关键词： 复材制造   二维三轴织物   虚拟仿真   FreeCAD   软件设计  

摘要： 给出了一种编织复合材料成型过程的仿真算法，主要是围绕编织机控制数据、纱线轨迹以及编织角的计算与预测设计的。该算法从两个相反的过程展开，逆向求解是根据预期的编织结构生成可靠的编织机控制数据，正向求解则是根据输入的编织机控制数据计算纱线轨迹，得到编织结构。首先将芯轴表面划分为一系列三角面片的集合并将其作为程序输入，提取芯轴中心线，依照运动学原理进行局部求解，由逆解算法生成设定编织角下的编织结构并得出相应编织速度，由正解算法计算特定编织速度以及编织机控制参数下的纱线轨迹和编织角分布情况。依据该算法，在FreeCAD平台下开发BraidSim模块用于实现编织工艺的动态仿真，支持对芯轴的表面网格剖分、期望轨迹与编织速度生成以及纱线沉积的动态仿真等功能。通过典型编织案例(包括圆形变截面芯轴、方形变截面芯轴、航空发动机进气道芯轴以及空间曲线芯轴)验证了上述算法，仿真结果得到的编织速度与编织角分布基本符合预期，另外对变截面芯轴以及弯曲中心线芯轴进行了仿真并生成了相应的逆解编织机控制数据以及编织角分布情况，说明该算法可以很好的应用于复杂芯轴。

关键词： 夹芯复合材料   T型接头   极限强度   渐进损伤   仿生优化  

摘要： 复合材料具有质量轻、强度高、磁性低等优点，被广泛应用于船舶领域。T型接头在舱壁与船体外板之间起连接作用，既能传递载荷，又能够保证船舶水密性。相对于金属材料，复合材料具有明显的各向异性，使得其接头连接部位的应力分布和破坏模式更加复杂。本文为更好地提升复合材料T型接头的极限承载能力，在传统T型接头的基础上，以鸟翼缘骨剖面为仿生依据设计优化了T型接头，并讨论了拐角形状和材料组合对仿生接头极限承载能力的影响。结果表明，优化后的仿生接头三点弯曲极限承载能力比原模型提升了29.6%，侧弯载荷下的极限承载能力提升了3.4%，综合承载能得到一定的提升。

关键词： 聚碳硅烷   涂层改性   短切碳纤维   树脂基复合材料   高温抗氧化性能   耐烧蚀性能  

摘要： 采用化学接枝法在短切碳纤维表面制备了聚碳硅烷的衍生涂层，并使用模压工艺制备了短切碳纤维增强硼酚醛树脂复合材料，通过扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分析，探究了聚碳硅烷化学接枝的基本机理。测试了复合材料在室温、800 ℃、1000 ℃、1200 ℃氧化后的弯曲强度以及在氧-乙炔火焰烧蚀后烧蚀中心区域的微观形貌和物相演变，研究聚碳硅烷衍生涂层对于复合材料高温抗氧化性能和耐烧蚀性能的影响。结果表明：经过1200 ℃热处理10 min后，聚碳硅烷改性短切碳纤维/酚醛树脂复合材料的弯曲强度保留率仍有12.77%。并且在聚碳硅烷衍生涂层的保护下，改性短切碳纤维/酚醛复合材料表现出优异的耐烧蚀性能。通过微观形貌显示，材料表面形成了复合陶瓷膜提升了表面的致密度，保护了内部材料。

关键词： 大丝束碳纤维   多轴向经编织物   拉挤成型   多腔异型   复合材料  

摘要： 为了促进拉挤成型复合材料在多领域的应用，以大丝束碳纤维多轴向经编织物为原料，采用拉挤成型工艺制备了大丝束碳纤维织物多腔异型梁复合材料，测量了不区域腔壁的厚度、纤维体积含量及孔隙率，根据腔壁的位置选择了7个区域进行了拉伸、压缩和层间剪切测试，并分析了不同腔壁力学性能产生差异的原因。结果表明：拉挤多腔异型梁复合材料各腔壁的力学性能与纤维体积含量及纤维取向相关，且芯棒是导致各腔壁尺寸偏差的关键因素。研究结果可为后续多腔异型拉挤复合材料的制备工作提供数据参考。

