关键词： 纤维增强树脂基复合材料   层合板   等效模量   等效强度   极限强度   最大应力准则  

摘要： 为了加快项目研制初期复合材料结构设计方案论证的进度,开发了一种便捷且实用的结构极限强度预测方法。首先,基于经典层合板理论给出层合板等效模量的解析表达式。其次,依据层合板逐层破坏及刚度退化的假定,采用数值算法预测了层合板的首层破坏强度与极限强度。然后,对比了典型铺层的层合板力学参数,结果表明等效弹性模量与极限拉伸强度的预测值与测试值完全吻合,仅极限压缩强度的预测值比测试值低10%。最后,以层合板的等效力学性能预测值作为基础参数,采用传统结构有限元方法预测典型端框法兰结构的极限强度,通过与试验件测试比较发现,预测破坏形式与试验破坏形式均为压缩破坏,且预测极限载荷比试验破坏载荷低15%。该方法计算速度快,计算精度满足设计初期结构方案论证需求。

关键词： 激光去除   碳纤维复合材料   微观形貌   机械性能   树脂  

摘要： 在航空航天复合材料使用过程中,不可避免地要与金属材料进行连接,因此保障接头的强度尤为重要。采用脉冲光纤激光器对碳纤维复合材料(CFRP)表面的树脂进行激光去除,研究了激光能量密度和激光行进速度对去除后试样的微观形貌及元素含量的影响规律。选用不同参数组合进行清洗试验,分析清洗后表面接触角和自由能的变化规律。然后进行胶接实验,并在胶接后对胶接件进行拉伸测试和疲劳测试,分析断面形貌来验证激光去除树脂对胶接性能的影响。研究结果表明,树脂的去除量随着激光能量密度的增加或行进速度的减小而逐渐变多;在试验中,当激光能量密度为6.37 J/cm^(2)、激光行进速度为4 mm/s时,基体表面的接触角最小,表面自由能最高,拉伸强度是未清洗表面的两倍以上,并且具有良好的疲劳特性。通过工艺参数的合理选择可以有效去除CFRP表面树脂,并获得较好的表面形貌,同时也能保证碳纤维没有损伤,提升其胶接后的力学性能。最后,通过分析确定了表面树脂去除机制为烧蚀气化和振动效应。

关键词： 牙周炎   白藜芦醇   介孔二氧化硅   双相磷酸钙   复合微球  

摘要： 目的:制备白藜芦醇(Res)/介孔二氧化硅(MSNs)/双相磷酸钙(BCP)复合微球,检测其理化特性和生物相容性。方法:采用乳液聚合和硬模板法制备MSNs空心微球并负载Res和BCP,通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察复合微球支架的微观结构,通过比表面积及孔隙度测试分析微球的比表面积及孔径分布,通过傅里叶红外光谱(FTIR)测试分析支架的内部化学结构,通过X射线衍射测试(XRD)分析支架的物质组成,通过药物释放性能测试Res药物释放量,通过降解性能测试分析支架的降解能力。将复合微球支架浸提液与人牙髓干细胞(hDPSCs)共培养后,通过CCK-8检测细胞活力,通过SEM观察细胞黏附评估复合微球支架对hDPSCs的生物相容性。结果:TEM观察到MSNs的分散性较好,SEM观察到MSNs与BCP形成良好的结合。比表面积及孔隙度测试结果表明微球具有超小尺寸的介孔孔径和较大的比表面积。FTIR分析结果显示复合微球支架中存在羟基磷灰石(HAp)、β-磷酸三钙(β-TCP)、Res和二氧化硅(SiO_(2))。XRD图谱表明Res/MSNs/BCP支架材料中有HAp、β-TCP和SiO_(2)的特征峰。不同质量Res药物释放测试结果显示,随着时间延长释放浓度逐渐平稳,随着负载的Res质量增加释放量增大(P<0.05)。降解实验结果显示MSNs的降解速率最慢,而BCP降解速率较快,MSNs/BCP的降解速率介于MSNs和BCP之间,初期降解速度较快,21 d后降解率逐渐平稳(P<0.05)。CCK-8结果显示,负载不同质量Res的复合支架材料的1.0%浸提液无细胞毒性,随着浸提液浓度增加hDPSCs细胞活力降低(P<0.05)。细胞黏附结果显示,复合微球支架材料的表面结构适合hDPSCs的黏附和生长。结论:Res/MSNs/BCP复合微球支架具有良好的表征及理化性,无细胞毒性,生物相容性良好。

关键词： 石墨烯   复合材料   能源   新型材料   低碳  

摘要： 随着科技的飞速发展,新型材料的研究与应用日益成为推动科技进步的重要力量。在新型材料中,石墨烯因其独特的物理性质和化学性质,被誉为“奇迹材料”,在全球范围内引起了广泛关注。石墨烯是由单层碳原子以sp杂化轨道形成的六角形蜂窝状平面薄膜,具有极高的机械强度、良好的导电性和导热性、优异的光学性能,以及独特的量子效应,使用机械剥离法、氧化还原法、气相沉积法等制备方法,通过衬底转移法、自组装法、湿法纤维融合方法等组装方法,在复合材料、能源、材料、生物医学、航空航天等领域的应用提供了更多的可能性。作为一种具有广泛应用前景的新型材料,激光烧蚀法还可能在某些特定应用领域中展现出独特的优势,具有很大、更深层次的研究空间和未知领域,其制备、组装及应用研究具有重大的理论意义和应用意义,特别是在激光烧蚀法制备方法研究过程中,为未来石墨烯的研究和应用提供有益的参考和启示,可进一步推动能源领域低碳发展,为2030年碳达峰、2060年碳中和国家战略目标贡献能源力量。

