黄麻/碳混杂增强复合材料力学性能的理论预测与测试

采用碳纤维单向铺层于黄麻纤维针刺毡中,并制作相同纤维体积含量的黄麻纤维针刺毡,通过真空辅助树脂传递法分别制备了黄麻/碳混杂针刺毡、黄麻针刺毡、单向碳纤维毡增强乙烯基酯树脂复合材料,建立了黄麻/碳单向混杂增强复合材料拉伸与弯曲的数学模型,进行理论与实测值的比较,并分析了复合材料的力学性能。结果表明:黄麻/碳混杂增强复合材料力学性能的理论值与实测值存在一定的吻合性,在实际工程应用中可通过预测来制定混杂纤维针刺毡中黄麻纤维与碳纤维的混用比;单向碳纤维的加入有效地提高了复合材料的拉伸性能,复合材料的拉伸强度和拉伸模量比未加入碳纤维之前分别提高了107.20%和30.99%,但复合材料的弯曲模式没有太大的改变。     

基于DIGIMAT的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的力学性能

为准确预测不同编织工艺参数下编织复合材料的等效弹性性能,拓宽碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的应用领域。建立了考虑随纤维路经产生扭结缺陷的二维三轴编织复合材料的代表性体积单元(RVE),并基于平均场均匀化方法,利用DIGIMAT预测复合材料的等效弹性模量,分析不同编织角对编织复合材料等效工程常数的影响规律;其次基于强度失效准则,预测编织复合材料在单轴拉伸加载情况下的力学性能;最后通过数值模拟获得编织复合材料RVE的应力与应变。结果表明：预测的编织参数对等效工程常数的影响规律与试验测量一致,获得的应力、应变可为进一步研究其损伤破坏行为提供参考。     

短切碳纤维增强热塑性复合材料性能影响因素

在纤维增强树脂基复合材料中,纤维增强热塑性复合材料是数量最大的品种之一,可分为短切碳纤维增强热塑性复合材料、长纤维增强热塑性复合材料和连续纤维增强热塑性复合材料.本文主要介绍了短切碳纤维增强热塑性复合材料的制备和应用技术,从纤维含量、纤维长度、纤维取向、基体的选择、纤维与基体的结合、纤维的均匀分散性等方面分析对复合材料...     

三维编织和角联锁复合材料的高速冲击响应

为了探究三维纺织结构复合材料高速冲击下应变率效应和结构效应，制备了碳纤维增强三维编织和三维角联锁复合材料，采用霍普金森压杆(SHPB)系统和高速摄影系统记录了三维编织和三维角联锁复合材料在高速冲击过程中应力应变曲线和渐进损伤过程。结果表明：编织和角联锁复合材料在高速冲击下都具有一定的应变率效应，并且都呈现剪切损伤，但编织复合材料呈现明显延性损伤而角联锁复合材料呈现明显脆性损伤。由于编织复合材料内部纤维束交织紧密，损伤后仍能承受一定载荷并且结构也能保持完整性，因此相较于三维角联锁复合材料，三维编织复合材料具有更好的抗冲击性能。     

复合材料冲击拉伸行为及Weibull分布

研究了平纹玄武岩纤维增强复合材料在冲击加载下的拉伸力学行为。运用Hopkinson拉杆测试了应变率在900~3 200 s-1内的材料的冲击拉伸性能,同时测试了材料在0.001 s-1应变率下的拉伸性能。结果表明:平纹玄武岩纤维增强复合材料的应力应变曲线是应变率敏感的,随着应变率的增加,其拉伸模量和最大应力增加,而相应最大应力的应变则减小。通过Weibull分布模拟了其应力应变曲线及参数的变化规律,分析了其破坏机理。     

