关键词： 复合材料   混合连接结构   力学性能   失效模式   实验   数值分析  

摘要： 随着复合材料的大规模应用，复合材料与金属结构的组合使用在工程中变得日益普遍，这对其接头设计提出了新的要求。分析了金属-复合材料混合结构螺栓连接强度和失效分析的研究现状，探讨了接头形式、装配间隙、几何参数、复合材料铺层设计、螺栓预紧力和服役环境等因素对混合连接结构力学性能和失效模式的影响规律，并详细讨论了温度与机械载荷共同作用下的失效机制。此外，还总结了金属-夹芯复合材料连接结构失效行为的相关研究。研究表明，目前发展的实验方法和数值模型可用于辅助复合材料-金属螺栓连接接头的设计，推动复合材料在舰船工程结构中的应用。

关键词： 超声导波   多域表达   稀疏重构   无损检测   压缩感知  

摘要： 航空航天装备结构在制造和服役过程中易受工艺、环境、载荷等多因素作用，易产生多种不易辨识的损伤，严重威胁装备的服役安全。超声导波是最具应用潜力的薄壁检测方法之一，但对于频散曲线和参考信号的依赖是其检测应用的主要挑战。论文围绕无先验状态下的超声导波信息提取与损伤检测，利用少量随机测点，建立了超声导波的感知矩阵方程，通过频率-波数域稀疏重构方法提取直达波蕴含的导波频散信息，实现了超声导波频散曲线准确重构。在此基础上，基于超声导波传播模型构建了有效检测区域的导波传播数据字典集，通过时空稀疏重构方法提取导波散射波对应空间信息，实现损伤的检测与定位。实验和仿真结果表明，所提出的方法重构的频散曲线误差在5%以内，且对损伤的定位误差小于1 cm。相比于传统导波检测方法，多域稀疏重构方法无需频散特性和参考信号，对超声导波的检测能力和应用广度有着重要的意义。

关键词： 静水压力   复合材料圆柱壳   稳定性   三维弹性理论   状态空间技术   微分求积法  

摘要： 为实现水下复合材料耐压圆柱壳屈曲稳定性的准确求解，提出将静水压力分解为三方向的预应力，而非传统的薄膜应力，基于三维弹性理论和状态空间技术，建立了以位移和横向应力为状态矢量的状态空间方程，并采用微分求积法建立了非简支柱壳离散形式的状态空间方程，实现了简支和固支复合材料柱壳屈曲问题的解析求解。通过与现有文献理论、实验结果和有限元方法进行比较，验证了本文理论模型和求解策略的正确性。研究表明，边界条件对壳体刚度的影响随长径比的增加逐渐弱化，不同边界条件的圆柱壳临界屈曲载荷随长径比的增加趋于相近；简支边界柱壳的临界屈曲载荷随铺层角的增加先增加后减小，在45°达到最大值；固支边界柱壳，随着铺层角增加，临界屈曲载荷逐渐降低。

关键词： B   C/6061Al   铣削   切削力   切削温度   刀具磨损  

摘要： B4C/6061Al复合材料因其良好的中子屏蔽性能在核电领域有着巨大的应用前景，但其高强度和硬度特性严重影响了其加工质量和效率。为揭示B4C/6061Al复合材料铣削过程的材料去除行为与刀具磨损机制，本文采用金刚石涂层刀具对B4C/6061Al进行了铣削实验，研究了不同铣削长度时的铣削力、铣削热、表面质量和切屑形貌，以及刀具磨损规律。结果表明：随铣削长度从5 mm增加到200 mm，X向和Y向的铣削力分别增加了139%和195%。不同铣削长度时的最高切削温度均呈先快速升高，而后升温速率降低的趋势。B4C/6061Al复合材料的加工表面损伤主要表现为划痕、凹坑、孔洞、裂纹、犁沟、颗粒堆积、颗粒破碎、颗粒基体脱粘和基体涂覆等形式。随铣削长度增加，表面粗糙度呈增大趋势，最大达到0.516 μm。在铣削长度由5 mm到200 mm的加工过程中，刀具的初始磨损阶段为0-50 mm，稳定磨损阶段为50-200 mm，B4C颗粒不断刮擦刀具材料引起的磨粒磨损以及6061Al引起的粘着磨损是刀具失效的主要原因。

