碳纤维增强铝合金层板的腐蚀损伤演变与力学性能

纤维金属层板是一种综合性能优异的轻量化材料,已经成功地应用于航空航天领域.其中,使用碳纤维增强的纤维金属层板比采用玻璃纤维或芳纶纤维的层板具有更好的力学性能.然而,碳纤维与金属的结合容易引起电偶腐蚀,极大地限制了其应用.本文采用电化学方法、光学显微镜和扫描电子显微镜等分析了碳纤维增强铝合金层板在腐蚀环境中的腐蚀演变,探...     

高低温老化对碳纤维增强复合材料层间力学性能的影响

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)层间力学性能在温度环境中的老化失效行为,设计了CFRP层间拉伸、层间剪切和弯曲实验,选取高温(80℃)、低温(-40℃)和高低温循环(-40℃～80℃)3种老化环境,分别进行0(未老化)、5、10、15、20、25、30天的老化实验,采用傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)和差示扫描量热法(DSC),对CFRP老化前、后的化学成分变化和玻璃态转换温度(Tg)进行测试分析,并测试分析了CFRP层间失效强度随老化时间的变化规律,通过宏观断面和微观分析揭示层间性能的老化作用机理。结果表明:在高温和高低温循环老化作用下,通过FTIR发现CFRP官能团的变化趋势和程度大致相同,并且通过DSC发现CFRP老化后发生了化学键的断裂。高温和高低温循环老化后CFRP层间力学性能总体上发生了一定程度的退化,且衰减幅度比较接近,发现CFRP撕裂主要是纤维/基体界面开裂引起的,纤维发生断裂并且纤维表面比较光滑,说明老化使纤维丝与基体的界面结合力显著下降。但是,低温老化对CFRP层间性能的影响不明显。     

石墨烯纳米片电场增强因子的模拟计算与对比

石墨烯纳米片特殊的一维刀口状尖端赋予了其优异的电子场发射性能,而电场增强因子β是评价场发射性能的最重要参数,主要采用测定F-N曲线的实验方法进行推算.建立了形状为矩形薄片+半圆圆柱的石墨烯纳米片模型,竖直立于平行平板二极管的阴极上,利用电子束模拟软件EBS(Electron BeamSimulation)模拟计算了场发射装置的两极间的电场分布,由此决定石墨烯纳米片尖端的电场增强系数.研究了高度和顶端曲率半径变化对石墨烯纳米片电场增强因子的影响,根据计算数值拟合了电场增强系数的经验公式,提供了受形状控制的电场增强因子的数值范围,还与同尺寸的碳纳米管进行了比较,证实了本文的模型和计算模拟方法有效、可信.     

温度对碳纤维增强复合材料力学性能的影响

基于ANSYS软件建立了碳纤维增强复合材料有限元模型,采用Newmark法对不同温度下碳纤维增强复合材料的力学性能进行研究。结果表明:温度对碳纤维增强复合材料的应力、变形均有较大影响,碳纤维增强复合材料的应力在25~80℃时,随温度的升高呈明显上升趋势,当温度达到80~100℃时,由于复合材料中的树脂达到其软化温度,碳纤维增强复合材料承载能力显著降低,而100℃之后应力随温度增加呈平缓下降趋势;碳纤维增强复合材料的变形在25~120℃时始终呈上升趋势。     

纳米碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究

采用浓酸(浓硫酸/浓硝酸)氧化法对纳米碳纤维进行表面处理,在水热和超声分散条件下,制备了纳米碳纤维/环氧树脂复合材料。红外光谱测试结果表明,酸化处理在纳米碳纤维表面引入了羟基和羧基等能参与环氧树脂固化反应的官能团。处理后纳米碳纤维的分散性有了明显的改善和提高。SEM和复合材料拉伸性能测试结果也显示了酸化处理能有效改善纤维与树脂的界面结合状况,提高复合材料的拉伸性能。当酸化处理纳米碳纤维的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值,是纯树脂的1.8倍,是同含量未处理纳米碳纤维材料的1.6倍。     

掺杂石墨烯纳米片对硝酸熔盐比热容的影响

以硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠组成的三元熔盐为基液,制备了掺杂石墨烯纳米片的混合熔盐.采用差示扫描量热法测量了基液和混合熔盐纳米流体的比热容,研究了石墨烯纳米片的质量浓度对硝酸熔盐比热容的影响.结果表明,当石墨烯纳米片质量分数为1%时,熔盐纳米流体的比热容可提高7.5%.     

