预应力碳纤维板加固钢梁抗弯性能试验研究

普通外贴碳纤维材料加固钢结构技术无法充分发挥材料的高强性能,加固效果有限,采用预应力加碳纤维加固可有效解决上述缺陷。该文在成功研制用于加固钢结构的碳纤维板张拉装置的基础上,进行预应力碳纤维板加固钢梁抗弯性能试验,研究了预应力碳纤维加固对试件承载力、变形、破坏形态以及碳纤维应用效率的影响。试验结果表明,与非预应力碳纤维板加固的钢梁相比,预应力碳纤维板加固可有效提高试件的抗弯承载力和刚度,充分利用碳纤维材料性能。两端的可靠锚固避免了由于端部锚固不足而发生碳纤维板剥离破坏。     

预应力碳纤维板加固受弯构件的试验研究

传统外部粘贴碳纤维增强复合材料加固技术无法充分发挥材料性能,加固效果有限。预应力碳纤维加固技术可有效解决上述缺陷,成为目前碳纤维加固研究的重点。作者研发了对碳纤维板进行预应力加固的设备,在此基础上进行了8根采用外部粘贴预应力碳纤维板加固的受弯构件的模型试验,研究了预应力碳纤维加固对试件承载力、使用阶段变形、碳纤维应用效率及延性的影响。试验结果表明:预应力碳纤维板加固可显著提高受弯构件开裂及屈服荷载,减小构件使用阶段内的变形,充分利用碳纤维材料性能;通过仔细设计构件延性可满足工程需要。     

碳纤维丝股锚固体系试验研究及受力分析

为研究碳纤维（CFRP）丝股粘结型锚具锚固性能及内部受力状态,该文设计了19丝CFRP丝股粘结型锚具并对其进行了静载试验。3个试件的CFRP丝间距分别为4mm、2mm和1mm;试验对锚固区CFRP丝应变和CFRP丝-锚筒的相对位移进行测量;通过静载试验实测并结合理论计算分析了粘结型锚具的锚固性能、粘结应力分布情况及变化...     

碳纤维复合材料修补带孔铝合金板的强度性能

研究了不同的复合材料补片、不同的胶粘剂、不同的表面处理方式、不同的修补粘接长度,对带孔铝合金板的修补拉伸强度的影响,探讨了带损伤的常用航空铝材。采用复合材料技术修复后,其强度恢复至满足使用要求的可能性。     

碳纤维复合板表面前处理方法对漆膜附着力的影响

为了增加碳纤维复合板表面与常用漆膜的结合力,分别采用化学氧化法、等离子体法及中车475活化液对其表面前处理后,再涂覆SG65-7035/0环氧底漆或SG64-1002/3聚氨酯底漆,并应用国家标准方法进行了相应的检测。结果表明:3种处理方式均能提高板材的表面能,均能增强其表面的润湿性和附着性,漆膜的附着力均达到4 MPa以上,环氧底漆的附着力高于聚氨酯底漆;碳纤维复合板先经打磨再经中车475活化液活化最有利于动车车体的工业化生产。     

碳纤维衬底上定向碳纳米片阵列的制备

以乙炔(C2H2)为碳源,N2为载气,二茂铁为催化前驱物,采用浮动催化法,在碳纤维衬底上制备了垂直定向的碳纳米片阵列.利用SEM,EDX和Raman光谱对所得产物进行了表征.结果表明经十二烷基磺酸钠(SDS)和二茂铁的丙酮溶液煮沸和浸泡处理后的碳纤维表面所生长的碳纳米片长度约为600 nm,宽度约为50 nm.Raman光谱分析表明所制备的碳纳米片为石墨结构.碳纤维的预处理不仅活化了表面,而且避免了催化剂向其内部的渗透和吸收.基于以上结果,碳纤维/碳纳米片在场发射领域很可能有重要的应用.     

