基于超弹性基体的大应变复合材料制备与性能研究

采用物理共混工艺制备了聚二甲基硅氧烷/多壁碳纳米管(PDMS/MWNTs)复合大应变敏感材料,研究了掺杂比例对其大应变敏感特性的影响;在形貌表征基础上建立了敏感机理模型。初步探索了MWNTs和石墨填充PDMS复合材料的大应变特性。结果表明,PDMS/MWNTs复合材料相对电阻变化率与大应变成良好的线性特性,其中MWNTs掺量为9 wt%时复合材料表现出最优的应变特性,应变系数达到3.1;MWNTs和石墨填充PDMS复合材料电阻变化随大应变表现出非线性特性,分析认为MWNTs的远程导电网络和石墨的近程导电网络相互补充,搭建起更加稳定的导电通路,从而减缓了电阻的线性增大。     

碳纤维增强树脂基复合材料的电阻-应变特性

对单向及正交碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在静态拉伸及动态拉-拉载荷作用下的电阻-应变特性进行了研究。结果表明：正交及单向CFRP复合材料在静态拉伸载荷作用下，其电阻变化率随着应变增加表现为3个阶段：较为迅速增加的线性阶段、非线性平缓阶段和阶梯状迅速增加阶段，其实质反映了材料内部纤维在不断增加的应力作用下逐步伸长、变形和断裂的过程，因此可以在结构-智能结构中作为传感材料用于结构完整性的自诊断和自监测；在较小应力幅值（24％）的交变载荷作用下，2种材料的电阻变化率都表现出明显的电阻-应变特性和一定的可逆性．单向CFRP复合材料的电阻变化率较正交CFRP复合材料对应变更敏感。     

C/Cu(Fe)复合材料制备工艺及性能研究

利用三步电沉积法制备C／Cu（Fe）复合材料预制丝，将预制丝缠绕成毛坯，采用真空热压法制备C／Cu（Fe）复合材料．研究表明，真空热压工艺对复合材料力学性能有很大影响，通过力学性能试验和对拉伸断口形貌的分析，得出了制备C／Cu（Fe）复合材料的最佳工艺．     

树脂基碳纤维复合材料应变传感稳定性研究

研究了碳纤维毡和树脂基碳纤维复合材料的应变传感特性,结果表明:虽然碳纤维毡应变传感灵敏度系数比树脂基碳纤维复合材料高1倍多,但是树脂基碳纤维复合材料比碳纤维毡应变传感稳定性高出好几倍,甚至几十倍.5层碳纤维毡树脂基复合材料的应变传感稳定性系数为12.1,远高于碳纤维毡的0.35,因为它除了有单层碳纤维毡本身的纤维搭接构成的导电网络,层间也有短切碳纤维的搭接,形成了一个新的导电性能更加完好的立体导电网络.     

碳/环氧面内准各向三维复合材料的动态压缩性能

利用置换法三维织物非织造技术结合树脂传递模塑(RTM)工艺,制备了碳/环氧面内准各向三维复合材料和三维正交复合材料.采用岛津万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统,对复合材料进行了面内和厚度方向的准静态及动态压缩性能试验,研究了碳/环氧面内准各向三维复合材料不同应变率下的压缩应力-应变关系以及破坏模式.对比分析结果表明:无论面内还是厚度方向,碳/环氧面内准各向三维复合材料的压缩性能都是应变率敏感的,并且其破坏应力和应变的应变率敏感程度大于三维正交复合材料;在面内和厚度方向准静态压缩载荷作用下,面内±45°纱线有效地抑制了面内准各向三维复合材料剪切带的形成和扩展,使得脆性破坏形貌更加均匀;随着应变率增加,面内准各向三维复合材料面内方向以剪切破坏为主,断口比三维正交复合材料粗糙,厚度方向二者破坏模式相同.     

光贴片法在复合材料构件中的应用

论证了光贴片法在复合材料构件中的应用，推导出了用贴片法计算复合材料构件边界处及表面任意点处的主应力和主应变计算公式．用电测法和光贴片法对５ｋＷ风力发电机的桨叶（正交复合材料制成），进行了静载强度测式．测得的结果相近．     

考虑小尺度效应影响的金属纳米丝弹性模量的计算

用分子动力学的方法来模拟金属纳米丝的拉伸实验，得到纳米丝屈服前每一位移步的应力、应变值；基于非局部弹性理论，在考虑小尺度效应影响的情况下，建立了纳米丝的应力-应变关系。根据应力-应变关系，利用分子动力学模拟得到的纳米丝的应力、应变数值计算出金属纳米丝的拉伸弹性模量，修正了小尺度效应对纳米丝弹性模量的影响。     