关键词： 石膏   建筑   室内装饰   木纤维   改性  

摘要： 针对传统石膏材料较脆弱、防潮和阻燃性能不足等问题，研究采用纤维后掺法，通过在木纤维中加入聚乙烯醇乳液和硅酸盐水泥，得到改性木纤维，并在石膏材料中掺入改性木纤维，制备出一种优化木纤维增强石膏基复合材料。结果显示，材料的释热速率从木纤维掺入量为0%时的17.3kW/s增至木纤维掺入量为15%时的62.9kW/s，木纤维掺入量为10%的烟气生成速率为50.3m2/s，说明适量的改性木纤维掺入量能够降低烟气生成速率，减少烟气排放。所设计优化木纤维增强石膏基复合材料能够改善石膏材料的力学性能和化学性能，为石膏材料在建筑室内装饰中的使用提供新的方案。

关键词： 蜂窝结构   三维机织复合材料   面外压缩行为   多尺度仿真  

摘要： 为解决蜂窝结构在使用过程中蜂窝壁粘结处易开裂的结构失效性问题，本文以1000 tex芳纶长丝为增强体，环氧树脂为基体，使用2.5D织机和真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺制备了一体化纤维增强结构的蜂窝状三维机织复合材料，并分析了在受到面外载荷的情况下，蜂窝状三维机织复合材料的破坏模式为纤维断裂和基体破坏及蜂窝整体的压溃和屈曲折叠破坏。为了更加准确的探究蜂窝状三维机织复合材料在受到面外压缩载荷时的力学响应和损伤演化，通过数值仿真的方法，建立了蜂窝状三维机织复合材料多尺度损伤模型，通过和实验结果进行对比，发现模型具有良好的吻合性，最后对蜂窝状三维机织复合材料进行了结构参数化的讨论，探究了蜂窝边长、壁厚对蜂窝面外压缩性能的影响。

关键词： 三维五向织物   金属基复合材料   数值模拟   高温力学行为   失效机制  

摘要： 三维五向织物复合材料因高比强度、高模量和优异的轴向性能被广泛应用于航空航天领域，目前尚缺乏其高温力学性能与破坏行为的研究。针对三维五向碳纤维织物增强铝基复合材料，本文开展其高温(300℃)环境下准静态拉伸力学行为与失效机理研究。基于复合材料织物结构和纱线微观组织特征，构建基于微观和细观尺度代表性单胞的细观力学有限元模型，结合数值模拟和实验结果分析了复合材料高温拉伸力学响应及组元结构的渐进损伤与失效行为。高温拉伸模量、抗拉强度和断裂应变的实验值分别为129.13GPa、732.5MPa和0.621%，且计算结果与实验结果总体上吻合。高温环境下复合材料内部热应力分布不均，其中编织纱拉应力水平高于不动纱，而基体的压应力分布较为均匀。拉伸变形初期编织纱和不动纱交织处发生局部的纱线和界面失效现象，但复合材料仍表现出近似线性的宏观力学响应。随着拉伸载荷增大，编织纱和不动纱二者间隙内出现明显的界面脱粘破坏，复合材料抗变形能力下降并表现出非线性宏观力学响应。拉伸变形后期界面大面积脱粘而且编织纱和不动纱先后发生整体断裂，导致复合材料失去承载能力并出现拉伸应力曲线的急剧下降。高温拉伸断口呈现出纤维断裂后拔出和基体合金撕裂条带共存的微观形貌特征。

