纱密度可以大大提高纬向的拉伸强度和模量;4种不同结构3D机织复合材料中以带衬经和衬纬的复合材料拉伸性能为最佳。

纺织结构复合材料的设计与应用

纺织结构复合材料是纺织技术和现代复合材料技术结合的产物,它与通常的纤维复合材料具有较大的区别。在阅读有关专著、资料的基础上,对纺织结构复合材料的组成特点、成型和设计因素作了分析,总结了分析该类材料力学性能的一般性方法,并介绍了纺织结构复合材料的发展与应用。