缝合铺层碳/环氧复合材料动态压缩性能实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)动态测试系统对环氧树脂E-51和缝合铺层复合材料厚度方向的压缩性能进行实验研究,得到了不同应变率下的压缩应力-应变关系和压缩强度,并通过冲击破坏形貌来探讨材料的动态压缩破坏模式.结果表明:环氧树脂E-51是应变率相关材料,但其应变率敏感程度并不高;缝合铺层碳/环氧复合材料厚度方向的应力-应变曲线对应变率是敏感的,随着应变率的增加,最大应力增大,应变率在900 s-1比应变率在350 s-1的压缩强度增加120%;破坏的主要原因是纤维和树脂的分离以及纤维之间产生相对位移形成微裂纹,随着载荷的增加和应力集中的作用,促使裂纹扩展导致材料破坏.     

颗粒形状对铝基复合材料热残余应力影响的有限元分析

通过复合材料显微组织观察，建立了平面应力状态的复合材料组织模型，利用有限元方法对Al2O3p/2024Al复合材料和SiCp/2024Al复合材料淬火过程的热应力进行了数值模拟，研究了颗粒形状对铝基复合材料淬火处理过程下热残余应力的影响．结果表明，由于增强颗粒与铝基体之间的热膨胀系数差异较大，淬火处理后颗粒和基体的界面附近产生很大的热残余应力场，同时基体发生塑性应变．     

光纤光栅温度和应变的同时测量

从理论上分析了Bragg光栅对应变和温度的交叉敏感问题，提出了一种实现光纤光栅温度和应变的同时测量的方法．     

石墨烯压阻复合材料及其在裂纹监测中的应用

为了弥补现有柔性应变传感器在健康监测上的不足,以还原氧化石墨烯（rGO）为导电填料,纳米纤维素（CNF）为分散剂和结构骨架,硅橡胶（PDMS）为聚合物弹性基体,采用溶液共混和溶剂挥发法,制备具有压阻效应的弹性复合材料. 对复合材料进行微观结构、力学、电学和机敏性能分析,结果表明,CNF能有效协助rGO在PDMS基体中均匀分散,形成稳定的三维增强和导电网络,提高复合材料的弹性模量和电导率. 当rGO、CNF占PDMS的质量分数分别为10%、3%时,复合材料的弹性模量最大为2.53 MPa,电导率为0.34 S/m. 当复合材料薄膜应变小于10%时,电阻相对变化量与应变呈线性关系,灵敏系数最大为63,对应rGO、CNF的质量分数分别为10%、3%;当应变大于10%时,呈指数变化. 分析复合材料的力电响应机理,将复合材料应用于材料或构件疲劳裂纹的监测中,设计应力强度因子薄膜传感器,并通过理论分析验证其可行性.     

聚苯胺/涤纶导电织物的等离子处理制备及其性能表征

采用低温等离子处理技术结合碱减量对涤纶织物进行表面处理,在织物上原位化学氧化聚合制备聚苯胺/涤纶复合织物.研究了低温等离子处理功率、压强、时间对复合导电织物表面电阻率的影响.结果表明:采用真空度30 Pa,处理时间4 min,处理功率300 W的等离子处理工艺,苯胺单体浓度0.25 mol/L,氧化剂APS质量浓度0.06 g/mL,掺杂酸浓度0.6 mol/L,反应时间2 h,氧化聚合,制备的复合导电织物其表面电阻率可达102Ω.SEM、FTIR及XRD测试结果表明涤纶织物表面有均匀连续的聚苯胺存在,且渗入纤维内部,使纤维无定形区面积增加,结晶度减小.     

锦纶织物纳米四氧化三铁颗粒化学复合镀铜

采用纳米颗粒化学复合镀技术,实现锦纶织物纳米Fe3O4颗粒复合镀铜.借助SEM、EDX、XRD及TG,研究镀层表面形貌、成份和结构以及织物热性能,测试镀铜织物的电磁波屏蔽、表面比电阻和耐磨性能.实验结果表明,较普通镀铜织物,纳米Fe3O4复合镀铜层表面粗糙度有所增加,镀层晶格结构没有改变,但晶粒尺寸有所减小,热性能变化不明显,耐磨性稍有增强.当增重率相同时,纳米Fe3O4复合镀铜织物电磁波屏蔽性能较普通镀铜织物有所降低;随着增重率的增加,平均屏蔽效能逐渐增大,表面比电阻逐渐减小.     

