编织碳纤维复合材料雷击损伤特性研究

采用实验方法研究了编织碳纤维/环氧树脂复合材料层合板在干燥环境下受到不同强度等级模拟雷电冲击后的电击破坏特性,并进行了系统分析与机理解释。研究显示,雷电冲击对复合材料造成了三种典型破坏形式,并随着电击强度的增加及铺层角度的改变呈现出不同形态的变化。微观扫描分析发现,电击会对树脂与纤维界面造成严重破坏。     

缝合编织复合材料低速冲击以及冲击后弯曲性能研究

两片三维四向编织厚片叠层缝合和四片三维四向编织薄片叠层缝合,固化之后得到两种厚度接近的缝合编织复合材料。对两种材料进行冲击以及冲击后弯曲实验,分析其表面和内部损伤特征、分布和机理,探讨其冲击后的剩余弯曲性能。结果表明,3.2J/mm的冲击能量下,缝合编织薄片的表面损伤面积和厚度方向上的损伤小于缝合编织厚片;冲击后弯曲实验中,两种材料受压面的树脂裂纹在厚度方向上的相邻两编织片之间几乎观察不到,受拉面的树脂裂纹沿着冲击造成的树脂裂纹继续向横向、纵向和厚度方向扩展;缝合编织薄片未经冲击与冲击后的弯曲强度和弯曲模量均大于缝合编织厚片,但其弯曲断裂变形小于缝合编织厚片。     

三维编织PE-UHMW纤维增强PMMA复合材料的力学性能研究

采用真空浸渍法制备了三维编织超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW3D)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料，重点研究了该复合材料的力学性能、纤维体积含量对复合材料力学性能的影响以及吸湿前后力学性能的对比。研究表明，PE-UHMW3D/PMMA复合材料具有较好的冲击强度。纤维经表面处理后，其弯曲强度、弯曲模量、横向和纵向剪切强度均有不同程度的提高，冲击强度略有下降。随着纤维体积含量的增加，横向剪切强度增加，纵向剪切和弯曲强度增加到一定程度反而下降。吸湿平衡后的力学性能有所下降。     

复合材料冲击损伤问题的研究现状

本文综述了近年来国内外关于复合材料冲击损伤问题的研究情况,从冲击损伤类型,试验技术、影响因素、损伤机理、表征参数等五个方面作了简要的论述。着重讨论了低速冲击引起的复合材料层板内部分层开裂问题。本文还介绍了笔者关于冲击损伤问题的研究结果。     

动力有限元在三维编织复合材料弹道冲击性能研究中的应用

三维编织复合材料具有高的层间剪切强度,高的损伤容限和显著的抵抗裂纹扩展的能力。三维编织复合材料弹道性能的研究一般局限于实验观察阶段。本文运用数值计算方法对三维编织复合材料细观结构有限元模型进行弹道冲击性能研究,得出了合理的结果,说明了这种方法的有效性。     

纤维增强复合材料抗弹性能研究

本文简述了高速弹体冲击了纤维增强复合材料的研究进展,报道了球形弹体对芳纶纤维增强复合材料冲击的研究结果。通过对低基体含量Twaron纤维及织物增强复合板的弹道极限速度（V_（50））和弹体贯穿靶板的破坏机理研究结果表明,芳纶橡胶复合板在高速弹体冲击下主要的吸能方式为靶板局部变形、分层和纤维拉伸断裂及纤维拔脱。从扫描电镜结果可知,纤维断裂方式主要为拉伸断裂。动态力学性能得出,芳纶／橡胶复合板在-20℃以上时,具有很高的阻尼系数。同时,通过分析基体含量及靶板面密度对（V_（50））影响,提出（V_（50））的经验表达式。     

三维编织复合材料的力学行为研究现状

关于三维编织复合材料的细观几何模型以及力学性能的研究进展进行了综述,着重阐述了近年来该研究领域的一些学术成果,其中包括三维编织复合材料力学性能的实验和理论研究.实验研究则多以测试各种编织参数和载荷对其力学性能参数的影响规律,而理论研究则侧重介绍细观结构力学模型.最后,总结了目前研究工作存在的问题,并对未来发展趋势做出展望.     

