芳纶纤维增韧碳纤维泡沫金属夹芯梁压缩性能及界面性能

为研究芳纶短纤维对复合材料夹芯材料/结构的界面及性能的影响,对具有芳纶短纤维增韧界面的碳纤维-泡沫铝夹芯梁进行了试验和细观增韧机制研究.在夹芯梁制备过程中,在碳纤维-泡沫铝界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过短纤维的桥联作用,提高夹芯梁的界面黏接性能.研究了芳纶纤维增韧对夹芯梁面内压缩性能和破坏模态的影响,采用非对称双悬臂梁(ADCB)试验测量了不同增韧参数条件下,碳纤维表板与泡沫铝芯体之间的临界能量释放率.试验结果显示:在相同增韧参数条件下,Kevlar纤维增韧夹芯梁的面内压缩性能和界面临界能量释放率均较好,而混杂长度Kevlar纤维的界面增韧效果最优.通过对试件断面的SEM观测,分析了芳纶纤维增韧的细观增韧机制.     

泡沫夹芯复合材料梁界面裂纹曲折扩展实验与数值模拟

采用双悬臂梁(DCB)试验研究了具有不同密度的PMI泡沫芯体的玻璃纤维增强复合材料夹芯梁界面裂纹曲折破坏路径。基于包含裂纹的物质点算法(MPM), 建立了与试验研究相适应的MPM模型, 在不同的面板/芯体模量比下计算了界面裂纹裂尖模态比和曲折破坏角, 并结合曲折破坏准则模拟了界面裂纹曲折破坏路径。数值模拟结果和试验现象吻合良好, 说明了本文中数值分析模型和方法的有效性。研究结果表明, 面板材料和芯体材料模量失配越严重, 界面裂纹发生曲折破坏时的破坏角越大; 裂纹折入芯体后, 在 Ⅰ 型为主的加载模式的支配下以基本平行于界面的方向扩展。      

短切纤维增韧泡沫夹芯复合材料梁界面断裂过程的物质点方法模拟

对短切纤维增韧泡沫夹芯复合材料梁界面韧性试验结果进行了分析讨论并基于物质点方法(material pointmethod, MPM)对试验过程进行了数值模拟。在MPM方法中,通过可视准则引入不连续性来处理裂纹问题,发展了包含裂纹的MPM 算法,模拟了泡沫夹芯复合材料梁界面断裂试验过程,数值分析结果和试验数据取得了良好的一致性。研究结果表明短切纤维增韧工艺能够显著提高泡沫夹芯复合材料结构的界面韧性和承载能力,同时表明该文推导的包含裂纹的MPM方法处理断裂问题的精确性和有效性。     

芳纶纤维增韧碳纤维增强环氧树脂复合材料-铝蜂窝夹芯结构界面性能和增韧机制

研究了低密度芳纶短纤维(AF)对碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)-铝蜂窝夹芯结构的界面增韧效果和增韧机制.制备了复合材料夹芯梁,将6 mm长度的AF制成絮状纤维薄层用于夹芯梁界面层的增韧,并采用非对称双悬臂梁实验对增韧和未增韧夹芯梁进行了界面断裂韧性的测量.相比于未增韧夹芯梁试件,增韧试件的平均临界能量释放率提...     

具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯板冲击后压缩性能

碳纤维夹芯板受到冲击载荷后易发生分层损伤,在工程应用中严重影响结构安全。首先对碳纤维/铝蜂窝夹芯板界面进行Kevlar短纤维增韧设计;其次对比研究了Kevlar短纤维界面增韧及未增韧夹芯板的低速冲击行为和冲击后压缩行为,将其冲击后剩余压缩强度、能量吸收及破坏模式进行对比;最后运用数字图像相关技术(DIC)获取增韧及未增韧试件在冲击后压缩过程中的应变云图。结果表明：低速冲击过程中,Kevlar短纤维增韧可以有效提高碳纤维/铝蜂窝夹芯板的冲击损伤阻抗,增韧试件的临界损伤阈值载荷明显高于未增韧试件;相比于未增韧试件,4种冲击能量下增韧试件的冲击后剩余压缩强度(CAI)值分别提高了2.68%、9.24%、4.65%、11.13%,能量吸收分别提高了69.09%、52.88%、55.03%、101.70%;对碳纤维/铝蜂窝夹芯板冲击后压缩过程中的DIC观测,进一步验证了芳纶短纤维对界面的增韧效果,并揭示了增韧界面对结构的增强机制。     

