生物复合材料的细观结构和仿生复合材料的研究

利用扫描电镜（ＳＥＭ）和光学显微镜对蝉，金龟子等昆虫的外甲壳的细肌结构进行了仔细的观察研究和强韧化的要理分析，并与人工合成复合材料进行比较，总结出可能对设计制造新型人工合成复合材料有益的启示。研究表明昆虫的外甲壳是一种由几丁质纤维和蛋白质（硬化或半硬化的）基体粘合形成的层状复合春层合方式有同向，正交，单，双螺旋等多种形式；纤维的形状，尺寸，以有妄动厚和叠层数是变化的，在可能产大外力的地方往往具有较     

仿生结构复合材料研究现状

综述了贝壳珍珠层、蛛丝结构、竹材外密内疏结构、植物的根部网状结构以及骨骼哑铃型结构等天然生物材料的结构特征及其相应的仿生材料近年来的研究进展,展望了结构仿生材料的应用前景.认为应对现有生物体的结构特征与其性能的相关性进行进一步的研究,从材料科学角度研究它们的规律,进行仿生设计,以推动仿生材料学的发展.     

金属基复合材料内部损伤仿生愈合

本文根据生物体损伤愈合的原理,对金属基复合材料内部纤维开裂、分离和折断损伤的愈合进行了尝试,提出增强纤维可以模仿生物体内纤维结构,设计成为空心结构,内部填充愈合剂。模拟试验结果表明,增强纤维开裂、分离和折断内部损伤可以通过管内愈合剂的输送、浸润和填充达到愈合。     

纤维增强复合材料胶接结构疲劳特性研究进展

纤维增强复合材料胶接结构的疲劳特性与纤维、环氧树脂以及胶黏剂的特性紧密相关,为了开展复合材料胶接结构的疲劳性能研究,本文提出适用于复合材料胶接结构的疲劳分析方法,完成复合材料胶接结构的抗疲劳设计,从复合材料层压板、层间以及胶接界面等研究对象的疲劳特性分析方法入手,全面综述了国内外学者在复合材料结构、金属胶接结构以及复合材料胶接结构的疲劳特性及寿命预测方法等方面的研究进展.结果表明:采用S-N曲线拟合得到寿命预测模型对复合材料胶接结构进行寿命预测是行之有效的,以此为依据开发基于物理机制的有限元寿命预测模型可以对疲劳裂纹扩展及疲劳特性进行分析,对于层间损伤和界面损伤,多采用粘聚区模型进行模拟分析,可以为复合材料胶接结构的疲劳失效分析方法的建立提供指导.     

飞机用复合材料斜胶接修补结构的冲击损伤

高传力效率的斜面式胶接在飞机复合材料传力接头和修补中被广泛使用,但该结构的低速冲击损伤阻抗和损伤容限未在飞机结构设计中考虑。本文研究了低速冲击下的较厚的复合材料斜胶接板的力学性能及损伤失效。在胶接区域布置不同冲击点,寻找最敏感位置,在该位置进行冲击能量变化研究,通过冲击响应（冲击载荷、挠度、能量等）及冲击损伤两个方面获取其规律和失效机制。小能量和大能量冲击结果表明,胶接区域5个典型冲击位置中,中心位置冲击损伤最大,冲击敏感性最高,因此中心点为冲击损伤阻抗最小位置。中心点不同能量冲击时,冲击响应研究揭示了冲击过程中冲击载荷具有典型的4阶段行为。冲击载荷还具有双峰值力的现象。冲击后沿试样中心线切开的显微损伤图揭示了该结构有两种损伤模式,包括复合材料损伤及胶层损伤。复合材料的损伤包含90°和45°层基体的开裂和0°与90°层之间的层间损伤。胶层损伤出现在试样冲击点正下方背部的复合材料斜接尖端部位。进一步通过考虑复合材料层内、层间损伤及胶层损伤的渐进损伤模型对试验进行仿真研究,找出导致第Ⅱ阶段冲击载荷突降的主要原因为复合材料层间损伤,第Ⅳ阶段冲击载荷再一次突降是由于胶层出现了损伤。     

基于仿生技术的高强度复合材料的研究进展

自然界造物的方式是人们制备高强度复合材料的榜样,自然材料的优异特性可以归结为长期自然进化和自然选择条件下所形成多尺度的多级组装结构。阐述了目前研究较多的仿生技术的特点,挖掘了这几类仿生材料的主要组成成分和多级结构实现高强度的机制,重点论述四大类仿生高强度复合材料:基于植物的仿生复合材料、基于动物的仿生复合材料、基于细菌的仿生复合材料、基于天然矿石的仿生复合材料的制备过程和增强机制的研究;揭示了通过仿生手段实现复合材料高强度的原理,并指出其应用领域和目前研究中存在的问题。     

甲虫鞘翅结构仿生复合材料研究进展

甲虫鞘翅是微细结构高度优化的自然结构复合材料,具有优良的力学性能。对甲虫鞘翅的微细结构和力学行为进行研究并用于复合材料,将对复合材料的开发提供有益的设计思想。本文综述了关于昆虫鞘翅的微细结构、力学行为和仿生复合材料方面的研究现状。     

防弹复合材料结构及其防弹机理

探讨了弹块与防弹复合材料的作用机理,分析弹块在侵彻过程中复合材料吸能方式和破坏模式的变化,提出了防弹复合材料的结构设计概念.分别研究了单根纤维性能、织物结构、树脂性能、基体含量和复合材料界面粘接强度等因素对防弹性能的影响,并指出目前存在的不足,以期为今后防弹复合材料的结构设计提供借鉴.     