聚氨酯夹芯整体层连复合材料的力学性能研究

整体中空层连复合材料是一种新型的具有特殊结构的夹芯复合材料,主要由经纱与纬纱编织组成的表层和连接2个表层的具有特殊结构的芯部整体编织而成.本文简述了整体中空层连复合材料的复合成型工艺及填充聚氨酯发泡剂的过程,并以高度为25mm填充有聚氨酯发泡剂的玻璃纤维整体中空层连复合材料为例,采用INSTRON电子万能试验机对其进行平压实验;经向和纬向的侧压实验以及弯曲实验等,以测量该种材料的静态力学性能,获得该材料的力学性能参数.同时,文章还采用37mm的SHPB装置,对该种材料的动态力学性能进行了测试研究,得到了材料在动态载荷下的应力应变曲线,分析了该种材料的动态吸能特性以及破坏模式,并对比分析了整体中空层连复合材料经向和纬向的性能差异,得到一些有益结论.为此新型材料在工程结构中的应用提供了一定的参考.     

Ionic conductive hydrogels toughened by latex particles for strain sensors

Conductive hydrogels have attracted tremendous attention due to their excellent softness and stretchability as wearable strain sensing devices. However, most of hydrogel-based strain sensors suffered from poor self-recoverability and fatigue resistance,resulting in significant decrease of strain sensitivity after recycling. Here, a soft and flexible wearable strain sensor is prepared by using an ionic conductive hydrogel with latex particles as physical cross-linking centers. The dynamic physical cross-linking structure can effectively dissipate energy through disruption and reconstruction of molecular segments, thereby imparting excellent stretchability, self-recoverability and fatigue resistance. In addition, the hydrogel exhibits excellent strain-sensitive resistance changes, which enables it to be assembled as a wearable sensor to monitor human motions. As a result, the hydrogel strain sensor can provide precise feedback for a wide range of human activities, including large-scale joint bending and tiny phonating. Therefore, the tough ionic conductive hydrogel would be widely applied in electronic skin, medical monitoring and artificial intelligence.     

光纤传感器用于土木工程检测的研究——关键技术及实现途径

介绍了三类可用于土木工程检测的光纤传感器,分析了光纤传感器用于土木工程检测的几个关键技术问题,如消除温度和应变的交叉敏感,光纤保护材料的选取,光纤传感器工艺的实现等等。为有效解决上述问题,研制了一种新型光纤传感器,在工程试验的基础上,指出这种光纤传感器大规模用于土木工程检测的有效实现途径。     

裂缝损伤的光纤Bragg光栅传感检测 与应变片检测对比研究

为测试光纤B ragg光栅(FBG)传感器用于结构裂缝损伤检测的可靠性,利用FBG裂缝传感器与应变片传感器同时检测钢-砼组合桥面板模型砼顶裂缝损伤。模型试验经历了静载、疲劳和破坏3个阶段。试验表明:在未发生裂缝损伤的静载和疲劳阶段,两种方法测试结果一致。在破坏阶段,模型各处相继出现裂缝损伤。利用FBG传感器测得经历3×106次疲劳试验后,钢-砼组合模型发生裂缝损伤的临界应变值,之后随着荷载的增加,FBG传感器继续追踪损伤的发展,直至破坏完成,显示了裂缝损伤发生发展的全过程,这是传统电测应变片传感器无法做到的。与传统电测方式相比,FBG传感器显示了高灵敏度,高精度,高可靠性和测试范围大等优点,尤其对于损伤发生发展全过程的检测,具有较大的优越性。     

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

水泥−粉煤灰搅拌桩复合地基承载特性

开展水泥?粉煤灰搅拌桩（CFMP）复合地基模型试验,分析应变片及土压力传感器的信号,探究加载过程中桩身及粉煤灰地基中的应力传递特性. 结果表明：CFMP复合地基荷载沉降曲线为缓降型,CFMP复合地基的承载能力是粉煤灰地基的2.2倍;桩侧摩阻力沿桩身深度呈单峰分布,阻力峰值位于桩身中端;当桩顶荷载累加至1 600 N时,桩侧摩阻力到达极限值,并随荷载增加出现侧摩阻力软化现象;当桩顶荷载达到800 N时,桩端持力层的作用凸显,桩端阻力比进入迅速上升期,CFMP呈现以承担桩侧摩阻力为主的受力性状.