碳纤维长丝纱传感网络在空间分辨监测用纤维增强复合材料中的应用

纤维增强复合材料应用领域日益增多,其正越来越普遍地成为传统金属结构材料的替代品,特别是在结构成分上,轻质结构相比传统结构具有更显著的生态和经济优势。基于碳纤维长丝纱的传感网络节省了材料,进而减轻了质量,可用于论证力学计算模型、连续监测纤维增强塑料组分的结构及应变。这些方法可被综合运用到增强纺织半成品中,用于空间分辨电阻测量,以便于更深入地了解高技术材料的力学性能。     

单向复合材料微观应变场的h-p型有限元模拟

单向复合材料的纤维和机体是两种典型的异质材料,两者在界面处及各自内部应力/应变场的分布较复杂。目前,很多学者对多尺度模拟方法的研究都是建立在对微观应力/应变场进行模拟的基础上进行的。通常,p型有限元在异质材料细节应力/应变场的分析方面有其优越性。从这个角度出发,采用一定h细化的p型有限元即h-p型有限元模型,分别在多种力载荷和热载荷作用下,利用代表体元(RVE)技术,给出了单向复合材料纤维和机体界面及其各自内部的Mises应变和J1的分布;同时,为了表明计算结果的精度,同时给出了模型的能范误差估计。这种微观力学模拟方法对复合材料结构的多尺度模拟有较重要参考价值。     

三维角联锁机织复合材料面内剪切失效机理及结构效应

结合数字图像相关技术、计算机断层扫描技术,采用修改的V形缺口试件轨道剪切加载探究了碳纤维/环氧树脂三维角联锁机织复合材料面内剪切失效机理和损伤模式。对比同等纤维体积含量单向板试件,揭示两者面内剪切行为的结构效应。角联锁和单向板试件面内剪切行为可简化为“线弹性、屈服、后继屈服”3个阶段。两种试件均在剪切应变集中区域产生局部剪切扭结带。角联锁损伤起始于树脂开裂,随后纱线间开裂,最终横向承载纱线旋转导致纱线抽拔;单向板主要失效模式为捆绑纱断裂后的纤维间分层失效。单向板捆绑纱延缓了纤维间分层,而角联锁中的经纬交织结构有效抵抗了纤维间分层,后继屈服表现为应变强化,强化了面内剪切强度。     

碳/芳纶混编三维编织复合材料拉伸性能

为分析三维编织复合材料拉伸性能和失效机制,分别以碳纤维和芳纶纤维为轴纱和编织纱织造了三维五向、三维六向碳/芳纶混编复合材料。采用数字图像相关法采集试样在单轴拉伸过程中表面全场应变信息得到的泊松比。结果表明：三维编织复合材料泊松比受编织结构的影响较大,同种编织结构下,碳纤维为轴纱的复合材料基本保持了碳纤维三维编织复合材料的拉伸强度和模量,同时提高了断裂伸长率;芳纶纤维为轴纱的复合材料则显著提高了断裂伸长率,但拉伸强度和模量损失较为明显;同种混编方式下,三维五向编织复合材料的拉伸强度和拉伸模量较三维六向高,断裂伸长率无明显差异。编织纱分别为碳纤维和芳纶纤维的三维编织复合材料高应变区分别类似点阵分布和波浪线分布,三维五向和三维六向编织复合材料高应变区分别呈均匀分散分布和横向分布。     

基于桥联模型预报三维五向编织复合材料的刚度和强度

基于三维五向编织复合材料细观单胞模型,将材料内部、表面、棱角区域内具有相同走向的纤维束简化为单向复合材料,利用桥联模型,确定了单向复合材料的柔度矩阵,将具有不同材料主向的单向复合材料的刚度通过体积进行平均,得到了三维五向编织复合材料的总体刚度矩阵,进一步计算得到材料的工程弹性常数;以单向复合材料为基础,宏观上基于等应变假设,结合桥联模型,确定出材料内各组分(纤维束和基体)的细观应力分布,对纤维束采用Hoffman失效准则,基体采用Mises失效准则,预报了三维五向编织复合材料的拉伸强度。结果表明,三维五向编织复合材料的刚度和强度的预测值与实验值吻合较好,验证了本文分析模型的有效性。     