复合材料夹层结构自插式平接节点抗弯性能试验研究

采用复合材料连接型材的复合材料夹层结构连接节点具有轻质、防腐、无磁性等优点。该文试验研究复合材料夹层结构自插式平接胶结节点的受弯性能,重点考察连接型材的纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点荷载-变形关系、应变发展规律和破坏模式的影响。试验结果表明,自插式平接节点的破坏形式主要表现为三类：节点连接区域的纤维面层与芯材的剥离破坏、搭接胶层剥离破坏、插入端变截面处纤维面层与芯材剥离破坏;连接型材纤维布的铺设方法与层数、胶结搭接长度以及节点区域的构造措施是影响节点承载力的主要因素。论文对平接节点的破坏机理进行了分析,研究成果对复合材料夹层板结构平接胶结节点的设计具有参考价值。     

复合材料及其结构疲劳、损伤和断裂研究概况

1987年6月在加拿大渥太华举行的第20届国际飞机疲劳会议(ICAF)上,各主要西方国家分别介绍了本国航空研究机构、飞机公司及有关高等院校于1985～1987年间在航空疲劳、断裂方面的研究概况,其中绝大多数代表团都专门介绍了飞机复合材料及其结构方面的研究动态。当前我国也开展了这方面的研究,为了帮助有关人员掌握当前国外的动态,从而更好地确定研究方向,本文试图按复合材料疲劳、损伤和断裂的一般研究、典型结构件疲劳和断裂特性研究、飞机结构耐久性和损伤容限特性验证试验三方面进行综述,有些无法包括在上述三个专题的内容,则在“其他疲劳和断裂研究”一节中介绍。本文所介绍的内容还包括从其他最新发表的文献上所介绍的动态。      

加载速率对复合材料粘接修理金属结构力学性能的影响

基于复合材料补片基体和胶层树脂黏弹性的特点, 分别采用光固化和传统热固化方式制备了一系列不同树脂配方的试样, 实验研究了树脂配方对修理结构应变率效应的影响, 测定了复合材料粘接修理结构在不同加载速率下的力学性能。结果表明, 树脂体系的交联度较低时, 应变率效应更明显; 加载速率的提高通常会使补片更好地发挥分担载荷的作用, 但是也会导致变形协调能力的下降; 这两个因素共同影响复合材料粘接结构的最终修理效率。加载速率对于复合材料粘接修理结构的破坏模式也有影响。     

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%.     

玻璃钢约束阻尼复合结构的阻尼特性

以玻璃纤维增强树脂作为约束层主要材料、丁腈橡胶为阻尼层、钢板为基板制备约束阻尼复合结构, 运用动态黏弹谱仪和悬臂梁共振法, 研究温度、约束层刚度和阻尼层结构对约束阻尼复合结构减振效果的影响。结果表明:自由阻尼复合板的最大阻尼范围落在阻尼层的玻璃化转变区;玻璃钢约束层能将复合结构的阻尼拓展至阻尼层的高弹态区域, 增加阻尼层厚度可以提高约束复合板的阻尼性能;提高孔隙率同样有利于约束复合板阻尼性能提升;铝板约束层提升作用尤为显著, 然而在海洋环境、干湿交替等强腐蚀场合中, 铝板极易腐蚀而丧失约束功能, 因此在这类特殊场合下耐腐蚀的玻璃钢具有优势。      

多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构动力学性能

为大幅度地提高复合材料结构动力学性能,首先提出了新型多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构,并按照玻璃纤维/环氧(5231/EW180B)预浸料固化工艺曲线将其制成嵌入式中温共固化多层阻尼薄膜复合材料试件;然后,探索使用模态应变能有限元数值模拟法对该结构的动力学性能进行了研究;最后,将结果与模态分析实验数据进行对比,并获得了多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构模态参数随阻尼层的厚度、数量、位置和分布的变化关系。结果表明:多层阻尼薄膜嵌入的复合材料结构能显著提高整体结构的一阶模态损耗因子。研究结果为轻质大阻尼复合材料结构设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了基础。     

复合催化剂对聚酰胺纳滤膜结构和性能的影响

以聚砜(PSf)为基膜,间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体,通过界面聚合制备聚酰胺复合纳滤膜.考察了复合催化剂三乙胺(TEA)和樟脑磺酸(CSA)及反应条件对纳滤膜功能层结构和性能的影响.结果表明:在反应体系中,TEA和CSA的质量比为1/2时,随着复合催化剂中TEA的质量分数从0.5％增加到3％,纳滤膜功能层密度增大,表面粗糙度和水接触角下降,膜通量明显升高,但纳滤膜的截留率及其对盐的选择顺序基本不变.在TEA质量分数为2％、反应时间40 s、热处理温度80℃和热处理时间3 min的最优条件下,所得复合纳滤膜对2 g/L MgSO4溶液的截留率为93.2％,通量为16 L/(m2·h).在0.2～1.0 MPa的操作压力下,聚酰胺复合纳滤膜分离性能稳定.     

