关键词： PTFE   复合材料   涂布工艺   实验设计(DOE)   拉伸强度   弹性模量  

摘要： 聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料因其优异的耐化学性、低摩擦系数和良好的热稳定性,在涂层领域具有广泛应用。然而,涂布工艺参数的优化对涂层的厚度均匀性、拉伸强度和弹性模量至关重要。本研究采用实验设计(DOE)方法,系统考察了涂布速度、固化温度和PTFE含量对涂性能的影响。通过建立数学模型,优化工艺参数组合。实验结果表明,最优工艺参数可显著提高涂层的厚度均匀性和力学性能,优化后,厚度均匀性(极差)可以达到0.050 mm±0.003 mm,拉伸强度达到9.0 MPa以上、弹性模量达到2 800 MPa以上,为PTFE基复合材料的工业化应用提供理论依据。

关键词： 负泊松比   3D打印   拉胀结构   复合材料   能量吸收  

摘要： 拉胀材料因其在变形下的新颖行为以及许多其他的材料特性(如抗断裂性、抗剪切性和能量吸收)而受到关注。将超弹性材料与拉胀结构相结合,它们的高度可变形的能力使设计具有增强力学可调性的结构成为可能。为此,提出了一种具有增强力学可调性的3D打印拉胀结构的设计方法。通过试验和数值分析,研究了所设计结构的面内压缩行为。结果表明,与传统的拉胀结构相比,具有拉胀结构的复合材料表现出了更高的刚度和增强的能量吸收性能。通过进一步调整正弦韧带的分布和振幅,生成了具有可调能量吸收、泊松比和变形模式的拉胀结构。展示了一种用于提高轻质结构的力学性能和能量吸收的设计方法。

关键词： 硫自养反硝化   废水脱氮   石灰岩   白云岩   复合材料  

摘要： 低碳高效脱氮是近年来水污染控制领域的热点问题和技术需求.本研究以沼气脱硫副产物硫磺膏为主要原料，将硫磺膏+热活化硫精粉分别与热活化石灰岩、白云岩复配，加热到140～160℃得到粘稠熔体，冷却固结、破碎制备了两种新型硫磺基复合材料（GXS-LIM、GXS-DOL）.采用模拟高硝酸盐氮废水连续进水，考察两种复合材料装填的固定床动态柱在不同空床水力停留时间（HRT）下的脱氮速率.结果表明，制备的两种复合材料都具有非常高的脱氮速率，分别达到2.27、2.45 kg·d-1·***-LIM、GXS-DOL动态柱中硫自养菌皆为硫杆菌属和硫磺菌属，二者合计占比分别达到55.66%、59.17%.相比热活化石灰岩，热活化白云岩在硫自养脱氮过程中中和产酸释放的镁离子对硫自养脱氮具有一定增效作用.

关键词： 复合材料   加筋壁板   热压罐成型工艺   长桁构型   固化变形  

摘要： 针对复合材料加筋壁板固化变形影响因素,通过热压罐成型工艺,分别采用共胶接、二次胶接、共固化工艺制备T形双长桁加筋壁板,探究不同固化工艺对加筋壁板固化变形的影响;并采用共胶接工艺制备工形、帽形双长桁加筋壁板,探究不同长桁构型对加筋壁板固化变形的影响。结果表明:针对同一长桁构型,共固化工艺制备的加筋壁板较共胶接及二次胶接工艺固化变形大,二次胶接工艺变形量最小;针对同一固化工艺,工形加筋壁板蒙皮翘曲变形及扭转变形最大,帽形加筋壁板回弹变形最大,T形加筋壁板整体变形最小。选择合适的成型工艺及长桁构型在很大程度上可以减小加筋壁板结构的固化变形。

关键词： 风机叶片   复合材料   强度分析   力学特性分析   逆保留因子(IRF)  

