关键词： 复合材料层合板   模态应变能熵   卷积神经网络   损伤识别   落锤冲击  

摘要： 为实现复合材料层合板损伤的在线监测，提出了一种结合模态应变能熵与卷积神经网络（CNN）的在线损伤识别新方法。首先，通过引入信息熵理论重构模态应变能矩阵，建立改进模态应变能熵值变化率损伤指标，结合CNN特征提取机制同时实现结构损伤定位与损伤程度量化。其次，基于单边固支复合材料层合板模型开展仿真研究，验证方法在单损伤和多损伤工况下的定位和定量精度以及抗噪性能。然后，开展T300-CFRP复合材料层合板的应变模态试验和低速冲击试验，利用应变模态数据校准仿真模型，并进一步通过仿真模型构建改进模态应变能熵值变化率与冲击损伤的数据库，用于在线损伤识别CNN网络的训练。最后，基于落锤冲击试验前后的实测应变数据，预测了复合材料层合板低速冲击工况下的损伤位置和损伤程度。结果表明，单损伤和多损伤工况下识别结果的相对误差分别可以低至2.24%和5.61%。冲击位置周边单元的损伤程度与冲击能量成正比，预测损伤位置和程度合理，具有较高的可信度。

关键词： 3D打印   氧化石墨烯(GO)   碳纳米管(CNTs)   连续纤维增强复合材料   层间性能  

摘要： 连续纤维增强聚合物复合材料（CFRPC）具有优异的力学性能、耐腐蚀性和轻质特性，广泛应用于众多领域。然而，3D打印逐层堆积产生的层间力学性能不足导致由该工艺方式制备的CFRPC易分层失效，结构性能变得不稳定，增加了设计难度和使用风险，限制了其在高技术领域的应用。为此，对熔丝制造超混杂氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNTs）增强的连续玄武岩纤维/聚酰胺基复合材料进行了研究。0.8 wt%的GO引入使CFRPC横向拉伸强度提升111.2%、横向拉伸模量提高184.3%、层间剪切强度提高24.2%、Ⅱ型断裂韧性提高174.2%；1.5 wt%的CNTs的引入使CFRPC横向拉伸强度提升34.2%、横向拉伸模量提高135.8%、层间剪切强度提高18.1%、Ⅱ型断裂韧性提高165.1%。结合SEM分析，片层GO通过增强界面化学键合、利用褶皱结构、形成三维连续网络来提升层间性能，管状CNTs阻碍分子链缠绕，并通过桥联改善CFRPC层间性能。通过多尺度协同增强设计，阐明了纳米填料调控基体强化、界面改善及裂纹扩展的机制，为开发高性能3D打印复合材料提供了理论依据，在航空航天、汽车制造等领域具有重要应用潜力。

关键词： 复合材料   贴补修复   钛合金损伤构件   固化残余应力和变形   多阶段数值分析   拉伸性能  

摘要： CFRP预浸料由于优异的力学性能、工艺实施性强等特点，常用来修复受损的航空金属构件，然而由于金属、胶层和补片的物理化学性质差异，成型后在贴补区域往往会引发固化残余应力并产生变形，对贴补结构承载性能造成影响。本文针对残余应力和固化变形的影响开展研究，设计了钛合金损伤构件CFRP单面贴补修复的拉伸试验，同时建立了从共固化胶接到准静态拉伸的多阶段数值分析方法。通过试验与仿真结果的综合分析，厘清了固化阶段胶层应变演化行为，比较了拉伸阶段应力应变曲线和损伤失效形式，探究了固化工艺对拉伸性能的影响规律。结果发现，固化过程胶层应变可分为五个阶段，且仿真与试验误差不超过20%；拉伸过程考虑残余应力和固化变形的多阶段模拟方法，与试验所得应力应变曲线更吻合，极限拉伸应力误差仅为1.39%，且仿真反映的各材料破坏形式与试验相同；在固化工艺方面，减缓升温速率、延长保温时间，有助于补片和胶层固化度提高、模量增加，并且使得承载方向上钛合金母板的拉应力降低、压应力升高，最终令结构表现出更优异的拉伸性能。