介孔SiO2孔道结构对聚酰胺反渗透复合膜性能的影响

在界面聚合过程中,通过添加改进水热方法制备的球形介孔SiO2纳米材料,制备了改性的聚酰胺反渗透复合膜。使用扫描电镜、X射线衍射和氮气吸附-脱附等手段对制备的介孔SiO2纳米材料进行表征;采用反渗透膜评价装置、原子力显微镜、扫描电镜(SEM)和静态接触角仪器等手段对复合膜的性能和结构进行测试和表征;并对比了相同粒径大小的实心SiO2和介孔SiO2对膜渗透性能的影响。结果证明:成功合成了一种具有孔径分布均匀、粒径均一、比表面积较大、分散性较好的介孔SiO2纳米球形颗粒;SEM表征结果证实纳米材料在膜表面分布均匀,膜表面亲水性能提高,粗糙度变大;膜性能测试结果证实了介孔SiO2的添加使得膜在维持较高截留率的前提下,具有更高的水通量;同时,通过对比相同尺寸的实心SiO2作为添加材料,证实了介孔SiO2的孔道结构更有利于水分子的传输。当介孔SiO2添加质量为0.06%时,水通量由23L/(m2·h)提高至39L/(m2·h),对氯化钠的截留仍然维持在98%以上。     

碳纳米管的表面修饰及其对碳纳米管/氟橡胶复合材料导电性能的影响

分别采用混酸和四氟化碳(CF4 ) 等离子体处理技术对碳纳米管(MWCNTs) 进行了表面修饰, 将处理前后的碳纳米管进行了XPS 和SEM 测试, 获得了处理后前的表面形貌和结构, 并采用溶液浇注的方式制备了MWCNTs/氟橡胶(FE) 复合材料, 探讨了不同碳纳米管状态(未处理、混酸处理、CF4等离子体处理) 的导电性能, 结果表明两种表面处理方式可以使MWCNTs 表面接上极性官能团。而且在相同的碳纳米管添加量下(质量分数分别为0. 1 %、0. 5 %、1. 0 %、2. 0 %) , 酸处理MWCNTs/ FE 的渗流阈值最小, 达0. 5 %。      

FRC/钢燕尾槽单向连接结构强度特性及损伤机理

针对纤维增强复合材料(FRC)与钢结构的紧密坚固连接要求,提出并设计了FRC/钢结构燕尾槽单向嵌入式胶接连接结构形式.初步设计的连接结构试件单向面内抗剪极限强度试验测试结果显示:由于层间剪力引起的自由端效应影响,FRC/钢燕尾槽连接结构的初始损伤将最先出现在自由端部,导致连接结构紧密性连接要求不能得到满足,而槽体连接区内纤维的层间分层和拐角区树脂基体的挤压损伤以及上下层间界面剥离构成了燕尾槽单向连接结构抗剪承载时的典型损伤及破坏模式.为此,提出了自由端部增强改进结构形式.采用有限元数值方法(Abaqus/Standard)对改进前、后两种连接结构界面应力分布特性进行分析,改进结构试验研究结果表明:改进后单向燕尾槽连接结构层间界面应力分布更趋合理,自由端部分层初始损伤得到有效抑制,燕尾槽单向连接结构能在有效保证水密性要求的前提下,使抗剪极限强度提高约61%.     

嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构动力学性能分析

建立嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构（ECPDLCS）的有限元模型（FEM）,提出用改进的应变能法分析该穿孔结构的阻尼损耗因子,模态分析实验验证了文中数值模拟模型和方法的有效性。用验证的模型和方法分别研究了阻尼层厚度、穿孔孔径和孔距对整体结构模态损耗因子和频率的影响,以及在阻尼层面积比相同的情况下,孔径和孔距的分布与复合材料整体结构动力学性能的关系。结果表明：增加阻尼层厚度、减小阻尼层穿孔孔径和孔距,均有利于增大模态损耗因子,但结构固有频率则会有不同程度地降低;在相同面积比的情况下,损耗因子随着孔距和孔径的增加而增加,而固有频率则随之降低。文中的模型和方法对ECPDLCS的动力学性能理论预估具有重要的指导意义。     

聚氨酯泡沫材料的多层复合及其吸声性能研究

采用二次发泡工艺制备出一种声学性能优良的聚氨酯多层复合泡沫吸声材料，并对其吸声性能进行了研究分析。