环氧树脂复合泡沫材料的压缩力学性能

对空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料进行了准静态压缩实验, 研究了材料的宏观压缩力学性能, 并提出了弹性模量和屈服强度的预测公式。此外, 对压缩试件的断口进行了宏、细观观察, 研究了材料的压缩破坏机理。结果表明, 复合泡沫材料在压缩过程中, 具有普通泡沫材料的应力-应变曲线的典型特征, 在应变为2 %左右时材料发生屈服, 在应变大于30 %后发生破坏。此外, 材料的杨氏模量和强度均随密度的减小而下降, 预测公式给出的结果与实验值基本一致。压缩试件断口的宏、细观观察表明, 复合泡沫材料主要的破坏形式为剪切引起的弹塑性破坏。      

天然高分子泡沫材料的复合结构与力学性能

通过扫描电子显微镜和光学显微镜研究了2 种天然高分子泡沫材料, 即玉米秆芯和高粱秆芯切面的泡孔形态结构及胞体堆砌模式。测试了材料在轴向和径向的压缩杨氏模量和压缩屈服强度等力学性能, 探讨了泡沫材料的压缩变形机制, 建立了天然泡沫材料的复合结构模型, 并分析了力学性能与复合结构的关系。研究结果表明, 这2 种天然泡沫均由一种近似六棱柱和少量圆形管状胞体构成, 它们在轴向的杨氏模量和屈服强度分别比径向的大4 倍以上。导管增强的复合结构是引起天然泡沫材料具有明显各向异性的重要原因, 其中厚壁导管的轴向杨氏模量约为不规则六棱柱胞体的105 倍。      

聚酰亚胺纳米泡沫介电材料研究进展

介绍一种孔洞尺寸为纳米级、介电常数低于２．４的芳香性聚酰亚胺泡沫新材料及其制备方法、影响结构与性能的因素、应用前景及存在的问题。     

聚乳酸/茶多酚复合纳米纤维膜制备及力学性能研究

采用静电纺丝技术,分别制备了聚乳酸(PLA)与茶多酚(TP)质量混比为100/0、90/10、80/20、70/30、60/40、50/50、40/60、30/70和20/80的复合纳米纤维膜.分别借助扫描电子显微镜(SEM)和KDⅡ-0.05微机控制电子万能试验机观察薄膜表面形貌及测试力学性能.SEM图分析结果表明:当PLA与TP的质量混比从100/0变化到50/50时,均能纺出较连续、光滑的纤维.随着纺丝液中PLA含量的减少,TP含量的增加,所纺纤维直径逐渐变小.超出这个范围,纤维断裂现象加剧,甚至出现纳米级颗粒团聚的现象.复合纳米纤维膜的拉伸强度逐渐减小,断裂伸长率先增加后减小.     

闭孔泡沫铝的力学性能和吸能能力

在闭孔泡沫铝准静态压缩试验的基础上,研究了其力学性能、吸能能力。结果表明,闭孔泡沫铝单轴压缩应力-应变曲线呈现线弹性变形、塑性平台阶段、致密化阶段3个阶段;闭孔泡沫铝的压缩强度、吸能能力随着孔隙率的增大而减小,采用Gibson-Ashby模型分析闭孔泡沫铝的压缩屈服强度,吻合良好。并在此基础上,提出可供工程使用的多孔泡沫金属吸能能力公式,为其工程应用提供理论支持。     

纤维素纳米晶增强生物可降解复合纤维研究进展

纤维素纳米晶(CNC)具有高强度、高模量、生物可降解和优良的机械性能,常被用作生物可降解纤维的增强材料。介绍了CNC的来源、制备方法以及表面改性方法,根据近年来国内外对CNC增强生物可降解复合纤维的研究,总结了CNC对生物可降解复合纤维热性能、力学性能、吸水性和抗菌性的影响。     

纤维增强纳米SiO2复合隔热材料的力学性能研究

采用干法成型工艺制备了纤维增强纳米SiO2复合隔热材料,考察了成型压力和纤维长度对复合材料力学性能的影响。结果表明,成型压力越大,复合材料承受压力载荷的能力越强,纤维表面致密的纳米级颗粒覆层对纤维起到的保护和应力缓冲作用越强,抗折强度越高。增强纤维长度对抗压强度影响不大,纤维越长,抗折强度越高,但当纤维过长时会因分散困难而导致抗折强度下降,故适宜的纤维长度为5mm。此外,采用等效包容体理论建立了纤维增强复合材料细观力学分析模型,并对纤维增强机理进行了深入分析和探讨。     