关键词： 复合材料   超高性能水泥基复合材料(UHPCC)   有限元-离散元耦合算法(FDEM)   损伤断裂   侵彻   霍普金森压杆(SHPB)  

摘要： 本文基于有限元-离散元耦合算法(Finite-Discrete Element Method， FDEM)，考虑材料细观非均匀性，采用内聚力单元表征各相材料间的界面属性，构建超高性能水泥基复合材料(Ultra-high Performance Cementitious Composite， UHPCC)的细观数值分析模型。同时，开展霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar， SHPB)试验和侵彻试验，从宏-细观层面研究UHPCC在冲击荷载作用下的裂纹扩展过程以及断裂失效机制。结果表明，基于FDEM方法的数值模拟结果和物理试验结果具有良好的一致性。引入随机纤维分布的FDEM数值方法将材料中的关键区域离散化，较为准确地反映了UHPCC的非均质特征，实现了裂纹的萌生与扩展过程。内聚力单元作为连接各相材料的“桥梁”，有效表征了基体材料的潜在断裂面。基于FDEM构建的数值模型在不同冲击工况下有效预测了UHPCC的力学特征与损伤破裂过程。

关键词： 纤维素   聚乳酸   生物聚合物   复合材料  

摘要： 传统石油基塑料制品因难以降解和环境污染问题备受关注。生物聚合物，尤其是聚乳酸（PLA），作为一种可再生的、生物可降解的替代材料，具有巨大的发展潜力。PLA原料来源于植物淀粉和甘蔗等农林副产物，使用后可被自然降解，对环境无害，然而，PLA存在性脆、亲水性差、热稳定性差等缺陷。为克服这些局限，目前的研究中将PLA与纤维素结合，制备性能更优异的复合材料。纤维素-聚乳酸复合材料的制备方法包括熔融共混、使用增容剂、表面改性、原位聚合等，这些方法具体实施工艺、作用机制各不相同。本文将详细介绍纤维素-聚乳酸复合材料的研究背景；聚乳酸材料和纤维素材料的相关基本性质；现有纤维素-聚乳酸复合材料的制备方法的定义、具体实施工艺、复合材料之间各组分的相互作用机理及其优势与缺陷；不同制备工艺得到的纤维素-聚乳酸复合材料的成型、加工、降解性能等重要参数。期望为后续研究工作提供参考。

关键词： 逐层方法   多尺度分析   均匀化方法   蜂窝夹芯结构  

摘要： 基于Reddy逐层理论(Reddy's Layerwise Theory,RLWT)和O(1)均匀化方法,建立了复合材料蜂窝夹芯结构的三尺度逐层多尺度分析方法(Layerwise Multiscale Analysis Method,LMAM),利用RLWT对复合材料层合板的宏观模型进行离散,采用三维有限元建立由纤维和基体组成的微观单胞模型.数值算例中,对含夹杂立方块体进行数值模拟,并与直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)方法的模拟结果进行了对比,验证了LMAM方法的有效性.LMAM也被用于计算和分析复合材料蜂窝夹芯结构的宏观、介观和微观应力分布.

关键词： 三维针刺复合材料   精细化结构重构方法   原位X射线micro-CT技术   弹性性能   拉伸强度  

摘要： 采用原位拉伸X射线micro-CT技术和图像分析及精细化结构重构方法，定量化描述三维针刺复合材料纤维以及裂纹精细化结构的，建立针刺纤维束等纤维结构的重构模型。提出三维针刺复合材料微细宏观有限元模型建模方法，并应用于三维针刺复合材料拉伸力学性能仿真分析。结果表明：拉伸载荷下三维针刺复合材料断裂位置出现纤维整体断裂，编织层承担较多的拉伸载荷，断裂纤维数量高于其他铺层纤维。通过ABAQUS用户子程序UMAT的二次开发和工艺参数化建模算法，在周期性单胞有限元分析中调用典型代表性单元模型进行细观渐进损伤分析，实现宏细观尺度之间工艺参数传递，并且与实验进行对比，预测的拉伸模量数值大于实验结果，误差为9.2%。本研究方法和结果可以为材料针刺工艺参数化建模和工艺设计及力学分析研究提供依据。

