关键词： 有限元   夹层结构   复合材料   低速冲击   ABAQUS软件  

摘要： 基于有限元理论,对机织间隔织物夹层结构复合材料进行分析,利用CATIA软件建立了复合材料模型。将该模型导入有限元软件ABAQUS中,并对复合材料的低速冲击过程进行了模拟计算。将模拟结果与低速冲击试验进行对比,结果表明,有限元方法模拟计算值与试验值总体变化趋势一致,且误差较小,验证了该有限元模拟方法的正确性和可行性,并探讨了复合材料受到冲击载荷时的内部应力变化趋势,为机织间隔织物复合材料的性能研究、结构设计和工程应用等提供了一定的理论基础。

关键词： 缠绕机   纤维缠绕复合材料   环氧树脂   玻璃纤维   成型装置  

摘要： 为研究纤维缠绕复合材料性能的影响因素,设计并搭建一种湿法单轴纤维缠绕机,该缠绕机可综合控制缠绕速度、缠绕角度、缠绕张力等成型参数,可实时采集纤维缠绕成型过程中的张力变化。选用玻璃纤维作为增强材料,环氧树脂作为基体材料,采用设计的纤维缠绕机制备玻璃纤维缠绕增强的复合材料,通过力学性能和摩擦性能试验对复合材料性能进行验证。结果表明:利用该缠绕机制备的复合材料力学性能得到了提升,与纯环氧树脂相比,弯曲强度增强了2.24 MPa,压缩强度增强了120.92 MPa,硬度提高了11.5HD;同时复合材料摩擦学性能也得到明显提升,其中平均摩擦因数均降低了0.01左右,磨损量降低了16.2%。测试结果验证了设计的缠绕机可用于制备纤维缠绕复合材料。

关键词： CFRP管   轴向压缩   侧向压缩   耐撞性  

摘要： 本研究探讨了温度对碳纤维增强环氧复合材料(CFRP)管吸能结构耐撞性能的影响,通过准静态轴向压缩和侧向压缩试验,分析了CFRP管在不同温度条件下(−30˚C, 20˚C, 70˚C, 140˚C, 180˚C)的力学性能与失效模式,揭示了其耐撞性随温度变化的规律。研究结果表明,在轴向压缩载荷作用下,当温度低于玻璃转变温度(Tg)时,CFRP管以纤维断裂为主要能量吸收机制,表现出较高的比吸能(SEA);而当温度高于Tg时,破坏模式由花瓣状破坏转变为渐进折叠,SEA显著下降,表明材料在高温环境下的吸能性能减弱。在侧向压缩载荷下,CFRP管的能量吸收特性表现出不稳定性,但在接近Tg的温度范围内试样具有较优的承载能力。随着温度进一步升高,SEA呈现大幅下降的趋势。本研究探讨了温度对CFRP管力学性能和失效机制的影响,为CFRP管的耐撞性设计与高低温环境中的应用提供了实验依据。This study investigates the effect of temperature on the crashworthiness of carbon fiber reinforced epoxy composite (CFRP) tube energy-absorbing structures. Using quasi-static axial compression and lateral compression tests, the mechanical properties and failure modes of CFRP tubes were systematically examined at various temperatures (−30˚C, 20˚C, 70˚C, 140˚C, 180˚C), providing a comprehensive analysis of their crashworthiness. The results indicate that when the temperature is below the glass transition temperature (Tg), CFRP tubes primarily absorb energy through fiber breakage under axial compression. Conversely, when the temperature exceeds Tg, the predominant deformation mode transitions from petal-shaped failure to progressive folding, accompanied by a significant reduction in specific energy absorption (SEA). Under lateral compression, the energy absorption behavior is unstable;however, specimens exhibit enhanced load-bearing capacity near Tg. With increasing temperature, the SEA declines sharply, reflecting diminished energy absorption capability. This study highlights the critical influence of temperature on the mechanical performance and failure mechanisms of CFRP tubes.

