不同结构UHMWPE纤维纬编针织复合材料压缩性能

针对高性能超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的特性,成功编织出纬平针、罗纹、畦编3种针织物。采用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）技术,分别制备出6层纬平针、6层罗纹以及6层畦编织物复合材料板。对3种结构复合材料进行压缩试验,并比较分析了比压缩强度-应变曲线、比压缩能量-应变曲线、比压缩能量-应变拟合曲线,分析了压缩过程中的能量吸收情况及材料的破坏形式。结果表明:纬平针结构复合材料的比压缩强度和比压缩能量均最大,其次是罗纹,畦编最小;且3种结构复合材料的压缩破坏过程均不属于脆性破坏;由于材料表现出较好的柔韧性,试样的比压缩能量与压缩应变呈线性相关;相同结构复合材料纵、横向比压缩强度-应变曲线和比压缩能量-应变曲线几乎重合。基体沿增强结构呈分层现象的破坏和树脂的塑性变形是材料的主要破坏形式。      

超高分子量聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的制备及其热性能的研究

为了提高超高分子量聚乙烯的热性能,本文通过溶液共混的方法利用氧化石墨烯改性不同分子量的超高分子量聚乙烯,然后利用红外测试(FTIR)、X射线衍射测试(XRD)、扫描电镜测试(SEM)、差热扫描量热分析仪(DSC)和热失重分析(TG)的方法对超高分子量聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的结构、表面形态和性能进行了研究.通过分析测试表明氧化石墨烯在超高分子量聚乙烯/石墨烯纳米复合材料中的分散性良好,氧化石墨烯的添加量为0.3%时,石墨烯/超高分子量聚乙烯的复合材料的热稳定性等性能最好,与原材料相比提高了3℃.     

不锈钢表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响

以超高分子量聚乙烯软骨材料为销样,316不锈钢硬骨材料为盘样,在自制的销－盘式磨损试验机上考察了不锈钢盘样表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响,并利用光学显微镜观察了摩擦副表面的形貌,结果表明,在干摩擦条件下,表面粗糙度对超高分子量聚乙烯的摩擦磨损有较大影响,存在着适合的表面粗糙度范围,使超高分子量聚乙烯摩擦系数,磨损率最小。     

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能。研制了4种纤维体积掺量(0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140~255 s~(-1)应变率下的动态压缩力学性能。试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关。     

超高分子量聚乙烯人工关节研究进展

人工关节是替代病变或损伤关节的植入性假体,除了应满足生物相容性要求外,必须具有足够的耐磨损性能、力学性能和抗氧化性能等。超高分子量聚乙烯因其自身优良的理化性能而被广泛应用于人工关节置换用材料。但随着超高分子量聚乙烯人工植入体使用时间的延长会导致其不同形式的失效,如磨损引起的骨质溶解,给骨科患者生活带来不便。综述了国内外提高超高分子量聚乙烯人工关节植入体综合性能而对材料进行改性处理的各种方法,包括辐照交联、热处理、加入抗氧剂等。最后总结了通过调控流动场诱导形成自增强结构,来改善人工关节植入体力学性能的最新进展,并展望了超高分子量聚乙烯人工关节高性能化的未来研究方向。     

冲击荷载下纤维砂浆动态受压特性

采用霍普金森压杆冲击试验,系统研究了掺超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚乙烯醇(PVA)新型纤维砂浆动态受压力学性能;对比纤维砂浆破坏过程的应力-应变曲线,分析应变率和纤维种类对砂浆强度及韧性影响。研究表明:UHMWPE纤维砂浆的综合性能最优,日产PVA纤维砂浆次之,国产PVA纤维砂浆略差。基于传统损伤黏弹性理论,提出了纤维砂浆的简化四参数本构模型;与试验结果比较表明,该简化模型能够很好地模拟纤维砂浆的冲击动态压缩应力应变关系。     

