航天结构三维编织复合材料力学性能研究

(获 2 0 0 1年全军科技进步二等奖)三维编织复合材料从根本上消除了传统层合复合材料层间强度低的弊病 ,从而成为一种新型结构材料。近 2 0年来 ,国际上对三维编织复合材料的制造与应用技术 ,如用三维编织复合材料制造耐高温、烧蚀和高冲刷的导弹头锥、火箭发动机的喉衬、发动机裙和导弹弹体或火箭箭体、航天器特殊结构件、飞机机翼等的研究极为重视。本研究项目从 1 992年开始围绕航天结构进行了一系列基础及应用研究。主要研究内容为 :1 )分析了三维四向、五向编织技术及编织复合材料细观结构特点 ,比较了有代表性的理论模型 ,如CLMa的…     

医用碳／碳复合材料的制备及骨组织相容性研究

医用碳／碳复合材料的制备工艺主要由碳纤维三维立体织物浸渍糠醇树脂、碳化、化学气相渗透和石墨化等主要步骤构成．本文采用扫描电子显微镜、肖氏硬度计对碳／碳复合材料的表面微观形貌及显微硬度进行观察和测定．为进一步探讨该材料作为骨组织替换材料的可行性，开展了实验动物骨内种植实验，并通过X射线和组织病理切片观察对材料与骨组织相容性进行了研究．结果表明，采用本工艺制备的碳／碳复合材料组织结构均匀致密．该材料生物相容性良好，具有与正常人体皮质骨十分接近的表面硬度．     

医用碳/碳复合材料的制备及骨组织相容性研究

医用碳/碳复合材料的制备工艺主要由碳纤维三维立体织物浸渍糠醇树脂、碳化、化学气相渗透和石墨化等主要步骤构成.本文采用扫描电子显微镜、肖氏硬度计对碳/碳复合材料的表面微观形貌及显微硬度进行观察和测定.为进一步探讨该材料作为骨组织替换材料的可行性，开展了实验动物骨内种植实验，并通过X射线和组织病理切片观察对材料与骨组织相容性进行了研究.结果表明，采用本工艺制备的碳/碳复合材料组织结构均匀致密.该材料生物相容性良好，具有与正常人体皮质骨十分接近的表面硬度.     

“三维编织工艺模型及其CAPP系统的研究”通过验收

由我校韩其睿教授承担的天津市自然科学基金项目“三维编织工艺模型及其 CAPP系统的研究”于2 0 0 1年 7月 14日通过同行专家评议 .验收专家一致认为 ,该项目选题新颖 ,研究目标明确 .项目建立了三维异型整体编织工艺过程的数字模型和三维编织件结构模型 ;编制了三维编织件的结构显示程序、编织过程的动态模拟程序和工艺过程的设计程序 ;开发了三维编织 CAPP系统等 .　　这一研究结果有很强的实用性 ,在航空航天等领域有广阔的应用前景 ,对编织复合材料技术发展有重要推动作用 .该项目研究达到了国内领先和世界先进水平 .“三维编织工艺…     

三维多向编织复合材料分析模型

针对四向编织复合材料，从几何上建立了材料单胞的组织结构模型，深入讨论了单胞内纤维束在空间上的分布规律，导出了编织参数间的关系，并结合假定的四向编织复合材料进行了性能预报分析，模型将成为三维多向编织复合材料的材料性能预报与材料设计的基础。     

树脂基三维编织复合材料蠕变性能分析

采用拉伸蠕变试验方法研究了树脂基三维编织复合材料的蠕变性能，分析了编织结构、编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料蠕变性能的影响．实验结果表明：在本文试验条件下，树脂基三维复合材料的蠕变曲线分为减速和恒速两个阶段；三维编织复合材料的抗蠕变性能随编织角的减小、纤维体积含量的增加而提高，且三维五向结构的抗蠕变性能优于三维四向结构的抗蠕变性能．     

用于口腔修复的生物活性陶瓷涂层的软磁材料复合体

采用了一种新型闭合磁路装置用于口腔修复中的磁性固位，研制了生物活性陶瓷，并制备了生物活性陶瓷涂层的软磁材料复合体，结果表明，复合体能满足口腔修复的功能要求，提供足够了的固位力，具有良好的生物相容性，可与骨产生骨性结合，长期稳定性种植在牙根内。     

用于口腔修复的生物活性陶瓷涂层的软磁材料复合体

采用了一种新型闭合进路装置用于口腔修复中的磁性固位，研制了生物活性陶瓷，并制备了生物活性陶瓷涂层的软磁材料复合体。结果表明，复合体能满足口腔修复的功能要求，提供了足够的固位力，具有良好的生物相容性．可与骨产生骨性结合，长期稳定地种植在牙根内。     

磷酸钙骨水泥药物缓释载体的研究进展

磷酸钙骨水泥以其优良的生物相容性、生物活性、自固化性和释放性作为骨修复材料在临床中得到了广泛应用.作者在文中论述了磷酸钙骨水泥作为药物缓释载体的动力学原理、影响因素以及理化性能等方面的研究进展,并指出了存在的问题及今后的研究方向.     

三维编织的计算机模拟技术

三维编织过程可以描述为携纱器从一平面网络阵到另一平面网络阵中的位置置换，其位置点对编织纱线的控制是相对暂时的，编织纱线将沿携纱器的运动趋势方向运动，本文从编织过程中出发，建立了三维编织过程的数学模型，采用计算机模拟三维编织机的编织操作，并描述了编织纱线的交织结构。     

圆型编织复合材料结构及弹性性能分析

基于三维圆型编织携纱器的运动规律,研究了空间纱线交织结构,获得了预成型件结构的单胞模型,推导了内部单胞和表面单胞的几何特性、编织工艺参数间的数学关系.采用刚度平均化方法,计算了三维圆型编织复合材料的弹性性能参数.研究结果表明:编织角和纤维体积分数对弹性模量都有明显影响.     

