石墨烯纳米片对碳纤维增强金属层板层间力学性能的影响

提出一种新的方法,用来改善碳纤维增强金属板(CARALL)的层间黏结强度。将不同质量分数(0,0.1%,0.3%,0.5%和1.0%)的石墨烯纳米片(GnPs)利用超声分散的方法使其均匀分散于环氧树脂中,并利用湿法铺层方法完成CARALL的制作。进行Ⅰ型断裂韧性的测试,探究GnPs对CARALL层间性能的影响,并进行CARALL的拉伸与弯曲性能测试,研究GnPs对CARALL力学性能的影响。通过SEM与光学图像观察GnPs的增强机制与CARALL试件的失效模式。结果表明,当GnPs的添加量为0.5%时,CARALL具有最佳的层间黏结强度与力学性能。当添加0.5%GnPs时,Ⅰ型断裂韧性提高79%;拉伸强度、弹性模量与断裂应变率分别提高14.5%,11.0%和15.5%;弯曲强度与弯曲应变率分别提高23.9%和81.5%。这是由于添加GnPs到环氧树脂中可以分散CARALL所承受载荷,并利用自身的断裂、拔出和脱黏等机制吸收能量,进一步改善CARALL的层间力学性能。     

织物增强复合材料层间基体铆接与层间剪切强度的关系

采用一种新的实验测试方法研究织物增强复合材料层合板的层间剪切强度，对该测试方法作了理论分析并建立了数学模型，提出了织物增强复合材料层合板中基体层间铆接的存在，采用不同经纬密度的织物作增强材料，研究了铆接与层间剪切强度的关系，为织物增强复合材料的细观力设计提供了依据。     

织物增强复合材料层合板层间强度的改善方法

分析了织物增强复合材料层合板的力学性能特点，并针对其层间强度低及层间断裂韧性差的缺点，从层间破坏机理出发介绍了提高层问强度及断裂韧性的几种方法，重点介绍改善织物增强复合材料层合板层间断裂韧性的缝合方法。同时，文中也分析探讨了层间强度的测试与评价方法。     

缝合复合材料中缝线阻滞层间裂纹扩展研究

缝合复合材料层合板的层间剪切强度是影响其设计和应用的重要因素。采用三点弯的试验原理在万能材料试验机上对目前常用的一种缝合复合材料,进行层间裂纹扩展的实验观察研究。实验参考相关的试验标准,研究结果表明:由于缝线的存在,有效地阻止了材料的分层破坏,进一步说明缝合可以有效地抵抗复合材料层合板的分层问题;同时分层的位置并不一定总是在试验件的中间层上,并且各分层出现跨层延伸,说明层合板面内的纤维也出现了破坏,破坏机理是多重的。     

碳纤维复合材料层间剪切破坏机理

本文研究了碳纤维经不同气氛冷等离子体处理后,其复合材料层间剪切强度的变化情况.并通过对处理前、后的高强碳纤维进行ESCA、Roman、TG、DTA 分析,提出了树脂基碳纤维复合材料的层间剪切破坏主要是发生在抗剪能力较弱的碳纤维表面层中.等氧离子体(O_2-PLasma)处理通过改变碳纤维的表面层结构,提高了表面层的抗剪能力.因此,其复合材料的层间剪切强度(ILSS)得到了大幅度提高.     

紫外线对玻璃纤维增强复合材料的老化研究

为了研究玻璃纤维增强复合材料的紫外线老化行为,进行了紫外线加速老化试验.采用扫描电镜(SEM)、差式扫描量热仪和力学测试方法,分析了玻璃纤维增强复合材料老化前后的表面形态与力学性能变化.研究表明,随着紫外线辐射时间的延长,试样的拉伸强度和冲击载荷峰值总体上呈先上升后下降趋势,但冲击性能对紫外线的敏感程度要远低于拉伸性能.短期紫外线辐射会引起试样的后固化,造成Tg及力学性能的上升;而长时间的光老化降解作用会导致大分子链断裂,造成Tg和力学性能的下降.     