关键词： 橡胶复合材料   耐磨性   力学性能   老化性能   碳纳米管  

摘要： 本研究针对轿车轮胎材料的耐磨性、力学性能及耐久性,制备了不同配比的橡胶复合材料,并评估了其综合性能。通过添加碳纳米管、硅微粉等增强材料,优化了复合材料的结构,改善了其力学性能和老化耐久性。实验结果表明,复合材料的耐磨性、硬度、拉伸强度和断裂伸长率均得到显著提升。尤其是配比E(增强组2)表现出最佳的综合性能,显示出较强的耐磨性、硬度、拉伸强度及抗老化性能。本研究为轿车轮胎材料的改性提供了理论依据,并为实际生产中的材料选择与优化提供了重要参考。

关键词： 沥青基纤维复合材料   微力学行为   单纤维拔出实验   剪切强度   实验平台  

摘要： 为了探究不同条件下纤维与沥青基材料界面传荷行为,设计了沥青基纤维复合材料界面变温微力学实验平台。该实验平台由微拉伸系统、数据采集系统、控温系统和显微系统组成,能结合道路实际服役条件,开展不同温度下纤维-沥青胶浆界面微力学实验。实验结果表明,纤维类型、沥青种类和实验温度对界面剪切强度影响显著。相比于玻璃纤维、聚酯纤维,玄武岩纤维与沥青胶浆界面剪切强度最大,改性沥青胶浆与纤维界面剪切强度优于基质沥青胶浆;随着实验温度的升高,界面剪切强度逐渐降低。该实验平台可为沥青基纤维复合材料界面优化设计提供支撑。

关键词： 复合材料   整体壁板   翼肋   连接   屈曲   承载性能   有限元仿真  

摘要： 目的研究蒙皮与翼肋连接与否对整体壁板的屈曲承载能力具体影响。方法针对机翼结构中常见的蒙皮与翼肋连接和不连接两种构型,通过实物样件压缩试验分析、局部屈曲临界载荷理论分析、整体壁板在压缩载荷下的屈曲有限元仿真分析和3种结果对比分析,开展整体壁板屈曲承载能力的系统性研究。结果蒙皮与翼肋连接、蒙皮与翼肋不连接2组试验件的平均屈曲载荷相差0.98%,蒙皮与翼肋连接或不连接对一阶曲模态下的屈曲载荷的影响很小。翼肋与蒙皮的连接对复合材料整体加筋壁板二阶和以上的屈曲模态有所影响,变化较大。蒙皮与翼肋连接、蒙皮与翼肋不连接两种构型对比下的有限元计算屈曲载荷、试验屈曲载荷均相差很小。同时2种构型各自的有限元计算屈曲载荷、试验屈曲载荷进行对比,相差也很小。结论在机翼结构的工程设计中,对于非密封肋,在不考虑油箱密封等的连接下可简化翼肋与壁板的连接,从而减少结构质量,简化装配。复合材料机翼加筋壁板的工程设计边界通常为一阶屈曲,可认为翼肋与蒙皮的连接对复合材料机翼加筋壁板的屈曲模态不构成影响。整体壁板压缩试验的局部屈曲载荷计算方法、有限元分析方法和试验方法成熟度高,吻合性好。

关键词： Ag_(3)PO_(4)/P-g-C_(3)N_(4)   光催化   双酚S   影响因素   降解机理  

摘要： P掺杂g-C_(3)N_(4)(P-g-C_(3)N_(4))具有比g-C_(3)N_(4)更窄的带隙,能提高其对可见光的利用率并提高光催化性能.采用热聚合和原位沉积法制备了Ag_(3)PO_(4)/P-g-C_(3)N_(4)(A/CN)复合材料,并对其结构、形貌特征、光学性质及元素组成进行了分析,探究了A/CN在可见光下降解双酚S(BPS)的性能,考察了溶液初始pH、溶解性有机质(DOM)及无机盐离子(HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-))对BPS降解的影响,并探讨了A/CN降解BPS的机理.结果表明:A/CN具有比Ag_(3)PO_(4)或P-g-C_(3)N_(4)更优异的光催化性能,能在120 min内降解95.02%的BPS(10 mg·L^(-1));酸性或碱性条件均会抑制BPS的降解,HCO_(3)^(-)和DOM投加均对BPS的降解表现出低浓度促进和高浓度抑制的双重作用,NO_(3)^(-)的添加抑制了BPS的降解;空穴(h^(+))和·O_(2)^(-)是A/CN光催化降解BPS体系的主要活性物种,A/CN的复合结构及Ag纳米颗粒的形成显著抑制了复合材料中光生电子与h^(+)的复合,从而显著提高了其光催化性能.A/CN对实际水环境中的BPS也表现出较好的去除效果,说明其具有良好的实际应用前景,为光催化降解BPS提供了新的思路和理论基础.

