压电纤维复合材料的管道结构健康监测应用

管道实时结构健康监测对工程应用具有重要意义，压电纤维复合材料在与管道结构共形时保持压电阻抗特性，对管道结构进行健康监测。本文制备了压电纤维复合材料，研究了复合材料厚度对电阻抗特性的影响，厚度大于250μm时阻抗峰值下降50%。基于压电纤维复合材料进行了结构载荷监测应用验证，通过相关系数偏差值(R_C)和均方根偏差(R_M)方法对结构受到损伤时的压电纤维复合材料阻抗敏感特征进行量化，并基于无损状态建立了损伤阈值(U_l)。当管道结构受到50 N载荷时，R_C指数达到0.51(U_l=0.005)；螺栓结构松动50%时，R_M指数达到7.96(U_l=0.63)。结果表明，压电纤维复合材料可以对管道结构应力状态变化和螺栓松动进行灵敏响应，适用于管道等复杂曲面结构进行结构健康监测，应用前景广阔。     

悬臂梁基板对压电纤维复合物驱动性能的影响

压电纤维复合物在驱动、传感、结构健康检测等领域具有广泛应用,研究压电纤维复合物的驱动性能对于压电纤维复合物实际应用具有重要意义。通过实验研究不同驱动电压条件(峰值、频率及偏置)对压电纤维复合物悬臂梁结构顶端位移的影响,探讨悬臂梁基板材料与压电纤维复合物驱动性能的关系,基于欧拉-伯努利梁理论利用悬臂梁顶端位移计算压电纤维复合物的驱动力。结果表明:压电纤维复合物的驱动性能具有明显的迟滞性。悬臂梁顶端位移的大小与驱动电压峰的峰值呈线性关系,且其不仅与驱动电压的峰值有关,还与驱动电压的偏置、频率有关。压电纤维复合物的驱动性能随基板不同而不同,其对刚性铝板的驱动力为5.2 m N,对柔性麦拉膜的驱动力为0.2 m N。     

基于有限元法压电纤维复合物结构的模拟优化

利用有限元软件ANSYS模拟分析电极结构、压电陶瓷纤维厚度及体积分数等结构参数对纤维内部电场分布及复合物驱动应变性能的影响规律。结果表明:具有交叉指形电极结构的压电纤维复合物在纤维内部存在不均匀电场区域,其强度和体积分数共同制约着复合物的驱动应变性能。在恒定电场条件下,当交叉指形电极宽度为纤维厚度的一半时,复合物具有最大应变量;厚度较小的压电陶瓷纤维内部的均匀电场强度较高和体积分数较大,进而有利于提高复合物的驱动应变性能。在恒定电压条件下,电极指间距越大,复合物的驱动应变量越小。当指间距和指宽的比>10时,应变量可达到理想状态的90%。压电陶瓷纤维体积分数越高的复合物越容易获得较大的驱动应变性能。     

PZT压电陶瓷纤维的制备及性能研究

采用溶胶-粉末混合挤出法制备Pb(zr,Ti)O3压电陶瓷纤维.研究了PZT纤维制备的合理条件,如溶胶粘度的调整,粉末和溶胶的混合比例及烧结温度等.在溶胶和粉末的摩尔比为1:7时能成功地挤出直径为500μm的纤维生坯.研究了不同烧结温度下的纤维密度、收缩率及显微结构,并将纤维与环氧复合制备1-3型复合材料,研究复合材料的介电及压电性能.结果表明,在1240℃下烧结纤维及复合材料表现出更好的性能.     