摘要： 为研究风压、离心力以及重力对叶片结构特性和材料强度的影响,该文建立了1.5 MW风机叶片模型,结合复合材料铺层,利用流体力学法(Computaional fluid dynamics,CFD),计算叶片气动载荷分布并加载至叶片表面,分析叶片在不同风速、转速以及相位角下的应力、位移和强度变化规律。结果表明:叶片的最大位移、最大应力以及最大逆保留因子(Inverse reserve factor,IRF)随转速变化符合三次多项式规律。应力和IRF较大的区域主要集中在叶片展向0.2 R和0.3R~0.7R处;最大位移和最大应力在风速较小时随相位角变化明显,最大IRF在各风速下随相位角变化都比较明显;最大IRF随相位角变化的曲线呈W型,其拟合曲线符合2阶Fourier函数。该文研究成果可为叶片设计或运维监测提供理论和数据参考。

关键词： 破片冲击   碳纤维增强聚合物复合材料   有限元模拟   失效行为  

摘要： 碳纤维增强聚合物(carbon fibre-reinforced polymer,CFRP)复合材料在破片冲击作用下的复杂侵彻行为和失效机制尚不明确,这一现状制约了其在防护领域的应用。针对实验手段在获取侵彻历程信息时面临的监测难度大、成本高昂等问题,构建了CFRP复合材料破片冲击有限元分析(finite element analysis,FEA)模型,采用基于应变的三维Hashin失效准则,并引入强度的速率依赖性关系。通过与实验结果对比,验证了FEA模型的有效性。模拟结果表明,在不同TNT当量和破片距爆点距离的条件下,破片的初速度和撞击倾角存在显著差异。将破片相对于靶板上不同平面间的倾角分别定义为α和β。固定冲击速度仅改变倾角α时,试样的吸能效果和冲击速度敏感性未表现出明显差异,而改变倾角β时试样的吸能效果和冲击速度敏感性差异显著。当β=0°时,CFRP复合材料在195~392 m/s的速度范围内表现出明显的冲击速度敏感性。当α=0°时,CFRP复合材料在195~392 m/s的冲击速度范围内的冲击速度敏感性随着β的增大而逐渐减弱。可视化的侵彻过程和破坏区域表明,接触面积、接触时间和变形程度是导致CFRP复合材料吸能效果和冲击速度敏感性差异的重要因素。

关键词： 复合材料   胶螺混合连接   有限元分析   胶层剪切强度   损伤演化  

摘要： 为研究编织型复合材料胶螺混合连接接头的力学性能,构建基于三维渐进损伤模型和内聚力模型的胶螺混合连接接头力学失效模型,模拟连接接头的力学行为与损伤演化。基于Abaqus有限元软件,建立编织型复合材料胶螺混合连接有限元仿真模型,通过三维Linde准则判断复合材料的损伤萌生与扩展,采用内聚力模型模拟胶层的损伤失效过程,在试验验证模型准确性的基础上,分析不同拧紧力矩下连接结构强度和损伤失效过程。试验结果与仿真模拟结果表明,随着拧紧力矩的增加,胶层损伤扩展得到有效抑制,而胶螺混合连接结构的胶层剪切强度先增加后减小。这是因为增大拧紧力矩可以减小连接结构中胶层的剥离应力,但过大的拧紧力矩会增大胶层孔周应力,导致胶层剪切强度减小,降低了连接结构的强度。数值模拟的载荷-位移曲线与试验结果吻合,所预测的胶层断裂载荷与试验结果相当;同时层合板上的纤维损伤、基体损伤以及分层损伤在数值模型中也能很好地体现,与连接件试验后的损伤形式相近,验证了损伤预测模型的有效性。