二维机织复合材料力学分析中的周期性边界条件研究

为了精确地进行二维机织复合材料力学性能的数值分析,需建立单胞模型的准确边界条件。基于周期边界条件理论,提出了简便通用的二维机织复合材料周期边界方程,并给出了周期边界条件下各弹性常数在有限元分析中的求解方法;为验证周期边界条件的正确性,建立了９ 个单胞构成的九宫格结构,取中央单胞作为参考单胞,对不同边界条件下独立单胞的变形和应力分布与参考单胞进行对比。研究结果表明：即使在单向拉伸载荷下,单胞各个边界面也不保持平面状态,而是出现凹凸翘曲变形,即存在边界周期性;通过边界周期性条件,可正确地获得二维机织织物的工程弹性常数。     

Numerical analyses of thermo-mechanical behaviors of 3-D rectangular braided composite under different temperatures

This paper reports numerical analyses of thermo-mechanical behaviors of three-dimensional (3-D) 4-step rectangular braided basalt fiber/epoxy resin composite materials under different temperatures from 60 to 210°C. In the braided composite, the basalt fiber tows were assumed as thermal insensitive material and the mechanical behaviors of the epoxy resin under different temperatures were tested and introduced in microstructure model of the 3-D braided composite. The thermal stress distributions in fiber tows and resins were numerical calculated based on the microstructure model. The influences of fiber tow orientations and braided architectures on the stress distribution along the axial direction and resins have been discussed to characterize the thermal stress under different temperatures. The residual stress in the braided composite induced from the temperature change is also analyzed for the application of the braided composite to different temperature environments. It is expected that such a numerical investigation could be extended to the design of 3-D braided composite applied to high temperatures.     

大麻/聚乳酸复合发泡材料的力学性能

采用模压发泡制备了大麻纤维增强PLA基复合发泡材料,研究探讨了大麻/聚乳酸纤维复合发泡材料的力学性能与大麻纤维长度、大麻纤维添加量的关系。结果表明：大麻/PLA复合发泡材料压缩性能的杨氏模量、屈服应力与添加的大麻纤维长度的指数函数的平方呈正相关,与大麻纤维添加量的平方呈正相关。大麻/PLA复合发泡材料的拉伸断裂强度与添加的纤维长度、纤维添加量均呈指数正相关。且随着添加的大麻纤维长度和大麻纤维添加量的增加,大麻/PLA复合发泡材料的弹性模量均呈上升趋势,但断裂伸长率变化不大。     

芯材结构对纤维增强复合材料抗压性能影响的有限元分析

为了说明芯材结构对中空纤维增强复合材料力学行为的影响,通过有限元分析的方法,在纱线芯材、树脂尺度上计算并比较“π”形与“O”形这两种不同芯材结构纤维增强复合材料在相同压力作用下的动态响应。通过对比分析两种材料结构的挠度随时间的变化、应力在结构中的分布、最大、最小应力所在位置以及应力均衡度等发现：复合材料（“O”形芯材）的变形程度比复合材料（“π”形芯材）的变形程度小。此外,对于前者而言,其应力集中部位处于几何结构对称的中心线上,这种对称性对材料结构的整体承力有利,且应力的不均衡度较小,使其能够吸收与耗散较多的能量。     

三维编织复合材料中碳纳米管纱线嵌入位置和数量的优化配置

为解决三维编织复合材料嵌入碳纳米管(CNT)纱线传感器优化配置目标多、目标函数不连续问题,实现航天结构制件内部损伤的全面监测,采用非支配邻域免疫算法对多目标优化问题进行了研究。以四步法三维六向编织工艺为依据,分析了CNT纱线传感器的最佳嵌入位置和数量;通过非支配邻近免疫算法实现了CNT纱线传感器优化配置问题的求解,推导出不同尺寸的三维编织复合材料制件嵌入传感器的最优数量和位置。对损伤制件的应力实验及数据分析证明,CNT纱线传感器优化配置结果适用于三维编织复合材料的损伤监测,损伤定位误差小于0.6 mm。该研究为复合材料损伤源定位模型的建立提供参考。     