关键词： 淀粉   聚乙烯醇   三螺杆挤出机   熔融共混   力学性能  

摘要： 淀粉是石油基塑料的理想替代品,以甘油增塑的淀粉为原料生产的热塑性淀粉由于其亲水性、力学性能、加工性能较差等缺陷限制了其应用。采用三螺杆挤出机制备了不同含量聚乙烯醇(PVA)的淀粉/PVA可降解复合材料。力学性能结果表明,当添加30%PVA时,断裂伸长率从5.93%增大至80.37%、显著改善了塑化淀粉的力学性能。热重分析表明,随着PVA含量的增多,最大热降解温度从318.4℃增大至325.1℃,最大热降解速率也从22.61%/℃降低至6.92%/℃,提高了复合材料的热稳定性。力学性能和热稳定性能的提高是由于PVA分子羟基与淀粉分子中的羟基形成更强的氢键作用,减弱了淀粉分子间氢键的作用力,使分子链运动能力增强。红外光谱图中,3500~3000 cm-1之间的羟基振动向低波数偏移,证明了PVA的羟基分子与淀粉、甘油分子羟基发生相互作用,形成了氢键。

关键词： 真空导入   夹芯铜网   低孔隙率  

摘要： 本研究针对复合材料夹芯铜网结构在真空导入工艺(Vacuum Assisted Resin Infusion,VARI)中的浸润不均、界面分层成型难点,系统研究了铜网结构和注胶位置对树脂流动行为及最终制品质量的影响。通过设计不同铜网孔径、铜网丝径、铺设方式及注胶位置,分析了树脂渗透率和孔隙率的优化路径。实验结果表明,不同铺层顺序与树脂进料口位置对复合材料制品的影响不显著。铜丝规格对复合材料制品的性能具有显著影响。当铜丝丝径为0.315时,复合材料制品的平均孔隙率最低,其值为1.46%;而当铜丝丝径为0.400时,界面结合强度达到最大值,为24.4 MPa。综合考量各项性能指标,第二组铜网规格为GF1W 1.25/0.400的复合材料制品展现出最佳性能。

关键词： 热塑性复合材料   电阻焊接   工艺优化   电阻加热元件   大尺寸焊接  

摘要： 热塑性复合材料因其优异的韧性、可焊接、可回收性和短成型周期,在航空航天领域展现出广阔的应用前景。然而,其高熔点树脂的加工难度限制了复杂构件的制造。电阻焊接技术通过焦耳热效应实现界面熔融连接,避免了机械连接和胶接的缺点,成为热塑性复合材料连接的重要方法。本文综述了电阻焊接的基本原理、关键工艺参数的优化策略,加热元件的改进方法,以及大尺寸焊接技术(顺序电阻焊接和连续电阻焊接)的应用进展。研究表明,通过优化工艺参数和改进加热元件,可显著提高焊接接头强度。为了实现电阻焊接技术的工程化应用,还需要进一步对工艺稳定性、焊接接头可靠性、大尺寸焊接等问题进行研究。

关键词： 四氧化三钴   石墨烯   水热法   复合材料   电化学  

摘要： 四氧化三钴(Co_(3)O_(4))的电容特性高,功率特性、能量特性以及循环性能优良,但单纯的Co_(3)O_(4)导电性较差,电化学利用率低,而石墨烯不仅电学、热学和力学的性质优异,而且比表面积大。以石墨烯为载体可以改善Co_(3)O_(4)的导电性,提高Co_(3)O_(4)的电化学利用率。以氧化石墨烯(GO)为前驱体,采用热爆法合成Co_(3)O_(4)/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料。采用X射线光电子能谱,扫描电子显微镜和X射线衍射仪对样品的表征进行测试和分析,同时对样品进行电化学性能的测试。结果表明:制备的Co_(3)O_(4)/rGO复合材料具有较高的电化学催化性能。

关键词： 软复合材料   降阶均匀化   聚类分析   代表性单元体   有限变形  

摘要： 软复合材料的非均质性和几何非线性导致传统有限元细观分析效率低下,从而使得宏-细观耦合的多尺度分析在工程实际中并不可行.为了大幅度提高细观分析的计算效率,本文结合降阶均匀化技术和聚类分析,建立一种新型聚类降阶均匀化方法.首先,基于有限变形理论,建立软复合材料的宏-细观双尺度分析框架.在细观层面上,利用能量密度函数来描述细观材料相的本构行为.随后,结合细观代表性体积单元(RVE)的聚类分析、细观变形梯度场的降阶技术以及高效的采样策略,基于最小能量原理,建立聚类降阶模型.通过聚类分析将RVE域划分为若干个均匀子域(簇),并通过本征正交分解对细观变形梯度场进行低阶近似,进而大幅减少细观系统自由度数量.算例结果表明,CROM方法在保证较高精度的情况下,虽然离线计算成本较高,但是在线分析相较于传统有限元计算的加速率高达10~4量级.因此,该方法适用于宏-细观耦合多尺度分析或多尺度材料参数反演等需频繁调用细观RVE预测的问题.