载荷作用下聚碳酸酯试件温升的实验研究

描述了红外辐射技术和热电偶用于测量聚合物材料变形时表面和内部温度的方法,在动态压缩中,用T型微丝热电偶测得了聚碳酸酯的内部温度变化;在准静态拉伸试验中,用红外热像仪获得了聚碳酸酯拉伸过程中的表面温度变化及表面温度场。结果表明,聚合物在准静态拉伸过程中,接近材料的屈服点时温度开始上升,在屈服点处试件表面温度最高,表面温度上升23℃至26℃,达到最高温度的时间与应变率有关;动态压缩时,试件中心温度上升最高,由里向外逐渐降低,试件内部温度与应变率和离表面的距离有关,在应变率为2500 s-1时,内部温度上升约42℃,有60%的塑性功转化为热。     

基于3D-DIC技术的老化UHMWPE无纬布准静态拉伸性能研究

目的 通过研究老化后的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)无纬布力学特性,了解防弹衣在自然环境下的抗老化性能,为防弹装备使用和存储提供科学指导。方法 采用三维数字图像相关技术(3D-DIC)和万能材料试验机开展了其准静态拉伸力学性能测试。结果 十年自然老化后的UHMWPE无纬布应力应变曲线仍呈近似线性特征,但平均拉伸模量仅为18.0 GPa。结合试验过程中的全场应变变化过程,分析了UHMWPE无纬布试件的变形特性,发现拉伸过程中应变在分析区域内的分布较均匀。结论 十年自然老化后的UHMWPE无纬布软质防弹衣平均拉伸模量明显降低,防弹性能无法满足使用要求。     

基于Johnson-cook本构模型的EPE包装跌落冲击模拟

目的将聚乙烯泡沫塑料在动态压缩试验下得到的力学性能引入有限元中,创建材料模型,并应用于跌落冲击仿真分析,以提高仿真的精确度。方法通过聚乙烯泡沫塑料在不同速率下的压缩试验,得到真实的应力-应变曲线,并基于Johnson-cook本构模型在有限元中建立EPE的材料模型。最后用AnsysWorkbench中的LS-DYNA模块对聚乙烯泡沫缓冲包装的跌落过程进行仿真分析,用LS-PREPOST软件进行后处理。在此基础上,对比分析仿真结果和实验结果。结果仿真结果的误差分别为0.85%,1.6%,2.97%,与实验结果基本一致。结论基于Johnson-cook本构模型构建的聚乙烯泡沫塑料有限元材料模型能有效提高低速冲击的仿真精度,为非线性材料和应变率敏感材料的有限元动态冲击分析提供了参考。     

低密度聚乙烯泡沫塑料压缩本构关系的研究

基于低密度聚乙烯泡沫包装缓冲材料的静态压缩试验,在不同密度、不同应变率试验条件下,对聚乙烯应力应变特性进行了研究.在Sherwood和Frost模型的基础上,建立了低密度聚乙烯泡沫塑料衬垫的压缩本构关系模型,最后用数值计算方法识别了模型参数,结果表明误差在2%～4%左右.     

UHMWPE交织双轴向纬编复合材料高应变率压缩性能研究

利用SHPB装置对UHMWPE交织双轴向纬编针织物/乙烯基酯树脂复合材料进行了高应变率压缩实验,研究了该材料的应变率效应和能量吸收.结果表明:等离子体处理后,复合材料的高应变率压缩性能有了较大的提高,放电功率100W是一个较为合适的处理条件.UHMWPE交织双轴向纬编复合材料呈现出一定的应变率敏感性:随着应变率的增加,最大应力、压缩模量、断裂应变能密度相应增大.由于交织双轴向纬编结构中的针织线圈及经纬纱交织作用,其具有较好的抗冲击性能.     