泡沫铝复合材料的研究进展与展望

泡沫铝复合材料具有质轻,比强度、比刚度高,良好的吸能、吸声、阻尼、隔热等优异性能,是一种新型的结构功能材料,被广泛应用于汽车、建筑、军工、航空航天等领域。泡沫铝复合材料常用的增强相有硬质陶瓷颗粒、纤维和空心微珠/钢球等,传统的制备技术有粉末冶金法、压力浸渗法、熔体渗流法和原位生成技术等。泡沫铝复合材料作为一种新型的结构功能材料,其压缩和吸能、吸声和阻尼性能受到了广泛关注。主要针对泡沫铝复合材料的增强相、制备工艺和主要性能等方面的研究进展进行了介绍,并对该材料的研究趋势进行了总结展望。     

谈复合材料及其发展和关注的热点(上)

<正>1.全球复合材料发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围,并提高产品质量和企业的经济效益。在各种复合材料中,最重要的是纤维增强复合材料。它是利用不同的方法将纤维材料(如碳纤维、玻璃纤维、复合纤维等)与基体材料复合,从而得到比强度和比弹性率均非常高的材料。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,在近几年更是得到了飞速发展。     

KH570对PZN-PZT/PVDF压电复合材料性能的影响

采用丙烯酰氧基的硅烷偶联剂(KH570)对压电陶瓷锌铌锆钛酸铅(PZN-PZT)进行表面改性.然后将改性后的PZN-PZT陶瓷粉体与聚偏二氟乙烯(PVDF)复合,制备出PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料,研究了KH570含量对压电复合材料铁电性、介电性及压电性能的影响.结果表明:KH570的加入有效地改善了复合材料的压电性,当KH570含量为1.2%时压电复合材料的d33达到29.8pC/N.     

芳纶Ⅲ纤维及其复合材料制品研究进展

介绍了国产芳纶Ⅲ纤维的制作过程、力学性能和表面状态,复合材料性能采用NOL环、单向板及其复合材料容器进行试验。结果表明,芳纶Ⅲ纤维复合材料压力容器性能水平已达到国外同类纤维性能水平。芳纶Ⅲ纤维复合材料可以应用于高性能的航天产品,是我国目前可以开展工程应用的最高水平的国产纤维复合材料。     

SiC陶瓷及其复合材料连接的研究现状北大核心

SiC陶瓷及其复合材料(C●SiC,SiCΤ/SiC)具有优异的性能,被广泛应用于高温结构材料领域,因此,SiC陶瓷及其复合材料的连接已经成为了材料工程领域的研究热点。分析了SiC陶瓷及其复合材料自身连接及其与金属连接的难点,综述了几种主要的连接方法,包括活性金属钎焊、固相扩散连接、瞬时液相连接、自蔓延高温合成连接和先驱体连接,重点介绍了它们的连接机理、工艺特点及研究现状,并对未来的发展趋势进行了展望。     

热处理条件对Au合金／19Ni复合材料性能的影响

采用一种新颖、独特的方法制备了Au合金/19Ni纤维复合材料。考察了热处理温度和时间对材料性能和结构的影响。结果表明，热处理温度对Au合金/19Ni纤维复合材料性能的影响大于热处理时间对其的影响。     

基于纤维增强复合材料的超声振动辅助加工技术综述

纤维增强复合材料是一类使用范围不断扩大的具有优良机械性能的工程复合材料,但由于其具有各向异性及增强体纤维稳定的理化性能,使得传统金属加工方法很难对纤维增强复合材料进行高质量的加工,特别是对于以芳纶纤维等断裂伸长率较高的纤维为增强体的复合材料,存在较为严重的撕裂、毛刺和分层等加工缺陷。超声振动辅助加工是一种将超声振动附加在机械加工过程中的加工方式。超声振动的加入可使刀具与工件周期性接触,减小切削阻力,降低切削温度,可在一定程度上提高纤维增强复合材料加工的表面质量,减少加工缺陷。在介绍超声振动辅助技术的分类、系统组成和加工机理,及纤维复合材料表面质量、材料去除、加工机理和加工缺陷的基础上,从套料制孔、螺旋铣孔和轮廓铣削三类常见加工工艺方面,论述了针对纤维复合材料的超声振动辅助切削技术的国内外研究进展。基于纤维复合材料超声振动辅助切削技术的发展状况,从基础理论研究、材料表面改性和新加工工艺探索、超声振动加工系统的开发完善等方面,总结了现有研究和应用中的成果及普遍存在的问题,同时对未来研究的发展趋势做出了展望。     

