2D-C/C复合材料结构与性能的研究进展

2D-C/C复合材料是以二维碳纤维为增强体,以化学气相渗透的热解碳或液相浸渍炭化的树脂碳、沥青碳为基体组成的一种纯碳多相二维结构材料,是一种新型高性能结构功能复合材料,大量运用在航空航天等高新技术领域.目前研究集中于其宏观性能方面,难点在于其组织结构和性能的可控性、可调性.主要介绍了二维碳纤维预制体和针刺碳纤维,基体碳的微观结构和添加剂,纤维/基体界面和界面修饰,以及制备工艺对2D-C/C复合材料性能的影响.结合2D-C/C复合材料的结构特点,概述了2D-C/C复合材料热物理性能、力学性能及氧化烧蚀等行为的各向异性.此外,还展望了其研究发展方向.     

激光对碳纤维及碳纤维/环氧树脂复合材料性能影响

采用高能激光束对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维进行表面改性。利用SEM、EDS、FTIR、XRD、万能试验机等表征手段,对改性前后碳纤维微观形态、成分变化、物相结构、力学性能进行表征,系统地研究了激光束对碳纤维微观组织变化、性能变化等的影响规律,探索激光束对碳纤维的作用机制。结果表明,碳纤维经激光表面改性后,其表面的粗糙度和比表面积增加,碳纤维的浸润性得到提升,且激光束的功率越高、扫描速度越低,碳纤维浸润性越好。改性后的碳纤维化学成分、微观结构及官能团种类没有改变;改性后的碳纤维官能团种类没有改变,说明激光改性过程主要以物理过程为主;激光改性没有改变碳纤维的微观结构,改性后微晶尺寸略有减小,有利于改善碳纤维与环氧树脂的界面黏结性能。激光表面改性碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和冲击强度均有不同程度的提高,当碳纤维质量分数为0.2wt%、激光改性功率为150 W时,碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了59%,冲击强度提高了52%。     

碳纤维微观结构研究进展

碳纤维的性能取决于其结构,尤其是微观结构。从碳纤维的表面结构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面较系统地总结了目前国内外在碳纤维微观结构方面的研究进展,同时探讨了碳纤维的微观结构与性能之间的关系,以期为碳纤维的相关研究提供参考。     

碳纤维微观结构研究进展

碳纤维的性能取决于其结构,尤其是微观结构。从碳纤维的表面结构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面较系统地总结了目前国内外在碳纤维微观结构方面的研究进展,同时探讨了碳纤维的微观结构与性能之间的关系,以期为碳纤维的相关研究提供参考。     

聚丙烯腈基碳纤维制备过程中微观结构的演变

碳纤维的微观结构是影响其强度和断裂行为的重要因素.PAN纤维、预氧化纤维的微观形态结构与最终碳纤维的结构有着密切的关系.阐述了PAN纤维和预氧化纤维的微观结构的研究进展,着重介绍了聚丙烯腈基碳纤维发展历史上有代表性的结构模型,以期为制备高性能碳纤维提供理论依据.     

碳纤维增强树脂基复合材料的界面

从碳纤维、树脂基体、界面3个层次对碳纤维增强树脂基复合材料的界面研究进行了综述,重点介绍了碳纤维表面特性表征及改性方法、树脂基体特性及改性方法和界面分析表征手段,由此提出了纤维/树脂界面的研究路线,简要分析了复合材料界面研究的前景与趋势。为了实现纤维/树脂界面的良好匹配,充分发挥碳纤维复合材料的性能优势,需完善界面表征手段、明确界面微观性能与复合材料宏观性能的关系、深化研究界面对复合材料湿热性能及失效模式的影响等。     

铝合金连续铸轧凝固过程宏观-微观数学模型的建立及耦合

以等价比热客法处理结晶潜热和以假设的流线边界划分网格节点,建立了连续铸轧铝合金薄带凝固过程的宏观速度场、传热、溶质传输和凝固组织形成的微观数学模型以及连续铸轧铝合金薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型.同时,以固相分数为媒介,采用宏微观不同的网格尺寸和时间步长,实现了宏观模型与微观模型的耦合.     

高刚度环氧树脂与高模碳纤维的界面相容和性能匹配

自行开发了一种高刚度环氧树脂（5182树脂）,研究了5182树脂的增刚机制、耐热性能和力学性能。结果表明,原位生成的酰亚胺刚性链段及增加的多交联位点提高了5182树脂交联网络的刚性,其玻璃化转变温度达228℃,拉伸模量达到4 375 MPa。采用高刚度5182树脂制备了国产BHM3和东丽M40J高模碳纤维增强高刚度环氧树脂复合材料,考察了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单丝复合材料的界面黏结性能和断面微观形貌,并评价了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单向复合材料的宏观力学性能。结果表明,由于树脂模量的提高及界面破坏区域由碳纤维表面转移到环氧树脂区,高模碳纤维/高刚度环氧树脂复合材料的界面剪切强度最高达106.8 MPa,宏观力学性能优异,尤其弯曲性能和层间剪切强度大幅提高。      

漩口中学典型框架结构震害模拟与分析

该文以汶川地震震中附近的漩口中学教学楼和办公楼框架结构震害为背景,对其进行了模拟分析.针对震害特征,提出了微观-宏观多尺度有限元分析模型,以更准确的模拟结构的实际震害.在此基础上,为提高计算分析效率,结合微观-宏观多尺度有限元分析模型,提出能考虑楼板影响和基础转动的改进宏观有限元分析模型.采用多尺度模型和改进的宏观模型...     

考虑位错密度和损伤的NiCoCrFe高熵合金晶体塑性有限元分析EI北大核心CSCD

结合实验和晶体塑性有限元方法研究准静态加载NiCoCrFe高熵合金有限变形过程中的宏观和微观力学响应、损伤行为以及微观结构演化。使用电子背散射衍射技术(EBSD)对拉伸实验变形前后NiCoCrFe的微观结构进行表征。通过修改强化模型和流动准则分别在CPFEM模型中引入位错密度内部状态变量和连续介质损伤因子,并结合拉伸实验应力-应变曲线确定NiCoCrFe相关的模型参数。结果表明:考虑位错密度和损伤的CPFEM模型可以有效地描述NiCoCrFe宏观和微观力学响应。CPFEM模型合理预测NiCoCrFe颈缩区域的变形形状和尺寸,其中实验获得的颈缩区域长度比预测结果小7%,CPFEM预测的颈缩区域宽度比实验结果大23%。CPFEM模型预测NiCoCrFe拉伸变形后的织构演化同EBSD表征结果大致相同,均表现为弱的(100)∥RD以及强的(111)∥RD纤维织构。在三维微观结构损伤分析中,CPFEM模型预测的损伤在应力集中以及位错密度集中的晶界处萌生,表现为晶间损伤机制,并且随着变形的增加损伤逐渐向晶粒内部扩展。