3D打印蜂窝结构在临时性建筑中的力学性能分析

为研究改进传统临时性建筑如:木头、纸筒、竹子、简易帐篷等材料制备的临时性住所存在可设计性不强、材料不够轻便、力学性能不足等问题. 利用3D打印技术,使用PLA材料制备了手型蜂窝、六边形蜂窝、内凹六边形蜂窝、星形蜂窝和三角形蜂窝结构,并对这5种蜂窝结构进行测试了面内拉伸、面外弯曲和面内压缩的力学特性. 根据实验结果,依靠数据对这5种结构的蜂窝芯子进行力学性能对比.结果显示手型蜂窝结构具有较大的承载能力,六边形蜂窝结构的综合力学性能优于其他4种结构. 最后根据载荷位移曲线图,对比分析运用3D打印蜂窝结构在临时性建筑中,如何优于传统临时性建筑在建造中所使用的结构与材料. 研究表明:设计的蜂窝结构轻质高强优于传统临时性建筑物材料,在一定条件下利用3D打印技术,使用PLA材料制备的手型蜂窝和六边形蜂窝结构,可以满足灾后临时性建筑的力学性能需求且可设计性强,材料轻便节省人力,有效的减少临时建筑物对灾民的二次伤害.     

开孔空心球结构的准静态压缩力学行为

空心球材料具有超轻、高比强度、缓冲性能好等优点，在航空航天、汽车安全等领域具有诸多需求，其力学性能主要受微观结构的影响。利用实验和有限元数值模拟研究3D打印开孔空心球结构的准静态压缩力学行为，主要分析胞元个数、开孔孔径以及空心球排列方式对两种连接方式空心球结构力学性能的影响。研究结果证实，开孔空心球结构的准静态压溃过程主要分为弹性变形阶段、塑性大变形阶段以及密实化阶段；当试件中胞元个数达到3×3×3以上时，其力学性能基本与胞元个数无关；总体上，有连接颈结构的比模量和比强度高于无连接颈结构，而无连接颈结构的比吸能高于有连接颈结构；面心立方排列结构的压缩力学性能优越，其次是体心立方排列结构，简单立方排列结构力学性能最弱；简单立方和体心立方结构的比模量、比强度以及比吸能与孔径之间是线性关系，而对于面心立方结构是非线性关系。为3D打印空心球材料的设计与应用提供一定参考。     

Nanoindentation of circular multilayer graphene allotropes

Nanoindentaion has been proposed as an efficient technique to measure mechanical single-layer two-dimensional(2D) materials via combining the membrane theory with the indentation data. However, for multilayered structures of 2D materials, significant discrepancy exists between the Young's modulus obtained from the existing membrane model and those from other methods.Here we develop a multilayer indentation model by taking the multilayer effect into account in the previous membrane model.We show that the present model can accurately predict the Young's modulus of multilayered 2D carbon materials. For few layer graphene and twin graphene structures, the deviation of the Young's moduli obtained by the present model are both within a reasonable range, while the error caused by the direct use of the previous single-layer membrane model increases with the number of layers. The present model provides an efficient tool to extract the mechanical properties of 2D materials from the nanoindentation data of their multilayered structures.     

Processing investigation and optimization for hybrid thermoplastic composites

A thermoplastic based composite material is suitable for automobile and aerospace applications. The recyclability of thermoplastic and clean processing further enhance its use. The only limitation encountered in using this material is its high-melt viscosity. Various techniques have been developed to overcome this problem. Commingled materials are one of such methods adopted for making proper use of thermoplastic. A major problem observed during the use of a commingled material is its de-commingling, wherein, the uniform distribution of fiber and thermoplastic yam gets disturbed and affects the final quality of the composite. The effects of the braiding process on laminate quality were investigated. Flat plaques were produced by braiding the commingled yam, using a 48- carrier braiding machine. The braids （and control woven samples） were subsequently heated and consolidated in a nonisothermal compression molding operation. Prior to the manufacture of the ＇best quality＇ plaques, a series of moldings were produced under different consolidation conditions, to study the dependence of properties on the process variables. This enabled a processing window to be established for each material and helped to separate the respective effects of yam handling, textile processing, and consolidation on laminate properties.     

AS-49PC-4在异型三维编织机控制系统中的应用

为提高三维编织机的自动化水平,在其控制系统中采用了AS-49PC-4运动控制卡设计了“PC＋运动控制卡”控制方案．详细介绍了AS-49PC-4运动控制卡与驱动器和步进电机的连接及控制电机的具体实现．实践表明,使用此方案,可缩短系统的开发周期,提高插补精度,降低编织出错率．     

Mechanical design and energy absorption of 3D novel hybrid lattice metamaterials

Science China Technological Sciences - In this paper, three-dimensional (3D) novel hybrid lattice structures with exceptional mechanical properties and energy absorbing performances were proposed,...     

计算机模拟界面失配位错对复合材料力学性能的影响

复合材料的界面问题是材料研究的难点之一．实验手段复杂且难以获得准确数据．利用计算机模拟方法研究界面结构与力学性能现已成为界面研究的重要方法．本文利用分子动力学模拟了错配比分别为３％和１５％的ＡＧ／州和Ｃｕ／Ｎｉ两种界面在静态弛豫和动态弯曲过程中的原子结构和力学性能曲线．结果表明，界面失配位错的错配比不同，其力学性能亦不同．