复合材料层板分层伴以横向裂纹扩展的层间应力分析

本文首次提出了分层伴以横向裂纹扩展的三维有限元模型，对典型铺设的［０２／±４５２／９０２］５碳／环氧复合材料由于其分层伴以横向裂纹损伤产生的层间应力进行了分析。计算结果表明层间裂纹首先在９０°层中部出现并开裂至相邻界面处而产生横向裂纹，横向裂纹的出现引起局部分层接三角形状扩展，并指出分层损伤过程是一个主导性的稳定扩展过程，也是导致刚度下降的主要因素。数值计算结果与试验结果是吻合的。     

多层石墨烯的粗粒化分子动力学模型与力学性能

为了有效研究多层石墨烯等石墨烯集合体的力学性能,避免由于实验难度大、全原子计算成本高等带来的困难,基于Tersoff势函数提出一种可用于计算大规模石墨烯的粗粒化分子动力学方法。该方法计算时只需输入原子坐标,大大减少了模型的数据处理,提高了计算效率。通过与全原子模型计算结果比较,本文提出的粗粒化分子动力学方法可以准确预测多层石墨烯的拉伸破坏性能,对制备高性能石墨烯纤维有一定的指导意义。     

对称角交迭层板单轴拉伸时层间应力的解析解

本文通过直接求解弹性力学基本方程,得到了[±θ]_s迭层条板在单轴拉伸时面力应力和层间应力的解析解。由这些应力表达式,可方便地分析层板物理参数和几何参数对层问应力的影响,能定量地确定层间应力的作用宽度,对于自由边界上是否存在应力奇异性得出了明确的结论。应力封闭解形式既能迅速有效地得到数值结果,又可成为用实验方法定量测定层间应力的理论依据。本文还讨论了铺迭次序对应力的影响,计算了典型层板应力沿板宽和板厚的分布。     

氧化铝基金属(金属间化合物)复合陶瓷的力学性能

综述了金属粒子、金属间化合物粒子以及纳米粒子增韧陶瓷的研究现状 ,分析了各种增韧机理 ,总结了纳米复合及陶瓷晶界应力设计解决陶瓷的脆性问题     

氮化硼纳米片/碳纳米管混合补强硅橡胶力学性能的研究

为改善硅橡胶的力学性能,拓展其应用领域,分别采用氮化硼纳米片、碳纳米管或氮化硼纳米片/碳纳米管混合物作为补强剂,加入到硅橡胶中制备橡胶基复合材料,并对材料的力学性能进行研究.研究发现:氮化硼纳米片和碳纳米管的加入都能提高硅橡胶的力学性能,将两者按照一定比例混合后作为补强剂加入到硅橡胶中,材料的力学性能提高更大,拉伸强度最高能达到7.8 MPa.     

Cu-Al系纳米金属间化合物的制备

根据ICF靶材料研究的需要,采用自悬浮定向流技术制备了Cu9Al4、CuAl2 和Cu4Al等金属间化合物纳米微粒,通过TEM和XRD研究颗粒的形貌、粒度和相组成.结果表明,颗粒为球形结构,粒径尺寸在20～60 nm之间.颗粒主要为IMC-Al的双相复合结构,在一定的工艺条件下蒸发源金属与所制备IMC相的原子比例有对应关系,可根据需要通过调配蒸气中金属原子比例得到所期望的IMC相.     

界面约束对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料弹性性能影响有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料进行有限元分析并预测其弹性性能,石墨烯和环氧树脂基体分别用Euler-Bernoulli梁单元和六面体线性单元建模,石墨烯和环氧树脂基体之间界面的粘结作用分别采用嵌入区域约束、强绑定约束和弱绑定约束模拟。在此基础上,讨论了界面约束对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料弹性性能的影响。界面粘结作用分别采用嵌入区域约束、强绑定约束和弱绑定约束的情况下,纳米复合材料的杨氏模量计算值与Halpin-Tsai理论模型的结果偏差均在3%以内。在嵌入区域约束的情况下,杨氏模量计算值比强绑定约束和弱绑定约束的稍大,且更接近Halpin-Tsai理论模型的结果。界面脱粘导致纳米复合材料杨氏模量下降,并且界面几何中心区域脱粘对杨氏模量的影响最小,而在石墨烯片边缘位置的脱粘对杨氏模量的影响最大。有限元数值计算也得到了同样的结果,验证了本文提出的有限元数值模拟方法的合理性。     

