中等应变率下单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切本构关系

采用真空辅助成型工艺制备单向玻璃纤维增强环氧树脂基的[±45°]_8s复合材料试样,通过专用试验设备开展恒定应变率下的面内剪切性能研究,应变率范围为3×10^-4~128.4 s^-1。以Khan-Huang本构关系模型表达形式为基础,考虑应变率效应,建立了一种单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在中等应变率下的剪切本构模型,通过最小二乘法和遗传算法获得了最优本构参数。结果表明,单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切性能具有应变率敏感性,剪切强度随着应变率的提高逐渐增大,在128.4s^-1时极限强度提高了35.5%。建立的本构关系模型能够准确反映剪切性能与应变率的关系,可用于中等应变率条件下的剪切性能预测。     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

SiC颗粒增强铝基复合材料冲击拉伸力学性能的试验研究

对ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料在应变速率为１５０～１０００ｓ＾－１范围内的冲击拉伸力学性能进行了试验研究，得到了材料从弹塑变形直至断裂的完整的应力应变曲线，结果表明ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料是一种应变率敏感材料，随着应变速率的提高，材料的屈服应力，破坏应力以及破坏应变均为相应提高，断口分析表明，ＳｉＣｐ／Ａｌ的破坏形式的比较复杂，是一种颗粒的脆性破坏与铝合金基体的韧性破坏共存，强界面与弱界面共存的混     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

单向碳纤维增强碳化硅基复合材料的拉伸试验

采用手工精细加工板状双哑呤拉伸试件,并配以恰当的加强块,避免了因试件较短和加工等引起的夹持段压环,从夹持段拔出及试件在试验段根部破坏等问题,成功地实施了短试件（热压法制备的单向碳纤维增强碳化硅基体复合材料）的拉伸试验,微实时观察表明,由于界面强度非常弱,试件中首先出现因界面破坏而形成的沿纤维方向的裂纹,随着载荷的增加,裂纹数量迅速增多且裂纹均平行于纤维方向,最终,这些平行裂纹横向连接使试件被拉断,因此,对于界面强度过弱的单向纤维增强陶瓷基复合材料不可能产生横向的饱和裂纹。     

SiC颗粒增强6061Al基复合材料的动态拉伸性能Ⅱ应变速率效应

用拉伸split Hopkinson bar实验装置进行了SiCp/6061Al得合材料及基体合金的动态拉伸实验，研究了材料的应变速率敏感性。结果表明，SiCp/6061Al复合材料及其基体合金均具有明显的应变速率效应，且复合材料的应变速率敏感性高于基体合金的应变速率敏感性，根据位错机制对此进行了解释。     

聚碳酸酯拉伸力学性能的应变率相关性实验

在MTS809材料试验机和自行研制的旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验机上,对聚碳酸酯板材进行了准静态0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1和高应变率400s-1、800s-1、1700s-1加载条件下的单向拉伸试验,得到了不同应变率下聚碳酸酯板材的拉伸工程应力-工程应变曲线。试验结果表明:聚碳酸酯的拉伸力学行为呈现明显的非线性变形特征;在文中实施的0.001s-1～1700s-1应变率加载范围内,聚碳酸酯拉伸力学性能具有明显的应变率相关性,其屈服应力和与屈服应力相对应的失稳应变均随应变率的增加有显著的增大。     

碳/环氧树脂复合材料应变率效应的实验研究

选择两种铺设方式( _S和 _S)的T300/Epoxy(炭纤维/环氧树脂)层合板, 利用MTS试验机以及Hopkinson拉伸杆分别对其进行了准静态拉伸试验(应变率为10-5~10-4 s-1)、 中应变率拉伸试验(应变率为100 ~101s-1)和高速冲击拉伸试验(应变率为102~104s-1)。静态、 动态实验的试件形状及尺寸均相同。获得了不同应变率加载条件下T300/Epoxy的应力-应变曲线。基于所获得的应力-应变曲线, 讨论了应变率对炭纤维增强复合材料力学性能的影响。研究结果表明: 复合材料T300/Epoxy是应变率相关的材料; 层合板的铺设方向对其应变率效应有着显著的影响; 随着应变率的增加, 材料的强度及弹性模量有较大程度的提高, 但破坏应变有所降低。通过对试验结果的数据拟合, 提出了材料应变率相关的动态本构模型。      

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

单向玻璃纤维增强环氧树脂在冲击拉伸时的一维本构方程

本文在自行研制的冲击拉伸装置上首次实现了单向玻璃纤维增强环氧树脂的冲击拉伸加卸载试验,结合试件在冲击拉伸过程中的瞬态温升和能量分析的结果,提出了完整的复合丝束模型,推出了冲击拉伸时的一维本构方程;并对该材料在300～2000s-1的应变范围内进行了全面的冲击拉伸试验,通过对试验结果的数值统计分析和应变率相关性分析拟合出具体的本构方程,结果表明这个方程是有效的,有明显的物理意义.     

玻璃纤维增强环氧复合材料上超疏水表面层的制备

先采用真空袋压法制备含CaCO3/环氧树脂表面功能层的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料,再通过化学刻蚀与表面修饰,在玻璃纤维增强环氧树脂复合材料上制备出超疏水表面。采用扫描电镜和动/静态接触角分析仪,表征表面的形貌和疏水性,结果表明,在复合材料表面构建了具有微-纳米尺度二元粗糙结构;采用1%(质量分数)的硬脂酸修饰后,其表面与水的接触角最高达160.03°;制备的超疏水表面结构在室温环境下具有长期的稳定性。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

超细玻璃粉增强环氧树脂的研究

研究了玻璃粉/环氧树脂封接复合材料的制备与性能.利用激光粒度分析仪、电子多功能实验机、SEM、热分析仪等测试粉料粒径、结构形貌以及机械强度等性能.结果表明,在玻璃粉的制备过程中,加入适量的活性剂(硬脂酸盐),可以大大降低玻璃粉的粒径和粒径分布范围.将超细玻璃粉用偶联剂处理后,与环氧树脂混合制备成封接复合材料,比环氧树脂具有更好的力学性能和热稳定性.     