单向复合材料冲击破坏模拟

为了说明单向复合材料在高速冲击下的破坏行为,为抗冲击材料的结构设计提供指导。通过有限元模拟分析的方法,在纱线与树脂基体尺度上计算单向复合材料在不同冲击速度下的响应与破坏。对比分析不同冲击速度下材料上某特殊位置点的挠度变化曲线、应力变化曲线以及材料破坏形态等方面,说明单向复合材料的抗冲击行为。在高速冲击作用下,由于冲击能量被靶体的吸收与耗散,单向复合材料的应力及变形幅度随着时间的延续越来越小;此外,树脂碎裂、纱线的断裂抽拔是单向复合材料在高速冲击下的主要破坏模式。且由于受力模式的不同,材料下表面的破坏程度比上表面更为剧烈。     

柔性可穿戴氨纶/聚苯胺/聚氨酯复合材料的应变传感性能

为制备得到电导率高且稳定性好的应变传感器,采用原位聚合法制备了氨纶/聚苯胺复合导电纤维并分析了其结构与性能;以复合导电纤维和水溶性聚氨酯为原料,制备了氨纶/聚苯胺/聚氨酯复合材料,研究了其在不同拉伸状态下的应变传感性能。结果表明:氨纶纤维表面形成一层致密的聚苯胺导电层,其电导率达到0.626 S/cm;氨纶/聚苯胺复合导电纤维的往复拉伸可造成纤维表面聚苯胺导电层的破坏,影响其应变传感性能的重复性;聚氨酯的保护提高了氨纶/聚苯胺/聚氨酯复合材料应变传感性能的重复性,在100%应变条件下,经10次拉伸和拉伸-回复后,复合材料的电阻值与初始值的比值较氨纶/聚苯胺复合导电纤维分别下降约66.7%和50.0%。     

海藻纤维的性能和最新研究进展

介绍了海藻纤维的性能,重点论述了本质阻燃海藻纤维、纳米银和相变调温等功能性海藻纤维,海藻酸钠／水溶性甲壳素、海藻酸钠／果胶共混纤维、海藻酸钠／大豆分离蛋白、海藻酸钠／明胶和海藻酸钠／PVA等共混海藻纤维及聚丙烯腈／海藻酸钙、聚乙烯醇／海藻酸钙及纤维素／海藻酸钙等复合海藻纤维。     

竹原纤维/聚氨酯复合材料的隔音性能

为充分发挥天然竹原纤维的可再生性和生物分解性,减少隔音复合材料对环境的负荷,并进一步改善竹原纤维/聚氨酯复合材料的隔音性能,以天然环保和可再生的竹原纤维为增强材料,以聚氨酯为基体,制备了一系列不同方式复合的隔音复合材料。研究了竹原纤维的排列方式与质量分数、及氢氧化钠溶液表面处理对复合材料隔音性能的影响。结果表明：竹原纤维采用直铺法制成的复合材料隔音性能最好;竹原纤维经氢氧化钠溶液处理后制成的复合材料其隔音性能显著提高;随着竹原纤维质量分数增加,复合材料的隔音性能增大。     

再生蛋白质纤维的开发

目前再生蛋白纤维开发方向主要有两个方面：一是生产工艺进一步完善优化,降低生产成本及对环境的污染;二是生产品种的复合功能化.文章介绍了再生蛋白质纤维的研发现状,并着重介绍了以羊毛、猪毛等下脚料为原料的再生动物蛋白纤维,同时对再生蛋白质纤维的发展前景进行了展望.