关键词： 均匀化方法   NIAH方法   层合板3D分析   复材与钢材的螺栓连接   螺栓分析  

摘要： 采用3D有限元模型可以较准确的分析复合材料层合板与钢板的螺栓连接区域，然而由于层合板缺少必要的3D各向异性材料属性数据而使得3D计算分析受到限制。为解决该问题，以及避免逐层建立3D层合板模型带来的复杂性，提出了利用NIAH方法（均匀化方法的新求解方法）来确定层合板整体3D材料属性的方法。方法中所需的表征层合板整体属性的单胞，通过结合实际层合板的铺设方式，选取具有代表性铺设次序的那些单层来构造。在对单胞的单元类型、网格影响等讨论的基础上，通过具体实例获得了层合板的3D材料属性，并有效地实现了层合板和钢材的螺栓连接的3D有限元分析。

关键词： SiC   /SiC复合材料   核能领域   反应堆   应用与挑战  

摘要： SiCf/SiC复合材料于20世纪80年代研制成功，凭借良好的耐中子辐照、耐高温等性能特点，在核能领域有巨大应用潜力。本文系统梳理了近50年来，SiCf/SiC复合材料在核能领域应用的研究进展。在聚变堆应用方面，重点整理收集了SiCf/SiC复合材料在美国ARISE聚变堆、日本DREAM聚变堆、法国TAURO聚变堆中的应用设计方案及关键运行参数。在裂变堆应用方面，针对气冷堆、熔盐堆等多种堆型介绍了SiCf/SiC复合材料在美国EM2气冷堆、法国ALLEGRO气冷堆、美国Sm-AHTR熔盐堆的设计应用方案及关键运行参数。此外，重点介绍了美国能源部耐事故燃料项目中SiCf/SiC复合包壳的研制规划及美国、法国、中国等国家目前SiCf/SiC复合包壳研制技术状态。虽然SiCf/SiC复合材料是托卡马克聚变堆装置包层以及裂变反应堆包壳的重要候选材料，但辐照后热导率下降、高温水氧腐蚀以及辐照后开裂等挑战，是限制其实现工程应用的重要技术瓶颈，建议从纤维编织结构、纤维体积分数、纤维界面相特征、复合材料致密化工艺等多方面进行针对性调整，以应对SiCf/SiC复合材料堆内实际工程应用所面临的挑战。

关键词： α型高强石膏   疏水改性   复合材料   力学性能  

摘要： α型高强石膏复合材料是实现磷石膏高值化、大规模利用的重要途径。然而，目前α型高强石膏制品普遍存在耐水性较差、改性粉体与聚合物相容性较低等问题。为此，本研究提出采用疏水改性技术，以提升α型高强石膏与聚合物的界面相容性。本研究以十二胺（Dodecylamine， DDA）对α型高强石膏（α-HH）进行疏水改性，系统考察了改性剂添加量、改性时间及体系pH等因素对α-HH疏水性能的影响，并采用响应面法优化实验条件，最终获得改性后的α型高强石膏粉体（M-α-HH）。此外，通过混炼挤出工艺制备了改性α型高强石膏/聚乙烯复合材料（M-α-HH/PE）。实验结果表明，当α-HH与十二胺的质量比为5:2、改性时间为60 min、体系pH值为10时，所得M-α-HH的疏水性能最佳，其与水的接触角达到140°。进一步研究发现，当M-α-HH的掺入量为30 wt.%时，M-α-HH/PE复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别达到73.40 MPa和35.43 MPa，较纯PE分别提高21.66%和66.18%，表现出优异的界面相容性和力学性能。本研究不仅为磷石膏的资源化高值利用提供了新思路，同时也为绿色低碳材料的开发及工业固废的功能化利用提供了重要参考。