碳板性能测试张拉装置研发与试验研究

针对碳纤维板性能测试张拉装置缺乏的情况,设计一种碳纤维板性能测试张拉装置,主要由底座钢板、实心受压杆、锚板、张拉杆和挡板组成。同时,利用有限元软件对张拉装置主要部件进行应力分析,确定各部件的合理尺寸,并且进行该装置与反力式张拉装置的对比试验。试验结果表明:设计的张拉装置具有组装简便、操作容易、相对自重较轻,试验数据较稳定、实用性较强等特点,可为碳纤维板材性能测试提供一种简易且精准的平台。     

冷拔钢筋预加应力与强度的关系研究

目前建筑用钢筋大部分会采用冷拔工艺处理,以增加钢筋的弹性极限,极限强度和屈服强度,而且经过多次冷拉和热处理之后会从普通有明显屈服点钢材变为无明显屈服点钢材。本文旨在研究单次冷拔中所施加的强度与钢筋机械性能的关系,通过分析实验数据可知其随着施加的强度的上升,钢筋的抗拉强度出现上升而后下降的趋势。此结论可为随后的冷拔钢筋生产提供相应的借鉴。     

Z-pin的拔出强度试验研究

通过单根Z-pin从复合材料层合板中拔出的试验方法,测试了Z-pin的拔出强度,计算了Z-pin的临界埋入深度,并引入抗拉强度利用率概念来表征Z-pin的抗拉强度在拔出过程中的利用程度.结果表明,直径0.50mm和0.28mm的Z-pin临界埋入深度分别约为5.1mm和3.1mm.当Z-pin的埋入深度小于临界埋入深度...     

环境条件对中密度纤维板密度测试结果的影响初探

通过试验,分析比较标准平衡环境条件和模拟冬、夏季环境条件3个温湿度平衡处理对样品物理性能的影响。数据表明：当温度在（20－30）℃、相对湿度在（65－85）％范围内变化时,对密度的测试结果没有影响,但密度偏差有变化;当温度在（15—20）℃、相对湿度在（35～65）％范围内变化时,密度偏差有变化,并且对密度的测试结果平均值有影响。     

三维碳/碳复合材料板件拉伸强度预报

针对三维碳/碳复合材料板件开孔敏感性问题进行了试验与有限元分析。建立了三维碳/碳复合材料代表体积单元(RVE)和完好板件、开孔板件的有限元模型,给出了宏观应力到细观应力的转换方法,并基于此方法,实现了完好板件、开孔板件拉伸破坏过程的数值模拟。进行了三维碳/碳复合材料完好板件和开孔板件的单向拉伸试验,模拟计算结果与试验结果吻合良好。分析了不同宽径比(WTDR)对开孔板件拉伸强度的影响,其中当宽径比达到6时,开孔板拉伸极限强度相比完好板下降11.5%,可以认为如果宽径比不低于6,开孔对板件拉伸极限强度影响较小。该结论可以为碳/碳复合材料开孔板件设计提供指导。     

Molecular dynamics study of the interfacial strength between carbon fiber and phenolic resin

The interfacial strength between carbon fiber and phenolic resin is studied using molecular dynamics simulations to demonstrate that carbon fiber-reinforced carbon matrix composites (C/C composites) have improved tensile strength. Simulations are performed using two carbon fiber models, one of which has only carbon atoms and the other has carbon atoms and some fluorinated carbon groups. The carbon fiber models are regarded as two-layer graphite, and the phenolic resin model is treated as cross-linked structures. All force field parameters are based on the Dreiding force field. The tensile stress and interfacial fracture energy are calculated for the estimation of the interfacial strength. The results show that the model including the fluorinated carbon groups has lower interfacial strength than the model having only carbon atoms, up to a certain coating ratio of fluorinated carbon groups. Similarly, within the limits of the coating ratio, the interfacial fracture energy of the fluorinated carbon fiber model is lower than that of carbon fiber model having only carbon atoms.     