高温下混凝土动态压缩行为细观数值研究

结合混凝土细观非均质性,考虑高温下细观组分力学性能退化效应及率效应的影响,建立了高温作用下混凝土动态压缩破坏行为及应变率效应研究的细观尺度数值分析模型。首先对混凝土热传导行为进行模拟,进而将\     

高温后混凝土的SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对常温和经历200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃高温作用后的混凝土进行了冲击压缩试验,得到了动态压缩应力-应变曲线,分析了弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响。结果表明：弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系。温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200 ℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400 ℃时与常温接近,400 ℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800 ℃不足常温试件的30%。高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400 ℃降低最为明显。     

Cosmic radiation shielding tests for UHMWPE fiber/nano-epoxy composites

Cosmic radiation shielding properties are important for spacecraft, and hydrogenous materials such as polyethylene have been shown to be effective in shielding against galactic cosmic rays and solar energetic particles. Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers, which are effective in such shielding, also have advanced mechanical and physical properties, which potentially are very valuable for NASA space missions both as a radiation shield and as vehicle structure. In our previous studies, we fabricated a nano-epoxy matrix with reactive graphitic nanofibers that showed enhanced mechanical (including strength, modulus and toughness) and thermal properties (higher T_g, stable CTE, and higher ageing resistance), as well as wetting and adhesion ability to UHMWPE fibers. In this work, the radiation shielding performance of the UHMWPE fiber reinforced nano-epoxy composite was characterized by radiation tests at the NASA Space Radiation Laboratory at Brookhaven National Laboratory. The results showed that the high radiation shielding performance associated with UHMWPE was not degraded by the addition of graphitic nanofibers in the matrix. Together with the previous studies showing higher mechanical properties, these new studies validate the importance of the UHMWPE fiber/nano-epoxy composite for potential applications in more durable space composites and structures, and offer reduced manufacturing costs and wider design applications through avoidance of specialized and in some cases ineffective UHMWPE fiber surface treatment processes.     

Viscoelastically generated prestress from ultra-high molecular weight polyethylene fibres

The viscoelastic characteristics of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibres are investigated, in terms of creep-induced recovery strain and force output, to evaluate their potential for producing a novel form of prestressed composite. Composite production involves subjecting fibres to tensile creep, the applied load being removed before moulding the fibres into a resin matrix. After matrix curing, the viscoelastically strained fibres impart compressive stresses to the surrounding matrix, to produce a viscoelastically prestressed polymeric matrix composite (VPPMC). Previous research has demonstrated that nylon fibre-based VPPMCs can improve mechanical properties without needing to increase mass or section dimensions. The viability of UHMWPE fibre-based VPPMCs is demonstrated through flexural stiffness tests. Compared with control (unstressed) counterparts, these VPPMCs typically show increases of 20–40 % in flexural modulus. Studies on the viscoelastic characteristics indicate that these fibres can release mechanical energy over a long-timescale and fibre core–skin interactions may have an important role.     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料力学行为及混杂效应

采用复合处理工艺对三维混杂超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维编织体进行表面处理, 通过RTM工艺制备了环氧树脂基混杂复合材料（UHMWPE/CF/ER）, 并研究了其力学性能及混杂效应。结果表明, 在纤维总体积分数一定的情况下, 随着超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维混杂比的减小, 复合材料的弯曲强度、 弯曲模量及压缩强度增大, 而其纵向剪切强度及冲击韧性降低。三维编织混杂复合材料的断裂机制由混杂纤维的混杂比及其性质决定, 通过调节混杂比可实现对复合材料力学性能的有效调控。      

含盐冻结粉质粘土单轴抗压强度试验研究

通过对饱和含盐冻结粉质粘土单轴抗压强度试验,得到了试验条件下土体的单轴抗压强度与含盐量、负温的关系;讨论了应变速率一定,温度和含盐量变化时,含盐冻结粉质粘土的屈服应力和抗压强度间的关系;提出了相对温度这一新概念,并给出抗压强度与相对温度间的线性关系。相对温度的引入建立了盐渍土和非盐渍土力学性质的关系,从而可以用非盐渍土力学性质预测盐渍土的力学性质。     

不同温度环境中沥青混凝土动态抗压性能试验研究

为研究沥青混凝土在不同温度环境中的动态力学特性,该研究在-20～30 ℃和10-5～10-2 s-1条件下对其进行了动态抗压试验研究.试验结果表明:温度和应变速率对沥青混凝土的力学性能有显著影响,降低温度或增加应变速率导致抗压强度和弹性模量增加,峰值应变减小;当温度大于20 ℃或小于-10 ℃时,应变速率由10-5 s...