3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

纤维拔出实验的样本尺寸效应

本文作者通过数值模拟的方法 ,考察了纤维在基体中埋深长度及基体对纤维的包裹厚度等几何因素对纤维拔出实验中界面应力分布和断裂力学性能的影响。在理想界面 (纤维与基体间完好粘结 )假设下 ,纤维与基体间界面剪应力与正应力沿纤维轴向的分布进行了定量研究 ;在忽略温度残余应力、裂缝间摩擦力和材料非线性效应的条件下 ,对开裂全过程中系统能量释放率的变化规律进行了数值跟踪。研究表明

面内随机堆叠石墨烯复合材料压阻传感机理与压阻性能

面内随机堆叠石墨烯复合材料(graphene composites,GC)是可穿戴柔性传感器的基础材料之一,但是其压阻传感机理与压阻性能仍然有待深入研究.本文基于GC的微观结构特征,利用0~1间均匀分布随机数获得石墨烯在复合材料中的位置和方向,建立了二维GC压阻传感器模型.根据GC均匀变形的特点和有限单元法发展了GC压阻性能的计算方法,计算得到了相对电阻、灵敏度系数、石墨烯片的微观形态与电流密度云图.研究结果表明,GC中的压阻效应是由于在变形过程中石墨烯形态的改变,包括GC中石墨烯片的密度随应变变化、石墨烯片滑移、分离导致电子迁移路径和无效片数量的改变,而GC中石墨烯片密度随应变的变化是影响压阻效应的主要因素.石墨烯片间的相对滑移产生线性传感特征,分离反之.高面分比GC与大尺寸石墨烯的GC拥有较大的感知范围,低面分比GC和小尺寸石墨烯的GC具有更高的灵敏度系数.最后将接触面的面内电阻率设为应变的函数,研究了石墨烯片的接触效应对GC压阻性能影响,解释了GC压阻性能的接触效应和影响机理.研究结论可为GC生产方法的改进与创新、以及GC压阻传感器件的制备提供理论依据和技术参考.

具有间隙的动力系统的极限环

本文研究了系统ｘ＋ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）＝０的极限环的存在性，其中ｇ（ｘ）有两个间断点并且不满足ｇ（ｘ）ｘ＞０（ｘ≠０）．还引进［２，３］中定义的Филиппов解的概念，利用Филиппов解的整体存在性和普遍唯一性定理解决方程的解的存在唯一性问题。

可穿戴石墨烯复合材料压阻传感性能计算方法及其参数分析

随机堆叠石墨烯制成的石墨烯复合材料(GC)的不均匀性,使得GC的压阻传感性能与其细观单元的尺寸密切相关。根据GC的微观结构特点,发展了一种GC压阻传感性能计算方法,依次计算了GC的电子渗流概率、初始方阻和相对电阻-应变关系。结果表明:GC的电子渗流概率随着石墨烯面分比的增大而增大,大长宽比石墨烯组成的GC的渗流阈值更低,电子迁移网络连通的最小面分比是0.5;GC代表单元的最小边长可由它的初始方阻确定,大面分比GC拥有更小的代表单元,当石墨烯面分比分别为1.2、1.4、1.6、1.8、2.0时,GC代表单元的最小边长与石墨烯边长的比值为35、30、25、20、15。最后,不同石墨烯面分比、长宽比的GC代表单元的计算结果证实,增大石墨烯的面分比与长宽比能够延长GC的线性感知阶段,提高GC的总感知范围。

纤维增强复合材料弹道极限速度理论与数值模型研究进展

纤维增强复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、抗冲击等特点,已成为冲击防护领域的重要结构材料.深入研究纤维增强复合材料在高速冲击下的能量吸收机制,准确预测纤维增强复合材料的弹道极限速度,对于启发新一代防弹复合材料的优化设计具有重要的科学意义和潜在应用前景.本文从理论分析和数值模拟两个方面回顾了近年来关于纤维增强复合材料弹道极限速度的研究进展,探讨了纤维增强复合材料的组分性质和微观结构以及子弹特征等因素对弹道极限速度的影响.通过对现有研究结果的总结与分析,展望了纤维增强复合材料弹道极限速度研究的方向,期望为防弹复合材料的研究和开发提供参考.