新型加固用智能碳纤维板及感知性能试验

结合碳纤维增强树脂的强度特性与光纤布拉格光栅的传感特性研制开发出具有变形自感知能力的智能碳纤维复合板。在介绍内嵌光纤传感器的碳纤维复合板制作工艺的基础上,利用自制张拉反力架和钢筋混凝土梁进行智能碳纤维板的感知性能试验,获取包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞性以及准确度等传感性能指标。研究结果表明:智能碳纤维板具有良好的线性度与重复性,测试精度高,是集感知和受力、功能材料和结构材料于一体的新型土木工程智能材料,既可以方便地作为混凝土结构的加固装配件,又可作为其表面的传感器件,具有良好的工程应用前景。     

碳纤维超声波加湿试验研究

PAN原丝加湿后能避免碳纤维生产过程中的机械损伤以及毛丝的产生。研究了应用超声波雾化加湿方法对PAN原丝进行加湿,并经预氧化、炭化为碳纤维。碳纤维的拉伸强度等性能有了较大幅度的提高,且生产成本有所降低。     

碳纤维截面特性对碳纤维/环氧树脂复合材料压缩强度的影响

基于压拉平衡为特征的新一代先进复合材料的需求,开展了碳纤维截面形状和尺寸对碳纤维/环氧树脂复合材料压缩强度的影响研究。有限元模拟和试验结果均表明,增大碳纤维直径可以提高复合材料压缩强度。另外碳纤维截面形状也对复合材料压缩强度有影响,圆形截面优于椭圆形截面。      

Controlling of the interfacial shear strength between thermoplastic resin and carbon fiber by adsorbing polymer particles on carbon fiber using electrophoresis

In order to control the interfacial adhesion between carbon fibers and thermoplastic resins, poly(methyl methacrylate) (PMMA) particles have been adsorbed on the carbon fiber surfaces using an electrophoresis process. The amount of PMMA particles adsorbed on the modified carbon fibers was varied using the electrophoresis technique performed in polymer colloids for a short time. Additionally, the interfacial shear strength between the modified carbon fiber and the resin was controlled by a modification of the present process. An improved interaction and a strengthened surface adhesion between the carbon fiber coated with particles and the PMMA resin were observed.     

碳纤维束疲劳损伤失效试验

为了解碳纤维束的疲劳特性及疲劳加载后剩余强度的变化, 为建立碳纤维复合材料疲劳性能的细观力学分析模型提供必要的基础数据, 研究设计了碳纤维束静载力学性能及疲劳特性试验方案, 并进行了试验。采用最小二乘法拟合得到了单束碳纤维的应力-寿命(S-N)曲线。对经过预疲劳的碳纤维束试验件进行了剩余强度试验, 采用最小二乘法拟合得到了碳纤维束疲劳加载剩余强度模型。试验结果表明: 试验所用碳纤维束的条件疲劳极限为静拉伸强度的80.47%; 碳纤维束经历一定循环次数的拉-拉疲劳可以提高其强度, 其剩余强度随着疲劳加载循环次数的增加先增加后减小。     

基于宏微观分析的碳纤维增强高分子复合材料强度性能表征

微观力学强度理论(MMF)是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论。通过对碳纤维/树脂(UTS50/E51)复合材料单向层合板进行纵向、横向静载拉伸、压缩和弯曲试验, 得到层合板的基本力学性能和宏观强度指标。建立了碳纤维增强树脂基复合材料微观力学模型, 获取树脂基体和纤维不同位置的机械载荷应力放大系数和热载荷应力放大系数。结合获取的应力放大系数及试验测得的单向层合板宏观强度, 计算出层合板组分的MMF强度特征值。绘制了基于MMF强度理论的层合板破坏包络线, 并与Tsai-Wu失效准则预测结果进行对比。实现了对UTS50/E51层合板MMF强度特征值的表征。