关键词： 三维四向   多次冲击   冲击后压缩   损伤演化   失效模式  

摘要： 三维四向编织复合材料的多次冲击和受冲击后压缩性能损伤演化分析，对判断其实际应用过程中的可靠性和承载效率极具意义。本文对编织角度为15度和30度的碳纤维/环氧树脂三维四向复合材料编织板，开展不同冲击次数的低速冲击实验，随后对受冲击后的试件进行轴向压缩实验，使用超声C扫描系统对损伤区域进行成像，收集相关实验数据，分析材料编织角度和受冲击次数对其损伤扩展规律及剩余压缩性能的影响机制。结果表明，编织角度是决定该材料抗冲击性能的主要因素，15°试件的损伤沿纵向纤维排列方向呈流线型扩展；30°试件的损伤则因纤维交织方向变化向四周扩散，形成近圆形区域。编织角度的增大会提升材料在冲击过程中的结构稳定性。冲击实验中其破坏模式主要表现为纤维-基体界面剪切失效及纤维断裂。材料的剩余压缩性能表现受冲击损伤程度和编织角度的双重影响。15°试件压缩破坏集中于冲击中心附近的纤维压溃与基体剪切；而30°试件损伤沿编织方向向外扩展，呈现剪切主导的分布式破坏。15°试件因纤维轴向承载优势表现出更高的初始抗压强度，但因其抗冲击能力较弱，导致损伤积累后压缩性能下降显著；30°试件抗压强度随角度增大而降低。

关键词： 煤气化细渣   介孔材料   除味   聚丙烯   力学性质  

摘要： 本文对煤气化细渣进行酸溶造孔、煅烧除炭以及气流分级处理，得到粒度适宜的煤气化细渣介孔球形二氧化硅材料，即为研究对象。以3种聚丙烯为基体，使用上述介孔材料粉体部分替代复合材料配方中的2500目滑石粉，采用双螺杆挤出机制备了粒状复合材料。研究了替代量对聚丙烯复合材料总碳量、气味、力学性能、熔体流动速率和燃烧残余等性能的影响规律和作用机制。结果表明，随着替代量不断增加，复合材料的挥发总碳量和气味数值显著降低。这说明介孔材料可以有效降低聚丙烯中有机分子碎片的排放和宏观气味，并且复合材料的综合力学性能变化不大，满足产品的使用标准。

关键词： 拉挤-真空导入成型工艺   拉挤板材   复合材料   风电叶片  

摘要： 近年来，随着风电叶片长度实现百米级的跨越，由碳纤维拉挤板材经真空导入工艺制备的复合材料风电叶片拉挤板主梁得到了越来越多的应用。在上述拉挤-真空导入成型工艺中，拉挤板材之间的夹层材料对树脂导流速率和其复合材料的力学性能均有显著的影响。本文研究了玻璃纤维织物、碳纤维织物、尼龙网纱、干纤维四种材料作为拉挤板材间的夹层材料，对拉挤-真空导入成型工艺中树脂导流速率和其复合材料制件力学性能的影响。结果表明，玻璃纤维织物夹层复合材料具有最高的拼接缝压缩强度(130.3 MPa)，碳纤维织物夹层复合材料具有最高的层间剪切强度(59.0 MPa)，尼龙网纱夹层复合材料具有最高的弯曲强度(773.7 MPa)和最高的导流速率，干纤维夹层复合材料具有最高的拼接缝拉伸强度(54.1 MPa)。综合比较，采用干纤维夹层材料的复合材料整体力学性能较优，且干纤维材料对树脂的导流效果明显优于传统的玻璃纤维织物和碳纤维织物，是较为理想的用于拉挤-真空导入成型工艺的夹层材料。本文通过实验分析，为拉挤-真空导入工艺中拉挤板材间夹层材料的选择提供了参考，有助于拉挤-真空导入工艺在风电等领域的进一步推广应用。