复合材料夹芯梁屈曲破坏模式及极限承载

为研究复合材料夹芯梁在轴压作用下的屈曲、后屈曲特性及承载能力,进行了试验研究与有限元仿真。首先,开展了系列复合材料夹芯梁屈曲特性试验,研究了铺层比例、梁长度、表层厚度及芯层厚度等因素对其屈曲、后屈曲破坏模式及极限承载的影响;然后,基于非线性屈曲理论,采用三维内聚力界面单元模拟面芯脱粘,并引入初始预变形及材料损伤准则对复合材料夹芯梁在轴压下的屈曲特性及极限承载进行仿真研究。结果显示:界面脱粘是屈曲破坏的重要模式;仿真计算的极限承载与试验结果相比,误差控制在10%以内。所得结论表明该方法可有效预报复合材料夹芯梁的后屈曲路径、破坏模式及极限承载。      

氧化铝短纤维增强铝合金复合材料界面的研究

本文在浸渗法制备复合材料的基础上,研究了氧化铝短纤维增强铝合金复合材料的界面.研究结果表明,在复合材料中,纤维与基体之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浸润状况,有利于纤维与基体的结合.试样断口分析还表明,复合材料的界面结合状况良好,可传递足够的载荷到纤维上,发挥其增强作用.     

晶须增韧陶瓷复合材料的界面行为研究

综述了晶须增韧陶瓷复合材料的界面物理相容性、界面化学相容性以及界面设计研究的主要内容和研究进展，讨论了今后界在研究的方向。     

热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展

面芯界面性能是复合材料夹芯结构发挥其力学/多功能优势的关键,热塑性树脂具有可熔融再造的特点,使热塑性复合材料夹芯结构(TPCSS)可在不引入新材料的前提下,形成连续可靠的面芯界面。对近年来热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展进行了梳理,总结了常见构型与所用材料,重点归纳了主要的熔融连接方法,包括热板焊接、模压成型、连续热压、面芯共编和增材制造等。基于国内外研究和应用现状,展望了熔融连接热塑性复合材料夹芯结构的未来发展趋势和应用前景。     

夹芯复合材料阻尼性能的研究进展

随着航空航天轻质高速化和精密仪器设备自动化的发展,振动问题日益凸显.夹芯复合材料比强度高、比模量大、减振性能优良,兼具结构和功能一体化的特性,成为航空航天领域研究的热点.从复合材料基体、增强体、界面3个方面阐述了复合材料的减振机理,介绍了目前研究热门的夹芯结构以及芯材、面板、结合界面及其相互作用对阻尼性能的影响规律,概述了夹芯复合材料阻尼改性的研究现状,最后对夹芯复合材料阻尼的研究方向进行了展望.     

碳纤维电泳沉积碳纳米管对界面性能的影响

采用碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面,达到改性碳纤维复合材料界面性能的目的.将羧基化的碳纳米管在十六烷基三甲基溴化铵的分散作用下制备成不同浓度的水溶液,在电场作用下,将碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面.通过扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱以及动态接触角对处理前后的碳纤维的表面形貌、表面元素及浸润性进行表征.研究结果表明,经过电泳沉积碳纳米管后,碳纤维的表面粗糙度、表面极性官能团含量及表面能都有较大提高,纤维的浸润性得到提高.对复合材料的界面性能分析表明,复合材料的界面性能在经过处理后有很大提高,当碳纳米管的质量浓度为0.1%,界面剪切强度提高了72.93%.     

不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料梁剪切韧性试验

为研究聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料（PVA/ECC）无腹筋梁的剪切韧性,基于5组PVA/ECC梁受剪破坏试验结果,以剪切韧性指数和斜裂缝综合指数为指标,对不同纤维掺量下PVA/ECC梁的斜截面剪切韧性进行了研究与评价。结果表明:PVA纤维的掺入能改善梁的开裂性能,明显提高梁受荷全过程的变形能力及斜截面承载力,从而提高构件的剪切韧性;PVA纤维体积分数在0~2vol%范围内时,其值越大,加载过程中消耗的能量越多,斜截面抗剪承载力越高,破坏之前的总变形越大,梁的剪切韧性越好。      

锌基碳纳米管复合材料的界面特性及增强机理

通过复合电沉积技术制备了锌基碳纳米管复合薄膜。其中, 碳纳米管表面的锌沉积层平滑连续, 无明显界面缺陷, 与其它金属基碳纳米管复合材料相比, 这种独特的界面形貌是值得注意的。在对材料变形区的观察中发现, 在薄膜变形的过程中, 适中的结合强度将允许碳纳米管与基体发生界面脱黏, 碳纳米管被拔出基体后桥联在裂纹中。虽然界面结合受到损伤, 但是仍然可以有效地传递应力。当裂纹继续扩展, 碳纳米管石墨片层开裂, 直至完全断裂。同时, 这些桥连在裂纹中的碳纳米管趋向于向垂直于裂纹的方向滑移, 它们在基体中移动时会对基体造成一定程度的损伤。这些过程都将消耗大量的破断能, 从而起到对基体的增强效果。锌基碳纳米管复合薄膜的平均硬度由HV178.3上升至HV493.5。      