关键词： 水化硅酸钙   水热法合成   水泥基复合材料   保温隔热   节能降耗  

摘要： 水泥基保温材料凭借其优异的防火、耐久性和低成本等优势已在建筑行业得到广泛应用,然而导热系数高、保温性能差成为制约其应用的瓶颈问题,开发具有低导热系数的新型水泥基保温材料对建筑节能意义重大。水化硅酸钙是一种重要的水泥水化产物,其孔隙率高且比表面积大,保温隔热性能优异,因而对水泥材料中的水化硅酸钙性能及比例进行调控,是提升保温隔热性能的一种潜在途径。以Na_(2)SiO_(3)和Ca(OH)_(2)为原材料,采用常压水热法合成水化硅酸钙,通过对Na_(2)SiO_(3)模数的调控,获得具有高比表面积、高孔隙率和低导热系数的水化硅酸钙,并将水化硅酸钙作为筑孔剂对水泥基材料进行结构调控。结果表明,当Na_(2)SiO_(3)模数为1.0时,所制备水化硅酸钙的孔隙率达93.56%,比表面积为236.45 g/m^(2),平均孔径为12.52 nm(远低于空气分子自由程69 nm),导热系数低至0.0513 W/(m·K)。随着水化硅酸钙掺量的提高,水泥基材料的干密度从1690 kg/m^(3)下降至765 kg/m^(3);孔隙率从33.3%升高至64.7%,平均孔径从2826.1 nm下降至421.3 nm,这说明水化硅酸钙向水泥基材料中引入了大量纳米孔,进而提高了材料孔隙率。添加不同比例的水化硅酸钙后,水泥基材料的导热系数从0.391 W/(m·K)下降至0.122 W/(m·K),降幅达68.8%;红外成像也表明,水化硅酸钙改性水泥基材料表现出更优异的隔热效果。由于水化硅酸钙向水泥基材料中引入大量微纳米孔,导致热传导路径大大延长,提升了材料的热阻隔能力,从而大幅改善其保温隔热性能。本研究成果可为提高水泥基材料的保温性能提供新的思路和方法。

关键词： 高强钢绞线网   工程水泥基复合材料   结构加固   四点弯曲加载试验   损伤程度影响   受弯性能   钢筋混凝土梁   试验研究  

摘要： 为进一步将高强钢绞线网增强工程水泥基复合材料推广应用于既有工程结构加固,本文进行了该复合材料加固损伤梁抗弯性能试验研究。考虑原梁损伤程度、高强钢绞线直径、高强钢绞线配筋率的影响,对1个对比梁和7个卸载加固损伤梁进行抗弯性能试验。结果表明:采用该加固方法,可使加固层与原梁较好地协同工作,充分发挥高强钢绞线网增强工程水泥基复合材料的优越力学性能,从而可显著提升卸载加固损伤梁的承载力、刚度、延性、韧性以及抗裂性,明显减小裂缝宽度;相比于加固无损梁,随着损伤程度的增加,卸载加固损伤梁的受弯承载力、截面刚度、延性以及韧性均呈降低趋势,且加固层对混凝土裂缝的控制能力亦降低;适当增加纵向钢绞线配筋率,可提高加固损伤梁受弯承载力、截面刚度、延性、韧性及加固层对裂缝的约束能力;纵向钢绞线配筋率相近时,钢绞线直径越小,加固层的控裂能力越强,能更好地减小裂缝宽度。

关键词： 硅橡胶   陶瓷化   阻燃   燃烧特性   火灾安全性  

摘要： 通过垂直燃烧试验法、耐火模拟试验法和锥形量热仪分析法研究添加瓷化粉W5的陶瓷化阻燃耐火硅橡胶复合材料的火灾安全性,并与添加氢氧化铝的阻燃硅橡胶复合材料进行对比。结果表明,经过特殊表面处理后的瓷化粉W5(CFR-2)能使硅橡胶复合材料高效高质量成瓷,明显改善复合材料的阻燃性能和耐火性能,复合材料燃烧后形成高强度的陶瓷体,即添加CFR-2的复合材料的引燃时间延长,热释放速率、总热释放量、CO和CO_(2)释放量及产烟量减小,燃烧残留物致密、完整,火灾危险等级为低。