基于有限元模拟的碳纤维复合材料层合板拉伸失效机理分析

碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)具有高比强度、良好的耐腐蚀性,在汽车轻量化研究中受到很大重视。设计了三种不同铺层方式的碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板(单向铺层([0°]₈),各向同性铺层([0₂/45₂/90₂/-45₂]_s),有取向铺层([0/45₂/90/-45₂/0₂]_s)),研究其拉伸破坏形式,并结合有限元模拟进行分析验证。结果表明,拉伸强度与模量主要取决于层合板中沿拉伸方向排列的纤维层数量占比,占比越高,拉伸强度与模量越大。不同角度铺层呈现不同破坏形式,断裂时0°层纤维与基体均发生破坏;±45°层与90°层断裂主要以基体开裂为主;层间结合较好的情况下,0°层和90°层会受到相邻±45°层的影响发生剪切破坏。有限元模拟结果与试验结果匹配度较高,为后续建立汽车零件级产品失效模式评估系统奠定了基础。     

碳纤维增强碳化硅复合材料的力学性能与界面

以ＡＬＮ和Ｙ２Ｏ３为烧结助剂,采用先驱体转化－热压烧结的方法制备了Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料,研究了烧结温度对复合材料界面和力学性能的影响及烧结助剂对显微结构的影响,结果表明：由于烧结时晶界液相和ＳｉＣ－ＡＩＮ固溶体的形成,当烧结温度为１７５０℃时,复合材料具有较高的致密度和较好的力学性能,当烧结温度升为１８００℃时,在复合材料密度增大的同时,其力学性能也大幅度提高,此时复合材料抗弯强度与断裂韧性分别高达６９１．６ＭＰａ和２０．７ＭＰａ．ｍ＾１／２,复合材料呈现韧性断裂;进一步提高烧结温度至１８５０℃时,虽然复合材料的密度有所增加,但由于纤维／基体界面结合过强以及纤维本身性能退化加剧,复合材料呈现典型的脆性断裂,其力学性能急剧降低;纤维／基体的界面是导致纤维增强陶瓷基复合材料性能的关键因素,其中,纤维的脱粘与拔出是主     

层间颗粒增韧复合材料层压板的Ⅱ型层间断裂韧性

采用热塑性颗粒对HT7／5228、HT3／NY9200G、HT3／5224和HT3／3234四种热固性树脂基体复合材料进行层间增韧，测试了未层间增韧对比件和层间增韧改性件的Ⅱ型层间断裂韧性GⅡc。试验结果表明，增韧颗粒和基体树脂形成的Interlayer层有效的吸收了断裂能量并抑止了裂纹的失稳扩展，GⅡc，显著提高。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、裂尖屏蔽和颗粒桥联是主要的增韧机理。有限元分析结果表明Interlayer层降低了裂纹尖端J积分值和裂尖应力集中，进一步解释和支持了增韧机理。     

高低温交变湿热环境下外加载荷对不同孔隙率CFRP拉伸力学性能影响

通过高低温交变加速湿热循环试验及有限元模拟,研究了孔隙率和外加载荷对CFRP层合板湿热拉伸力学性能及界面破坏机理的影响.通过控制模压压力,制备出3种孔隙率的层合板;加载载荷分别为层合板最大弯曲载荷的30%、40%和60%.结果表明,孔隙率的增大是导致CFRP层合板湿热老化后拉伸性能大幅下降的主要原因,孔隙率越大,湿热拉伸强度下降越多.外加载荷能加速纤维与树脂基体界面脱粘,使材料湿热拉伸性能进一步下降,而且对不同孔隙率的层合板影响程度不一样,其中影响最大的是孔隙率为0.08的层合板,其次是孔隙率0.04的层合板,影响最小的是孔隙率为0.11的层合板.并且载荷越大,影响也越大,但其对材料湿热拉伸性能的影响远不如孔隙率的影响大.使用ABAQUS软件建立有限元模型,计算得到了层合板的各层拉伸应力分布,结果发现湿热循环导致90°层承受的拉伸应力上升,因此容易发生基体开裂及纤维/基体界面脱粘,导致力学性能下降,这一结果与试验结果相一致.计算得到的拉伸力学强度变化趋势与试验结果相一致.     

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。     

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...     