三维编织复合材料的发展及应用研究

三维编织复合材料以其高比刚度、高比强度以及优良的抗冲击、抗分层性能被广泛应用于航空航天领域。随着编织工艺的不断革新以及固化成型技术的持续发展,三维编织复合材料在一体化成型和大尺寸自动化编织上展示出得天独厚的优势。本文对三维编织机进行分类,讨论了三维编织与二维编织的区别,介绍了三维编织预成型体工艺的发展现状,对三维编织复合材料的应用现状进行总结。最后,对三维编织复合材料的应用前景进行了展望。     

二维编织复合材料管件轴向压缩性能研究

通过优化二维编织复合材料管件复合工艺,制作了碳纤维含量较高的碳纤维复合材料管件,同时对管件进行了轴向压缩性能测试,分析并探讨了编织参数对复合材料管件纤维体积含量及轴向压缩性能的影响。结果表明:优化后的复合工艺可保持复合材料管件纤维体积含量在20%~40%之间,同时使得复合后管件的内径达到一致;在编织速度不变的情况下,随着编织节距的减小,编织角逐渐增加,纤维体积含量逐渐增加,当编织节距减小到一定程度后,纤维体积含量的增加变缓,而轴向压缩强度先升高后降低,当达到最大值时,编织角为46°。     

纤维增强复合材料损伤行为及强度预测细观力学建模研究进展

纤维增强复合材料的强度取决于微尺度开裂、脱粘和复合材料单元和组分相之间的相互作用。复合材料的损伤程度是影响工程应用中使用寿命失常的重要因素。采用细观力学模型对复合材料的强度、刚度和使用寿命进行预测,可以实现复合材料结构的宏、细观一体化分析。在此,总结了纤维增强复合材料断裂、损伤和变形的细观力学分析模型的发展,并展望了其发展趋势。     

防弹衣及防弹用复合材料

本文介绍了防弹衣的研究状况,防弹衣及防弹复合材料的特点、防护目标、种类和防弹机理等。     

高效抗冲击复合材料在防弹防爆方舱中的应用

以提高极端条件下方舱生存能力为背景,结合防弹防爆方舱的防护需求,论述了方舱的防弹防爆防护标准,总结了特种方舱防护技术的发展现状,介绍了高效抗冲击复合材料在防弹防爆方舱中发挥的重要作用和应用情况。     

柔性复合材料及其增强体顶破形态和机理的研究

本文研究了柔性机织复合材料及其增强体顶破的破坏形态和失效机理。在MTS-810材料试验机上分别对两种材料进行准静态顶破实验测试,通过观察顶破过程中两种材料变形,指出它们形变的异同点。并对实验得到的载荷—位移曲线进行分析讨论,说明材料在顶破载荷作用下的失效机理以及涂层对织物顶破性能的影响。     

平纹机织玄武岩纤维/环氧树脂复合材料冲击拉伸行为

以常规机织工艺生产织物增强体,以真空辅助树脂转移模塑法(VARTM)制备成型复合材料,研究单层平纹玄武岩长丝增强环氧树脂复合材料在准静态和高应变率加载下的拉伸性能。准静态和高应变率拉伸试验分别在MTS-810.23试验仪和分离式霍普金森拉杆(SHTB)测试系统上完成。试验结果表明该材料的力学性能具有应变率依赖性:随着应变速率的增加,拉伸模量和拉伸强度单调增加,失效应变单调减小,弹性能先增加后减小。材料的失效破坏特征也呈现明显的应变率效应:准静态拉伸时,材料断口整齐,树脂的破碎少,几乎没有纤维的抽拔和经纬向纤维束间的滑移;高应变率拉伸时,材料断口参差错乱,树脂完全破碎,纤维束抽拔严重、相互崩裂和滑移,织物增强体结构的整体性破坏严重。     

填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦/密封复合材料

本文对采用特殊加工工艺使聚丙烯腈浆粕均匀地包覆在聚丙烯腈短切纤维的表面形成的复合型浆粕在摩擦、密封材料中的应用进行了初探。结果发现,复合型浆粕用于摩擦材料中,与树脂基体间的粘合性能优异,材料强度较高,不易剥落,具有较稳定的摩擦磨损性能;用于无石棉密封橡胶板,制得的密封板均匀、有弹性、强度高、耐热。聚丙烯腈复合型浆粕取代石棉或芳纶浆粕用于增强摩擦材料、密封材料等复合材料中,具有优异的综合使用性能和加工性能,具有较高的性价比。     