关键词： 超级电容器   三维石墨烯   氮硫共掺杂   铜基金属有机骨架   复合材料  

摘要： 随着全球对高效能源存储技术需求的不断增长，超级电容器因其高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力而成为研究的热点。本研究提出了一种新型氮硫共掺杂三维石墨烯负载铜基金属有机框架（NS-3DPG-CuBTC）复合材料，作为超级电容器电极材料。通过改进的水热合成方法，将氮和硫异质原子共掺杂的三维石墨烯与铜基金属有机框架CuBTC成功结合，制备出具有高孔隙率和丰富活性位点的复合材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析（BET）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对材料结构和形貌进行了系统表征。电化学测试结果表明，NS-3DPG-CuBTC电极在3mol/L KOH电解液中表现出优异的比电容，最高可达977.17 F·g-1，并在不同扫描速率和电流密度下保持良好的电容性能。组装的对称型超级电容器在电压窗口0-0.8 V内展现了较高的能量密度(27.96 Wh·kg-1)和功率密度(1473.73 W·kg-1)，且经过2000次充放电循环后容量保持率达到94.06%，展现出优异的循环稳定性。实验结果表明，氮硫共掺杂策略有效提高了材料的电化学性能，增强了电极的导电性和离子传输效率，且具有较好的长周期稳定性。

关键词： 碳纤维复合材料   混杂夹层结构   多次冲击   冲击损伤   剩余强度  

摘要： 纤维复合材料和金属材料混杂设计的轻量化一体结构具有良好的抗冲击性能，并成功在航空航天等领域实现应用。为了进一步提高混杂结构的抗冲击性和多次冲击下的损伤容限，通过在碳纤维层间添加金属层，制备了碳纤维复合材料-金属混杂夹层结构试件。针对该结构，开展了不同冲击能量和冲击次数下的冲击响应试验，并进行CT无损扫描分析。研究探讨了冲击后该结构的剩余压缩强度曲线，并利用无量纲剩余压缩强度系数来评估结构的剩余承载能力和损伤容限。试验结果表明，由于金属层对裂纹扩展的抑制作用，单次冲击在不同能量下对结构剩余压缩强度的影响相对较小，当冲击能量为60 J时，剩余压缩强度降低了5.4%；多次冲击时，复合材料-金属混杂夹层结构的剩余压缩强度表现出损伤累积的起始现象，10 J多次冲击中，当冲击总能量达到100 J时，剩余压缩强度开始显著下降，降低了30.8%。20 J多次冲击中，当冲击总能量达到80 J时，剩余压缩强度下降了12.7%。高能量多次冲击更容易导致该结构纤维层与金属层的脱粘分层。综上所述，该碳纤维复合材料-金属混杂夹层结构在未来轻质可靠承载结构的设计中具有广泛的应用潜力。

关键词： 复合材料   导热性能   中间相沥青基碳纤维   聚丙烯腈基碳纤维   湿法抄造   层间增韧  

摘要： 航天中的极端环境要求复合材料同时具有良好的导热能力与优异的力学性能，本文结合中间相沥青基碳纤维（MPCF）的高导热和聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）的高强度特性，使用湿法抄造工艺制备MPCF/PAN-CF复合毡作为插层结构，借助真空辅助树脂灌注（VARI）工艺制备CF/EP复合材料。研究了不同面密度复合毡对复合材料面内、面外热导率及力学性能的影响，结果表明，面密度为15 g/m2的MPCF/PAN-CF复合毡插层后，复合材料面内热导率达到58.51 W/（m·K），与未加入复合毡的参考样相比提升了766.8%。同时CF/EP复合材料的层间剪切强度、II型层间断裂韧性和弯曲强度、模量随复合毡的加入均有不同程度的提升。复合毡在层间环氧树脂区域形成MPCF/PAN-CF有序互连的导热-力学增强双网络，加速复合材料热量扩散的同时有效提升了其力学性能。