石墨烯对水泥净浆力学性能及微观结构的影响

为改善石墨烯纳米材料疏水性,采用硝酸氧化和超声波法制备石墨烯分散悬浮液,考察石墨烯质量分数对水泥净浆力学性能及其微观结构的影响,探讨石墨烯的增强增韧作用机制,结果表明,水泥基复合材料的抗压、抗折强度随着石墨烯质量分数的增加呈先增大后减小的趋势,且最佳质量分数为水泥质量的0.02%.通过SEM和FT-IR对硬化水泥石的结构进行表征,发现石墨烯能够促进水泥水化产物的生长,改变水化晶体的形状、尺寸,使其有形成完整、簇状的趋势,但并未与水泥发生化学反应,改变其生成物类型.     

NiAl金属间化合物纳米晶的制备及特性

采用自蔓延高温合成法制备了ＮｉＡｌ金属间化合物，对合成的ＮｉＡｌ粉末进行高能球磨处理。Ｘ－ｒａｙ衍射分析表明：长时高能球磨处理后的ＮｉＡｌ粉末，其晶粒度显著减小，处理２００ｈ后，可获得晶粒尺度为３ｎｍ的ＮｉＡｌ纳米晶粉，这种纳米粉的显微硬度和比热与未处理的ＮｉＡｌ粉末相比有较大幅度的提高。     

注射成型工艺参数对CFRP力学性能的影响

采用正交试验,针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite,CFRP)的注射成型性能进行研究,获得最佳工艺参数组合。通过控制单一变量研究注塑成型工艺参数对试样力学性能的影响,分析各工艺参数的影响机制;利用扫描电子显微镜观察试样断面碳纤维取向,探讨注塑工艺参数对碳纤维取向的影响。结果表明,最优注射压力对试样力学性能提升最大,试样断面碳纤维取向张量最大;熔体温度、模具温度对试样力学性能提升较小;注射时间对力学性能的提升无明显规律。采用最佳工艺参数组合所获得制件的抗拉强度最大值64.45MPa,弯曲强度最大值141.43MPa,弯曲模量最大值7315.45MPa,纤维取向张量最大值0.8396。     

层间接触条件对沥青路面高温性能的影响

通过力学计算和室内试验研究了层间接触条件对沥青路面高温性能的影响.应用BISAR计算了不同层间接触条件下的沥青面层剪应力,通过直剪试验测定了洒布不同粘层材料的复合马歇尔试件的抗剪强度,采用车辙试验测定复合式车辙板的DS和总变形量.研究结果表明：完全光滑的层间接触条件大幅提高了沥青面层的最大剪应力,并加速了沥青面层发生剪切破坏而出现车辙;粘层提高了层间抗剪强度,不同的粘层材料对层间接触条件的改善效果不同;高抗剪强度的层间接触能提高复合式车辙板的高温性能;采取适当措施改善层间接触条件,对提高沥青路面的高温性能具有重要意义.     

层间接触条件对沥青路面高温性能的影响研究

应用BISAR软件计算了不同层间接触条件下的沥青面层剪应力,通过直剪试验测定了洒布不同粘层材料的复合马歇尔试件的抗剪强度,并采用车辙试验测定复合式车辙板的DS和总变形量.研究结果表明:完全光滑的层间接触条件大幅提高了沥青面层的最大剪应力,加速沥青面层发生剪切破坏而出现车辙;粘层提高了层间抗剪强度,不同的粘层材料对层间接触条件的改善效果不同;高抗剪强度的层间接触能提高复合式车辙板的高温性能.     

FCC金属的织构对力学性能的影响

为了研究FCC金属的织构对材料力学性能的影响,利用织构分析结果和Schmid定律,提出了FCC金属材料轧制时等效滑移系数和Schmid因子的计算方法.利用该方法分别计算了立方织构、黄铜织构和铜织构材料轧制时在法向、轧向和横向的等效滑移系数和Schmid因子的理论值.结果表明,立方织构材料轧制时在法向、轧向和横向的等效滑移系数和Schmid因子都相同,分别是8和0.41;黄铜织构材料轧制时在法向、轧向和横向的等效滑移系数和Schmid因子分别是4和0.41、2和0.27、2和0.82;铜织构材料轧制时在法向、轧向和横向的等效滑移系数和Schmid因子分别是2和0.27、2和0.82、4和0.41.并对FCC金属的变形机理与力学性能的各向异性进行了深入的讨论.