关键词： 生物质炭   活化过一硫酸盐   四环素   非均相反应   复合材料  

摘要： 以固体废弃物制备功能炭材料用于活化过一硫酸盐处理废水中的四环素可达到以废治废的目的。以法国梧桐枯叶和鸟粪石两种固体废弃物为原料，通过高温共煅烧的方法得到Mg2P2O7/Biochar（MBC）复合炭材料。系统研究法国梧桐枯叶和鸟粪石原料比例（1:0.25，1:0.5，1:1，1:1.5和1:2）和煅烧温度（500 ℃，600 ℃，700 ℃，800 ℃，900 ℃和1000 ℃）对于MBC复合材料的结构和性能的影响。当原料比例为1:1和煅烧温度为900 ℃获得的MBC/3具有最优的四环素去除性能。SEM和TEM结果表明MBC/3是片状Biochar表面负载10 nm～20 nm的Mg2P2O7复合结构，紧密的界面结构有利各组分间的电子传输。与未改性的Biochar相比，XPS结果表明MBC/3的N含量提高了2.1倍，而BET结果表明MBC/3具有更丰富的孔隙结构和更大的比表面积，能提供更多的活性位点。去除四环素实验结果表明，MBC/3+PMS在5 min内四环素的去除率达到80%以上，比Biochar+PMS提升了262%。构效关系分析揭示MBC/3其优异的性能来源于Mg2P2O7和Biochar的协同作用以及较高的N掺杂含量。EPR测试发现反应体系中存在·OH，SO4·-和O2·-和1O2四种活性自由基，自由基淬灭实验表明起主导作用的自由基为O2·-。另外，MBC/3+PMS体系具有较好的环境适应性，在多种无机阴离子存在和宽pH范围（3～11）下均能保持稳定的四环素降解性能。在循环稳定性测试中，催化剂具有可再生能力，经过2次退火处理后MBC/3在30 min内四环素的去除率仍超过80%以上。

关键词： C-mSiO   /CeO   复合磨料   二氧化硅   高比表面积   化学机械抛光   核壳结构  

摘要： 在二氧化硅层级介质CMP过程中实现抛光速率以及表面缺陷控制是面临的难点和挑战。本文采用微乳液法制备出具有核壳结构的皱纹状介孔C-mSiO2/CeO2复合磨料，借助SEM和TEM 对其形貌与结构进行表征，证实其包覆良好。相较于普通氧化硅和氧化铈磨料，C-mSiO2/CeO2复合磨料对氧化硅的去除速率最高为112.1 nm/min，同时表面质量较好为0.0514 nm。经 EDX 统计元素分布，Si、O、Ce 元素质量分数分别为 18.65%、38.78% 和 42.57%。结合 N2吸附脱附及 BET 和 BJH 模型计算，该磨料具有高比表面积(221.716 m2/g)、5.44 nm 孔径及 0.3187 cm3/g 孔体积，有序孔隙和高比表面积在机械方面有利于 CMP 进行。在化学方面，通过 XPS 分析化学键结合能，推测 CeO2粒子主要以 Si—O—Ce 键与 SiO2内核结合，Si—O—Ce的存在和Ce3 +离子的增加有助于提高氧化硅的去除速率。利用上述表征手段，分析了皱纹状介孔 C-mSiO2/CeO2复合磨料对氧化硅 CMP 的机理。

关键词： PTFE复合材料   VL密封   有限元分析   磨损  

摘要： 制备了规格尺寸为VL38.05×44.19×6、VL31.7×37.8×6、VL36×42.14×6的复合材料密封圈，所用材料包括硅灰石纤维与二硫化钼填充改性聚四氟乙烯，聚醚醚酮与二硫化钼填充改性聚四氟乙烯，以及颜料填充改性聚四氟乙烯(简称WF-MoS2/PTFE、PEEK-MoS2/PTFE、颜料/PTFE)。采用VL密封结构进行往复台架实验，每种密封圈进行4次平行实验，实验条件载荷为35MPa、速度为300mm/s，测量PTFE复合材料的磨损数据取其平均值。建立VL密封结构有限元模型，采用循环跳跃技术通过有限元仿真分析的方法对磨损体积进行预测，用嵌入Archard模型的摩擦磨损子程序得到有限元磨损量仿真值并将其与磨损实验值对比。结果显示在压强为35MPa、速度为300mm/s的条件下四种密封圈的有限元仿真结果与实验结果的差均小于20%，证明了有限元模型的正确性。并且在该工况下计算了2%颜料填充PTFE有限元磨损量的仿真值96.682mm3，与实验磨损量的差为17.395%，证明了VL密封结构有限元模型的普适性。