SiC纤维增强高温合金复合材料可行性分析

SiC纤维增强金属基复合材料因耐高温、低密度等特点,在航空航天领域逐渐推广。为进一步提高SiC纤维增强金属基复合材料的使用温度,国内外开始尝试将SiC纤维与高温合金进行复合,以期发挥两者的优点,获得性能更加优良的高温结构材料。但SiC纤维增强高温合金复合材料发展缓慢,诸多尝试均未取得突破性的成功,界面问题是制约该类材料发展的"瓶颈"。虽然在克服界面反应方面也采取了诸多尝试,但该问题并未获得实质性的解决,因此有必要从根源入手对SiC纤维增强高温合金复合材料这一研究方向的可行性进行探讨。本文采用资料研究和实验研究相结合的方式,从SiC纤维增强高温合金复合材料的发展历史、界面反应问题的解决方案、SiC与高温合金界面反应的本质等几个方面逐层展开、一一论述,对SiC纤维增强高温合金复合材料的可行性进行阐述和分析。     

复合材料用碳纤维等离子体表面改性技术进展

近年来复合材料得到了广泛的应用,尤其在航空工业领域,已成为了世界强国竞相发展的核心技术。碳纤维树脂基复合材料作为复合材料中的优秀代表,由于其独特的性能优势,具有很大的发展潜力,但是界面结合强度是制约其应用的关键瓶颈。等离子体表面改性技术能提高碳纤维与树脂基的界面结合强度。总结了国内外学者工作,从等离子体处理装备发展和工艺参数影响两个角度对碳纤维等离子体表面改性技术的研究进展进行了阐述。在装备发展方面,重点介绍了在碳纤维表面处理研究中三类处理装置,包括射频等离子体处理装置、DBD等离子体处理装置和滑动弧射流等离子体处理装置,分析了各自的优缺点。在工艺参数方面,重点介绍了不同等离子体种类、等离子体处理时间、等离子体放电功率对碳纤维表面状态的影响规律。在此基础上,对碳纤维等离子体表面处理技术的未来发展方向进行了展望。     

INFLUENCE OF FIBER COATING ON TENSILE BEHAVIOR OF UNIDIRECTIONAL C/Mg COMPOSITES

1.Intr0ductionAm0ngtheseveralmethodsavailablef0rcombiningamagnesiummatrixwithacar-bonfiberreinforcement,l0wpressureinfiltrati0nprocesseshavetheadvantages0frelativesimplicityandpotentialf0rl0w-costpr0ductionofnet-0rnear-net-shapec0mpositecom-ponents.Unfortunately,thereexistcomplexproblemsatfiber/matrixinterfacesuchasinterfacialwetting,illterfacialreacti0nandinterfacialb0nding,allofwhichneedtobesolvedsimultaneously.Afunctionalgradientcoating0nfibersurface,C/SiC/SiO2,wasthuspresentedinourprevio…     

氧化铝短纤维增强锌合金复合材料的凝固组织与界面

利用挤压铸造制备了氧化铝短纤维增强锌合金复合材料，研究了其凝固组织与界面。结果表明，复合材料的组织致密，纤维分布均匀，基体组织细小；纤维与基体间存在明显的界面层，合金元素通过适当的化学反应可改善纤维与基体的结合；在凝固过程中，氧化铝纤维可作为锌合金共晶体非自发形核的衬底，纤维／基体界面上的硅在共晶体的共生生长过程中起了领先相作用，导致复合材料的共晶转变是由铝硅共晶转变和锌铝共品转变两者组成。     