磷石膏基复合胶凝材料的性能优化及机理研究

采用水泥、矿渣粉、粉煤灰和减水剂对磷石膏进行改性。最终得到的磷石膏基复合胶凝材料的强度为原状磷石膏的2倍,软化系数从0.5提高至0.8。磷石膏基复合胶凝材料的比强度和孔隙率之间存在明显的线性关系,随着孔隙率的减小比强度增加。通过扫描电镜（SEM）对磷石膏基复合胶凝材料微观形貌的演变过程进行表征,发现随着矿渣粉、水泥、粉煤灰和减水剂的掺加,基体由疏松转变为致密;主要的水化产物二水石膏从针状转变为棒状或片状,并且出现了水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,其填充于体系内部的孔隙并将二水石膏连成整体。利用X射线衍射（XRD）分析和傅里叶变换红外吸收光谱（FT-IR）测试对水化产物的微观结构进行研究。结果表明,复合体系中的主要产物为二水石膏,但是由于可用水量的减少,体系中仍剩余少量磷石膏未水化。     

Evaluation of Fracture Surfaces in Carbon Fiber/Epoxy Composites

We have investigated carbon fiber/resin debonding mechanisms using wetting force scanning to examine the fracture surfaces. The wettability of the site of a resin microdroplet (50-150 μm long) on a fiber after debonding is compared with that of the original fiber surface by scanning along the fiber with an appropriate probe liquid. For an HMS/Epon828 system, debonding seems to involve removal of a layer of carbon fiber, while for an AS4/Epon828 system, there is evidence for adhesive failure as well as cohesive failures in both fiber and resin. These contrasting failure mechanisms are consistent with the morphological structures of the carbon fibers studied.     

自修复微胶囊制备及微纳力学性能

采用一步原位聚合法制备了自修复微胶囊。应用光学显微镜、扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对微胶囊壁厚、微结构进行了分析和表征。借助纳米探针对微胶囊及其壳材进行压痕实验测试其力学性能。结果表明,自修复微胶囊包裹完整,表面粗糙,微胶囊平均粒径为100μm,平均壁厚为10μm,微胶囊修复剂芯材含量约为75%;纳米压痕分析显示微胶囊的弹性模量比环氧树脂的略小,说明了当环氧树脂基体内裂纹扩展时,裂纹更易于向微胶囊扩展,证明了环氧树脂微裂纹打开微胶囊释放修复剂的可行性。     

Dynamic tensile mechanical properties and failure mode of zirconium diboride-silicon carbide ceramic composites

Dynamic indirect tension experiments were performed on zirconium diboride-silicon carbide (ZrB₂−20%SiC) ceramic. Flattened Brazilian disc specimens of ZrB₂−20%SiC were prepared to conduct dynamic tensile tests using the modified Split Hopkinson pressure bar system. The tensile experiments were completed at the range of loading rates from 7.53 to 74.71 GP s⁻¹. The tensile experimental results revealed that the zirconium diboride-silicon carbide ceramic composite is rate-sensitive in terms of the tensile strength and failure mode. The dynamic tensile strength increases linearly with the loading rate and changes from 195 MPa at 7.53 GP s⁻¹ to 654 MPa at 74.71 GP s⁻¹. Moreover, the dynamic tensile strength decreases with the increase in critical fracture time, which conforms to Tuler and Butcher's fracture criterion. In dynamic experiments, a high-speed camera was used to examine the tensile failure process, and fragments were collected to analyze the dynamic tensile failure mechanism. The tensile fracture mode of ZrB₂−20%SiC obviously showed the sensitivity of the loading rate. The fragment size of ZrB₂−20%SiC ceramic decreased but the quantity of fragments increased as the loading rate increased.     

二维与三维机织复合材料的力学性能实验研究

通过对超厚三维正交机织复合材料及二维机织层合板分别进行拉伸和压缩实验，研究比较两复合材料刚度和强度特性的差异；研究发现无论是三维机织材料的拉、压，还是二维层合板的拉、压的应力一应变曲线都可近似为直线关系，而且具有脆性破坏的特点；三维复合材料的拉、压强度要高于二维层合板，是由于不同的增强相结构及纤维含量造成；不同的破坏模式对材料强度影响很大。