Armor-piercing experiment on fragment against sandwich plate with fiber reinforced composite cores

研究了钢板一纤维增强复合材料板一钢板构成的三明治结构对破片的防护性能。通过破片模拟弹丸（FSP）高速撞击不同结构三明治板实验,获得FSP弹丸贯穿16种三明治板的弹道极限,分析结构特征对纤维增强复合材料三明治板比吸收能的影响。结果表明,叠层芳纶、玻纤基三明治板较单层结构三明治板比吸收能分别提高了8．31％和16．09％,8mm面板＋8mm夹层＋6mm背板芳纶、玻纤基三明治板较4mm面板＋8mm夹层＋10mm背板的芳纶、玻纤基三明治板比吸收能分别提高了37．72％和25．35％;芳纶、玻纤基三明治板的比吸收能均随复合材料夹层厚度的增加呈指数递增,夹层基板的抗拉性能是影响三明治板比吸收能的重要因素;同面密度下,厚面板、薄背板及多层叠合夹层结构的三明治板具有更高的比吸收能。     

Numerical and experimental validation of computational models for mode I composite fracture failure

This work compares the numerical determination of the strain energy release rate in mode I for the interlaminar fracture of composite laminates by means of two different models: the virtual crack closure technique (VCCT) and the two-step extension method. Results were compared with empirical data obtained from double cantilever beam (DCB) tests carried out on unidirectional AS4/8552 carbon/epoxy laminates. The study showed that, in a pure mode I state, results obtained via the two-step method were in agreement with a straightforward calculation of the elastic energy variation in the system. Results from VCCT calculations were slightly lower than those obtained through the two-step method using four node elements in plane strain. As expected, results from both models converge as element length decreases.     

CFRP-PCPs复合筋嵌入加固钢筋混凝土梁裂缝试验及计算方法研究

通过5根嵌入不同张拉控制应力的碳纤维增强塑料预应力混凝土棱柱体(CFRP-PCPs)复合筋加固钢筋混凝土梁受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布与发展,得到最大裂缝宽度与平均裂缝宽度在静力荷载作用下的变化特性。结果表明: 嵌入CFRP-PCPs复合筋能有效的减少被加固钢筋混凝土梁的裂缝宽度和高度。在试验基础上,根据国家现行混凝土规范,对平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式进行参数修正,建立了CFRP-PCPs复合筋嵌入加固钢筋混凝土梁最大裂缝宽度计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

考虑纤维损伤的大孔口层合板缝合补强等效力学模型

针对含大孔口层合板（层合板宽度D与开孔半径R的比例D/R<6）缝合补强,考虑缝合线对面内纤维造成弯曲、断裂及针脚处夹杂和富树脂区的影响,利用有限元软件建立了大孔口层合板缝合补强模型。在拉伸载荷作用下,计算了不同缝合参数（针距、行距、边距、缝合线直径、缝合线张力）对层合板力学性能的影响。并将不同缝合参数对面内纤维造成的损伤等效为孔径的扩展,建立其等效开孔无边缘效应层合板有限元模型,得出了缝合补强时不同缝合参数对层合板整体承载能力的影响规律。针距越小,层合板承载能力越低;当针距小于3.14 mm时,随着边距的增大,层合板承载能力单调减小;当针距介于3.14 mm与6 mm之间时,随着边距的增大,层合板承载能力呈现出类似于正弦函数的变化形式,且整体趋势增大;当针距大于6 mm时,随着边距的增大,层合板承载能力单调增大;当中心圆孔的0°与90°位置存在针脚缺陷时,易造成层合板提前破坏。      

Strengthening RC beams with composite fiber cement plate reinforced by prestressed FRP rods: Experimental and numerical analysis

This paper deals with the development of a new strengthening system for reinforced concrete beams with externally-bonded plate made of composite fiber cement reinforced by rebars made of fiber-reinforced plastic (FRP) [1]. The proposed strengthening material involves the preloading of FRP rod before mortar casting. The paper presents experimental and numerical analysis carried out on many large-scale beams strengthened by well-known reinforcement techniques, such as externally bonded Carbon Fiber-Reinforced Plastic (CFRP) plate and the Near Surface Mounted (NSM) technique, which are compared to the proposed new strengthening material through four-point bending tests. Results are analyzed with regard to the load-displacement curve, bending stiffness, cracking load, yield strength and failure load. The developed numerical model is in agreement with the experimental results. It clearly shows the effects of prestressed FRP rod on cracking mechanisms and internal strength distribution in the analyzed beams.