聚乳酸/纳米SiO2复合纤维的制备及力学性能

首先用硅烷偶联剂(GPS)对纳米SiO2进行接枝改性,利用粒径分析仪、FTIR和沉降实验对改性前后纳米SiO2的粒径大小、结构和溶剂稳定性的变化进行了表征;然后将改性前后的纳米SiO2分别与聚乳酸(PLA)在双螺杆挤出机中熔融混合,利用牵伸卷绕装置制备了PLA/SiO2和PLA/M-SiO2(改性后SiO2)复合纤维。利用视频显微镜和单纱强力仪研究了不同纳米SiO2含量对PLA/SiO2和PLA/M-SiO2复合纤维结构形貌和力学性能的影响,以及不同牵伸倍数对PLA/M-SiO2复合纤维结构形貌和力学性能的影响。结果表明M-SiO2粒径明显减小,且硅烷偶联剂结构中的有机官能团与SiO2表面硅羟基发生反应,减少了其表面Si-OH的量,使得M-SiO2表现出良好的溶剂稳定性和分散性;PLA/M-SiO2复合纤维的力学性能较PLA/SiO2复合纤维得到了明显的改善;当改性纳米SiO2含量为1%时复合纤维强度最好;当牵伸倍数为3时复合纤维强度最好。     

工业闭孔泡沫铝压缩力学性能及变形机理

泡沫铝是一种新型的结构和功能材料,因特殊的能量吸收特性而在工程领域具有很好的应用前景。为了研究基体材料对泡沫铝力学性能和变形失效机理的影响,同时为工业泡沫铝材料提供更具参考价值的性能指标,对工业上最常见的两种不同基体(纯铝基体和7050铝合金基体)的泡沫铝材料进行了准静态压缩力学性能的试验,并对其变形机理进行了分析。试验结果表明,相同规格的7050基体泡沫铝的压缩力学性能高于纯铝基体泡沫铝,能量吸收能力也远大于纯铝基体泡沫铝。纯铝基体泡沫铝在压缩载荷下呈现逐层坍塌、连续性破坏的模式,试件在完全压实后呈碎渣;7050基体泡沫铝表现出逐层坍塌、间断式破坏的模式,试件在完全压实后呈完整的块状。7050基体泡沫铝的泡孔结构比纯铝基体泡沫铝均匀,力学性能更加稳定。     

空心微珠填充聚氨酯泡沫塑料的力学性能

对不同密度和不同填充质量比的空心玻璃微珠填充聚氨酯泡沫塑料进行拉、压实验,研究了微珠对复合泡沫塑料力学性能的影响。实验结果表明:复合泡沫塑料拉伸曲线特征与普通泡沫塑料类似,但具有不同于普通泡沫塑料的压缩应力-应变特性;材料密度越大,微珠对胞体壁的增强效果越好;微珠团聚和界面粘结不良将可能导致材料力学性能的下降。根据有限元模拟结果和试件破坏形貌的观察探讨了材料的变形和破坏机制。      

Elastic and electric properties of closed-cell aluminum foams: Cross-property connection

Foamed aluminum (AlMg1Si0.6) in the porosity range 0.45–0.85 produced by the powder metallurgy method is analyzed with regard to its elastic and electric properties. Various predictive models for the electrical conductivity and Young's modulus of closed-cell metal foam are assessed based on the experimental measurements. It is shown that the differential scheme provides the best predictions of the electrical conductivity in the porosity range 0.7–0.85, while Mori–Tanaka's scheme gives the best results for the Young's modulus. Comparing the two sets of the experimental data, cross-property coefficient that connects changes in the Young's modulus and electrical conductivity of a material due to pores was determined. A non-trivial finding is that the best prediction of the cross-property coefficient is obtained in the framework of non-interaction approximation.     

有限变形下闭孔泡沫铝的非线性压缩行为

基于Huang（北京大学）和Wang（北京大学）的理论和热力学第二定律,研究了有限变形下闭孔泡沫铝的非线性压缩行为。通过引入内变量及内变量的演化方程,给出了有限变形下同时考虑细观结构参数和黏性效应的有效幂律势函数及相应的应力表达式。基于所提出的理论模型,通过算例讨论了细观力学方法、孔隙度和黏性效应对泡沫铝应力-应变曲线的影响规律。结果表明:模型预测与实验结果基本一致,且随着黏性系数的增大,考虑黏性效应的模型预测趋向于未考虑黏性效应时的模型预测。      

短纤维增强复合泡沫弹性性能数值模拟

采用二元模型对短纤维增强复合泡沫(SFRSF)材料进行了简化模拟,考虑了纤维在空间中分布的随机性,并分别采用不同单元类型在不考虑网格匹配的情况下对纤维和基体单独进行网格划分。之后,采用改进的单元嵌入技术(EET)耦合纤维与基体的自由度,并引入杆单元模拟界面相,描述了材料内部纤维与基体的传载机制,从而建立了能反映材料细观结构的有限元数值模型。在此基础上,研究了碳纤维含量和长度以及空心微珠含量和壁厚对SFRSF杨氏模量的影响规律。结果表明,该数值模型对SFRSF杨氏模量的预测与实验值吻合较好。增加碳纤维的含量和纤维长度能够有效提高SFRSF材料的杨氏模量,适当增加空心微珠壁厚一定程度上可以增加其杨氏模量。     