复合材料层板的层间应力分析及其应用

本文用作者研制的准三维问题的有限元程序对几种典型的复合材料层板进行了详细的层间应力分析,并据此预报了复合材料层板的脱层位置,发现与实验测量的脱层位置相一致。     

镍钴铝锂离子电池在不同SOC区间的老化

为了探明SOC循环区间对电池老化的影响,采用镍钴铝锂离子电池为研究对象,通过循环老化与性能测试实验探究电池在不同的单SOC循环区间上的容量衰退与内阻增长的规律,采用差分电压法分析电池的老化机理.结合贝叶斯优化和长短期记忆网络,建立电池老化预测模型.根据电池在不同的变SOC循环区间工况上的实验结果,分析前、后2个SOC区间的变化方式以及SOC区间的循环顺序对电池容量衰退规律的影响.结果表明,在SOC循环区间不变时,区间的宽度越大电池的老化速度越快,可循环锂离子损失是导致电池老化的主要原因,所建立的容量衰退预测模型具有较高的精度.在SOC循环区间发生改变后电池的老化规律在短期内会发生明显的变化,当电池按照不同的SOC循环区间顺序老化时,即使在2个区间上经历相同的循环次数,电池的老化程度也不同.     

水泥稳定碎石基层不同层间接触情况下力学性能分析

公路水泥稳定碎石基层采用不同施工工艺与方法,上下基层不同凝期,以及层间污染与损伤,均会导致层间产生不同接触条件和受力特点。采用有限元对各种层间接触情况进行力学分析,得出在标准荷载作用下,各种层间接触情况下最大应力与位移出现的部位与大小。其中基层一次成型时,层底弯拉应力最小,出现在整层底部;基层两次浇注成型,层间有污染和损伤,产生部分松散,未松散部分分离时,层底弯拉应力最大,出现在上基层底部。     

变刚度复合材料层合板的力学性能

基于Altair HyperWorks软件二次开发平台,开发了一种层合板变刚度铺放有限元建模工具,并利用该工具对纤维曲线铺放形式的变刚度层合板进行了有限元建模。在平面静力载荷作用工况下,对比直线纤维层合板与变刚度层合板的不同应力分布,得到了应力分布与纤维角度、纤维铺放密度之间的关系;另外,在压缩载荷作用工况下,对比研究了直线纤维层合板与变刚度层合板的临界失效载荷,研究发现变刚度层合板的失效载荷提高了12.68%。纤维的变角度铺放提高了构件的可设计性,增强了其抗失效性能。     

碳纤维上电聚合噻吩对复合材料性能的影响

为了改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,以噻吩为单体,采用循环伏安法对碳纤维进行电化学聚合改性.利用扫描电子显微镜研究了电化学聚合改性前后碳纤维的表面结构变化,采用电脑伺服控制材料试验机测试了碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能.结果表明,当噻吩浓度为0.4 mol/L时,峰值电流增加幅度最大,电聚合效果最佳.当循环次数达到60次时,碳纤维表面电化学聚合反应完全,碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度可由13.46 MPa增加到23.79 MPa,提高约76.75%.电化学聚合后大量片层状聚噻吩聚合物在碳纤维表面聚集,碳纤维与环氧树脂基体紧密结合,界面性能明显提高.     

复合材料混合型层间断裂韧性及失效判据

提出了一种新的混合型分层试验方法，用于测定复合材料层压板Ⅰ型和Ⅱ型混合的层问断裂韧性．在预制的分层中放置铰链，形成双悬壁梁Ⅰ型加载方式，再用三点挠曲试验增加Ⅱ型载荷．当分层扩展时，混合型临界应变能释放率分量ＧⅠｍ和ＧⅡｍ随着变化，ＧⅠ减小ＧⅡｍ增大．在实验基础上，建立了混合型分层失效判据，为复合材料结构设计提供依据．     

碳纤维布增强酚醛环氧树脂的力学性能

酚醛树脂具有较好的机械加工性能以及极佳的耐热性能,但是酚醛树脂性脆,韧性差,采用环氧树脂对其进行共混改性可以提高酚醛树脂的韧性,但是会损失一定的热性能. 以碳纤维布作为增强材料,酚醛树脂,环氧树脂作为基体,经过浸渍,层压成型等工艺,制得碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料. 通过比较不同质量分数的酚醛／环氧树脂质量比所制得的材料的力学性能,热性能及扫描电镜表征出的复合材料的微观结构,得出在环氧树脂质量分数为２５％时,该复合材料的弯曲强度达到２６２．５ ＭＰａ,冲击强度达到６２．３ ｋＪ·ｍ－２,相对于没有加入环氧树脂的碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料,分别提高了２３％和１８５％. 热形变温度达到１５８．８ ℃,相对于没有加入环氧树脂的复合材料减少了１３％. 综合来看,环氧树脂质量分数在２５％时,碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料具有最佳的综合性能.