Al-C纤维复合材料微结构钎焊连接

金属基复合材料中应用的金属材料（Ｍｇ，Ａｌ，Ｔｉ及其合金等）与增强组元（碳纤维，ＳｉＣ晶须，颗粒等）的物理，化学，力学性能相差极大，将它们复合成一整体作为结构材料使用，成为当今材料科学内极为重要的新领域。从焊接学科角度，对复合材料内部存在的结构异质材料的连接技术加，偿查对复合材料力学性以及复合工艺有直重要意义，对复合材料（板，榛，管等）实用化时，它与其它材料的焊接也有实际意义。     

硅酸铝/铝硅合金梯度复合材料的研究

采用挤压铸造技术制备硅酸铝短纤维增强铝硅合金梯度复合材料，研究了这类材料的凝固组织和基本热物理性能。结果表明，在复合材料中，基体组织细小，纤维与基体结合良好，并呈梯度状无序分布；梯度复合材料的热物理性能优异。     

Electromechanical response of piezoelectric composites: Effects of geometric connectivity and grain size

A three-dimensional finite element model has been developed to fully capture the complete electromechanical response of five types of piezoelectric composites (i.e. particulate, short-fiber, long-fiber, laminate and networked composites), the constituent phases of which can, in general, be elastically anisotropic and piezoelectrically active. It is demonstrated that the geometric connectivity of the constituent phases in a composite has a significant influence on the fundamental electromechanical properties and the performance characteristics of a piezoelectric composite. By constructing piezoelectric composite materials design maps, the long-fiber composites (with their highest piezoelectric coupling constants) and interpenetrating networked composites (with their highest piezoelectric charge coefficients) are, respectively, identified as being most suitable for ultrasonic imaging and hydrophone applications. Furthermore, grain size modifications of the constituent phases can significantly enhance the effective piezoelectric properties of a composite such as coupling constants and charge coefficients while maintaining suitable acoustic impedance, especially in the case of the networked composites.     

Effect of Al Film on the Electromagnetic Properties of Glass Fiber Reinforced Resin Matrix CompositeEI北大核心CSCD

Metallic thin films have many properties that bulk metals do not possess, such as high impedance. Recently, increasing attention has been paid to high impedance surface in the design of antennas and absorbers. Metallic thin films used in composite materials can realize the perfect matching of electromagnetic wave in different materials. The use of metallic thin films in electromagnetic functional materials results in significant increase of the absorbing intensity and operating bandwidth. But it usually needs to pay a huge amount of manpower, material resources and a longer period of time to design excellent electromagnetic functional materials with metallic films. So it is greatly significant to understand clearly the electromagnetic influence of metallic film for designing excellent performance materials and saving costs by simulation software. Al film is a typical non-magnetic metal film. In this work, the electromagnetic reflectivity of Al films and glass fiber reinforced resin matrix composite had been studied. High frequency electromagnetic field calculation software FEKO was employed to calculate the reflection coefficient of the composites. The effect of composites' real part of permittivity epsilon(r), dielectric loss tangent tan delta(epsilon), permeability mu(r) and magnetic loss tangent tan delta(mu) on microwave reflectivity had been discussed. The equivalent electromagnetic parameters of glass fiber reinforced resin matrix composite had been obtained through a comparison between simulation and experimental results. Due to resonance phenomena of the embedded Al film in the glass fiber reinforced resin matrix composite with certain thickness, there is an optimum resistance value of Al film that makes the composite structure have minimum reflection. Through the calculation of Al film and glass fiber reinforced resin matrix composite with different structure, the thickness relationship between Al films in calculation and Al films prepared by magnetron sputtering had been obtained. According to the theory of transmission line, the resistance of resonance is analyzed by MATLAB. This method is also applicable to the resistance solution of the homogeneous metal films at any position in the composite or frequency selective surfaces. The equivalent electromagnetic parameters of Al film and glass fiber reinforced resin matrix composite in simulation had been ascertained, and the simulation results agree well with the experimental results.