支柱弯曲对开孔泡沫铝力学性能影响的理论分析与数值模拟

首先根据实际泡沫材料中存在不少弯曲支柱,且形状接近于弧线,在假设全部支柱为弯曲支柱的情况下,利用理论方法分析了支柱弯曲对开孔泡沫材料刚度和强度性能的影响规律,得到了理论预测含弯曲支柱开孔泡沫材料杨氏模量和屈服强度的公式。然后,通过有限元模拟方法验证了上述理论预测模型的有效性。最后,利用有限元模型研究了不同比例的弯曲支柱、不同弧度的弯曲支柱和不同各向异性比对泡沫铝压缩力学行为的影响。结果表明,弯曲支柱对弹性模量的影响比对塑性坍塌强度的影响大;而弯曲支柱对泡沫铝压缩力学行为的影响则与支柱的弧度、支柱含量和胞体结构的各向异性比有关。     

Dynamic crushing behavior of 3D closed-cell foams based on Voronoi random model

Dynamic crushing responses of three-dimensional cellular foams are investigated using the Voronoi tessellation technique and the finite element (FE) method. FE models are constructed for such closed-cell foam structures based on Voronoi diagrams. The plateau stress and the densification strain energy are determined using the FE models. The effects of the cell shape irregularity, impact loading, relative density and strain hardening on the deformation mode and the plateau stress are studied. The results indicate that both the plateau stress and the densification strain energy can be improved by increasing the degree of cell shape irregularity. It is also found that the plastic deformation bands appear firstly in the middle of the model based on tetrakaidecahedron at low impact velocities. However, the crushing bands are seen to be randomly distributed in the model based on Voronoi tessellation. At high impact velocities, the “I” shaped deformation mode is clearly observed in all foam structures. Finally, the capacity of foams absorbing energy can be improved by increasing appropriately the degree of cell shape irregularity.     

自修复微胶囊复合材料的制备及力学性能研究

为了提高树脂基复合材料的使用寿命,以脲醛树脂为壁材,双环戊二烯为囊芯,通过原位聚合法制备了内含修复液的微胶囊,探讨了反应过程中脲醛量比及乳化剂用量等对微胶囊表面形貌和结构的影响.通过优化工艺条件制备出表面致密的微胶囊,并将微胶囊埋植在环氧树脂基体中制备复合材料.采用扫描电镜对胶囊进行形貌表征,运用快速傅里叶变换红外光谱...     

空心玻璃微球含量对环氧复合泡沫塑料性能的影响

以空心玻璃微球（HGM）填充环氧树脂制备了密度为0.56~0.91 g/cm3的HGM/环氧复合泡沫塑料。研究了HGM含量对复合泡沫塑料黏度、力学性能、动态力学性能及隔热性能的影响。结果表明:表面偶联处理后增加了HGM的表面亲油性,改善了其与基体树脂间的相容性和界面性能,有利于HGM/环氧复合泡沫塑料性能的提高;体系黏度与HGM含量呈正相关,与温度呈负相关;随着HGM含量的增加,HGM/环氧复合泡沫塑料的压缩强度、弯曲强度和拉伸强度均有一定程度的降低,但是比强度变化不大,材料得到很大程度的轻质化;HGM的引入使得HGM/环氧复合泡沫塑料玻璃化转变温度向低温方向偏移,储能模量呈现先减小后增加的趋势,导热系数由纯环氧树脂的0.203 W/（m·K）减小到HGM含量为40wt%时的0.126 W/（m·K）。HGM/环氧复合泡沫塑料阻尼性能和隔热性能均有所提高。      

考虑界面效应的复合泡沫塑料弹性性能数值仿真预测与试验研究

通过对不同空心陶瓷微珠含量的环氧基复合泡沫塑料进行准静态拉伸实验,研究了填充微珠的体积分数对复合泡沫塑料弹性模量和泊松比的影响.基于其细观结构特征,利用三维立方单胞有限元模型模拟了细观应力/应变场;将内聚力单元引入细观有限元模型,以此来模拟空心微珠与基体材料之间界面相的力学行为.将有限元预测结果以及两种传统的细观解析法与实验数据对比,发现基于界面理想粘接假设的有限元模型和传统细观解析法均过高估计了复合泡沫塑料的弹性模量和泊松比;复合泡沫塑料的弹性性能强烈地依赖于界面相的力学性质,只有考虑界面效应的细观有限元模型才能给出较为精确的预测,从而验证了文中细观建模方法的合理性.     

考虑界面效应的复合泡沫塑料弹性性能数值仿真预测与试验研究

通过对不同空心陶瓷微珠含量的环氧基复合泡沫塑料进行准静态拉伸实验, 研究了填充微珠的体积分数对复合泡沫塑料弹性模量和泊松比的影响。基于其细观结构特征, 利用三维立方单胞有限元模型模拟了细观应力/应变场; 将内聚力单元引入细观有限元模型, 以此来模拟空心微珠与基体材料之间界面相的力学行为。将有限元预测结果以及两种传统的细观解析法与实验数据对比, 发现基于界面理想粘接假设的有限元模型和传统细观解析法均过高估计了复合泡沫塑料的弹性模量和泊松比; 复合泡沫塑料的弹性性能强烈地依赖于界面相的力学性质, 只有考虑界面效应的细观有限元模型才能给出较为精确的预测, 从而验证了文中细观建模方法的合理性。