关键词： FRP   水泥基复合材料   抗侧向冲击   残余承载能力   动力响应  

摘要： 近年来,船舶撞击桥墩柱的事故时有发生,在此类撞击作用下钢筋混凝土墩柱易出现损伤或发生破坏,可能导致桥梁上部结构局部或整体坍塌,造成惨重的损失。纤维增强复合材料(FRP)筋具有质量轻、抗拉强度高、耐腐蚀性良好等优点,水泥基复合材料(CBC)具有较高的强度、良好的致密性以及优异的抗裂性能等特点。FRP筋增强水泥基复合材料组合结构的抗冲击性能与设计是值得关注的问题。因此,本文针对这一问题开展研究,以玻璃纤维(GFRP)筋增强水泥基复合材料柱为研究对象,通过摆锤冲击试验和侧向静力加载试验相结合的方法,研究了组合柱的抗侧向冲击性能和冲击致损后的侧向残余承载能力。结果表明:相比于GFRP筋增强普通混凝土柱,GFRP筋增强水泥基复合材料柱具有更好的抗冲击性能,能够降低35%左右的峰值位移,而在静力承载方面,具有更大的侧向刚度和侧向承载力,其静态承载力提升了43%。In recent years, ship collisions with bridge piers have occurred frequently. Under such impact loads, reinforced concrete piers are prone to damage or failure, which may lead to partial or complete collapse of the bridge superstructure, resulting in devastating losses. Fiber-reinforced polymer (FRP) bars offer advantages such as light weight, high tensile strength, and excellent corrosion resistance, while cement-based composites (CBC) exhibit high strength, good compactness, and superior crack resistance. The impact resistance and design of FRP-reinforced cement-based composite structures are therefore important issues worthy of attention. To address this, this study focuses on glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bar-reinforced cement-based composite columns. Through a combination of pendulum impact tests and lateral static loading tests, the lateral impact resistance and residual lateral load-bearing capacity of the composite columns after impact damage were investigated. The results indicate that, compared to GFRP-reinforced normal concrete columns, GFRP-reinforced cement-based composite columns demonstrate better impact resistance, reducing peak displacement by approximately 35%. In terms of static load-bearing capacity, they exhibit greater lateral stiffness and lateral load-bearing capacity, with a 43% increase in static load-bearing capacity.

关键词： 碳纤维三向织物   混凝土加固   3D-DIC   位移场   三维应变场   复合材料  

摘要： 选用三种规格的T300碳纤维制备三种不同孔径大小的三向织物(Triaxial Woven Fabric,TWF)树脂基复合材料对混凝土进行加固。使用3D-DIC技术获取三维位移场和应变场,直观反映试样表面织物的膨胀脱落和不同纱线应变扩展的演化过程。结果表明:碳纤维三向织物复合材料在压缩时,三向织物的孔径越小,约束效果越显著。与未约束的混凝土相比,TWF-24K的峰值载荷提高了38.7%,TWF-12K提高了41.2%,TWF-6K提高了49.9%。在孔隙率一定时,小孔径TWF更大程度地提升了混凝土的抗压强度和延性;TWF-6K试样的应变-时间曲线变化趋势更加一致,试样内部的应力分布更均匀。结合3D-DIC技术获取从加载到破坏整个时间序列的位移场和应变场演化规律,结果表明相比于TWF-12K和TWF-24K,TWF-6K经纬纱均提供了约束作用,均匀分担轴向压缩力和径向拉伸力,具有最好的约束效果。

关键词： 金属掺杂   锂硫电池   正极材料   复合材料   核壳结构  

摘要： 利用水热反应制备了葡萄糖缩聚物包覆铁氰化钴晶体的复合前驱体,经过碳化、酸刻蚀和硫负载,最终获得一种双金属(Co、Fe)及氮掺杂的多孔碳/硫复合材料(e-CF@NPC/S,其中CF表示CoFe合金,NPC表示氮掺杂的多孔碳)。进而通过改变形成核壳的原料比例获得系列样品,研究其作为锂硫电池正极的电化学性能。结果表明:该材料的核壳结构提供了充足的空间应对电池反应过程中的活性物质负载及体积变化,碳外壳的空间位阻同时起到了抑制穿梭效应的积极作用和阻碍离子扩散的负面作用,而合金纳米粒子提供吸附和催化作用的效果取决于其表面活性位点的数量。在多种作用的协同下,e-CF@NPC-3/S表现出优异的综合电化学性能,在0.2C的电流密度下循环100次后能保持996.9 mAh·g^(-1)的可逆比容量和92.35%的容量保持率。在1C的高电流密度下循环300次后,e-CF@NPC-3/S仍具有684.5 mAh·g^(-1)的可逆比容量(循环衰减率为0.049%)。