High strain rate effects on direct tensile behavior of high performance fiber reinforced cementitious composites

Direct tensile behavior of high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCCs) at high strain rates between 10 s⁻¹ and 30 s⁻¹ was investigated using strain energy frame impact machine (SEFIM) built by authors. Six series of HPFRCC combining three variables including two types of fiber, hooked (H) and twisted (T) steel fiber, two fiber volume contents, 1% and 1.5%, and two matrix strengths, 56 MPa and 81 MPa, were investigated. The influence of these three variables on the high strain rate effects on the direct tensile behavior of HPFRCCs was analyzed based on the test results. All series of HPFRCCs showed strongly sensitive tensile behavior at high strain rates, i.e., much higher post cracking strength, strain capacity, and energy absorption capacity at high strain rates than at static rate. However, the enhancement was different according to the types of fiber, fiber volume content and matrix strength: HPFRCCs with T-fibers produced higher impact resistance than those with H-fibers; and matrix strength was more influential, than fiber contents, for the high strain rate sensitivity. In addition, an attempt to predict the dynamic increase factor (DIF) of post cracking strength for HPFRCCs considering the influences of fiber type and matrix strength was made.     

UVA紫外辐射对室内碳纤维增强环氧树脂基复合材料性能的影响

研究了Ultraviolet A(UVA)紫外辐射对碳纤维增强环氧树脂基复合材料产生的影响。测量和分析了从窗户照射到室内太阳光和日光灯辐射的UVA紫外线辐照度, 研究了碳纤维增强环氧树脂基复合材料经辐照度为200 μW·cm^-2的UVA紫外灯辐射处理后的力学性能变化, 并通过XPS、 接触角、 纳米压痕、 原子力显微镜(AFM)测试方法研究了其表面性能变化。结果表明: 春夏季节晴天室内太阳光紫外辐照度在14点时达到最大值, 距离窗户0 m处最大值为375 μW·cm^-2, 1 m处最大值迅速降至30 μW·cm^-2; 对功率40 W的日光灯, 距离日光灯0 m处, 紫外辐照度为87.3 μW·cm^-2, 1 m处快速降至5.4 μW·cm^-2; 经过45天的紫外辐射, 碳纤维增强环氧树脂基复合材料的层间剪切强度、 弯曲强度和拉伸强度无明显变化; 碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面发生氧化反应, 表面硬度和粗糙度变大。     

玻璃纤维复合材料孔隙率对超声衰减系数及力学性能的影响

在0.1~0.6 MPa热压压力条件下, 制备了不同孔隙率含量的玻璃纤维布/618环氧树脂层压板试件。采用超声C扫描及烧蚀密度法测定了试件的超声衰减系数与平均孔隙率, 并通过金相显微分析对孔隙的分布、 形状及尺寸进行了表征。讨论了孔隙率对层压板拉伸、 弯曲和层间剪切性能及超声衰减系数的影响规律, 获得了使力学性能下降的临界孔隙率及衰减系数值。结果表明, 随着固化压力减小, 孔隙率从0.976%增加到5.268%, 抗拉强度、 弯曲强度和层间剪切强度均下降, 衰减系数由1.460 dB·mm^-1增加到2.150 dB·mm^-1, 使力学性能下降的临界衰减系数约为1.5 dB·mm^-1。     

T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制

为验证复合材料的耐久性,对T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料经自然老化后的微观形貌、表面元素含量、热性能与力学性能等进行了研究。结果表明: 在光氧老化与热氧老化的共同作用下,T700碳纤维增强EP-A环氧树脂基（T700/EP-A）复合材料表层树脂将发生老化降解,并且随自然老化时间的延长,T700/EP-A复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,未老化试样的玻璃化转变温度为207℃,经过自然老化处理3年后,其玻璃化转变温度降低为180℃,延长自然老化时间至5年时,其玻璃化转变温度进一步降低至172℃。而自然老化过程对复合材料力学性能可能同时存在着增强效应与损伤效应,因此造成了T700/EP-A与T700/EP-B复合材料的不同力学性能表现出相异的变化趋势。随自然老化时间延长,T700/EP-A与T700/EP-B复合材料纵向拉伸强度表现出先升高后降低的趋势,纵向弯曲强度表现出逐渐升高的趋势,纵向压缩强度与层间剪切强度存在波动,未呈现出明显变化。      

纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料性能研究

先采用机械搅拌和超声分散方式在环氧树脂中分散纳米SiO2微粒,通过扫描电镜表征断面的形貌来分析纳米SiO2分散效果,再采用力学性能测试,研究纳米SiO2对环氧树脂及其玻璃纤维增强复合材料性能的影响,结果表明,超声分散效果明显优于机械搅拌分散;纳米SiO2含量对分散效果、环氧树脂及其复合材料力学性能具有显著影响;采用超声分散的1%(质量分数)纳米SiO2改性环氧树脂浇铸体的弯曲强度比未改性的提高了21.2%,其玻璃纤维增强复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了9.7%和7.9%,但层间剪切强度则降低了10.6%。