关键词： 三维五向编织复合材料圆管   高温场   应变率   冲击压缩   破坏模式  

摘要： 采用1×1四步法圆形编织技术和树脂传递模塑（RTM）工艺制备了三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管，并在室温（20℃）和高温场（80℃、110℃、140℃、170℃）环境下使用搭载高温装置的分离式霍普金森压杆（SHPB）对三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管进行轴向冲击压缩测试。根据实验结果揭示温度和应变率对三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管的冲击压缩性能和失效行为的耦合影响，并结合体式显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对冲击压缩破坏后的试样进行宏观观察和微观形貌观察分析。研究结果表明：温度变化和应变率的不同对三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管的力学性能有显著影响。室温时，三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料圆管冲击压缩性能稳定，应变率增加能提高材料压缩强度、压缩模量等力学性能。破坏模式主要是纤维断裂。高温场中，材料力学性能整体下降。抗冲击压缩能力随温度升高而减弱，破坏模式有树脂软化、纤维与树脂界面脱粘现象。应变率对力学性能的影响因高温干扰会发生变化。

关键词： 穿刺C/C复合材料   固体火箭发动机   喷管   烧蚀率   烧蚀模型   单胞模型  

摘要： 为预测无纬布复合毡穿刺C/C复合材料固体火箭发动机的喷管烧蚀性能，并探究材料热导率与喷管烧蚀率之间的关系，在Fluent平台上建立喷管烧蚀模型，以70-lb BATES发动机为算例进行验证。对材料的单胞模型进行稳态热仿真，获得材料的导热属性；利用喷管烧蚀模型对材料烧蚀性能进行仿真分析。结果表明：喷管材料的烧蚀率随推进剂中Al质量分数的增加而降低，在Al质量分数为15%、18%、21%工况下，无纬布复合毡穿刺C/C复合材料喷管的烧蚀率均低于石墨材料喷管，差值在0.045～0.070 mm/s；烧蚀过程在约4 s时达到稳定状态，烧蚀率在喷管喉部前端达到峰值；烧蚀率在低温下主要受温度影响，高温下则主要受组分扩散速率的影响；喷管喉部的烧蚀率在材料x、y方向上随热导率的增大而增大，在材料z方向上则随热导率增大而减小。

关键词： 陶瓷基复合材料   高温疲劳   疲劳极限   失效机理   氧化损伤  

摘要： 为探究氧化作用对2.5D编织C/SiC复合材料疲劳性能的影响，开展C/SiC复合材料在高温空气和惰性气体环境中的疲劳行为研究。采用应力比0.05，频率10 Hz的正弦波分别在1 200 ℃惰性气体和1 200 ℃空气环境下对2.5D编织C/SiC复合材料开展疲劳试验。1 200 ℃惰性气体环境下循环基数为106的疲劳极限约为160 MPa，1 200 ℃空气环境下循环基数为104的疲劳极限约为130 MPa。随着循环次数的增加，迟滞回线呈现右移的趋势，循环数相同时，空气环境的位移大于惰性气体环境的位移。通过扫描电子显微镜表征疲劳失效试件断口的形貌，发现纤维表面较为粗糙，呈现出明显的氧化迹象。采用能谱仪分析疲劳氧化特征，发现SiC基体氧化形成SiO2。高温空气环境中，氧气的存在显著降低了材料的疲劳性能，氧化作用加速了疲劳失效。在机械载荷作用下，纤维、基体和界面的性能不断退化，导致界面磨损、界面脱粘和纤维拔出。氧化后纤维的受力状态恶化，失效概率增加，成为复合材料中的薄弱部分，易发生断裂。

关键词： 碳纤维增强树脂复合材料   柱壳   缺陷   屈曲理论模型   有限元  

摘要： 为开展碳纤维增强树脂复合材料柱壳周向缺陷下屈曲特性理论与试验研究，设计并制作了含周向缺陷的碳纤维柱壳，通过试验与数值分析了周向缺陷下碳纤维柱壳失稳及破坏机制，并与完整柱壳对比分析，发现周向凹陷缺陷可削弱柱壳对缺陷的敏感度；接着，通过分析缺陷柱壳极限载荷变化趋势，建立了柱壳极限载荷与周向缺陷下缺陷长度比与壁厚比之间的数学关系，推导了碳纤维柱壳在周向缺陷下抗压极限载荷理论模型，与试验、数值结果对比分析发现：缺陷柱壳与完整柱壳的理论载荷比值与数值结果最大误差9.7%；四种载荷理论修正值与试验结果分别误差1.4%、4.1%、1.3%、9.3%。修正的理论模型与数值计算、试验结果具有良好一致性。对考虑制造、安装及使用过程中所造成周向凹坑缺陷下碳纤维柱壳耐压理论评估具有重要的实际应用意义。

关键词： 风力机叶片   轻量化设计   仿生学   复合材料   结构分析  

摘要： 风力机叶片质量的增加已成为限制其大型化发展的主要因素之一。为降低叶片质量,借鉴植物叶脉分布特征提出一种新型仿生叶片,通过有限元方法建立具有仿生叶脉内肋结构的风力机的叶片,并进行相应铺层设计实现叶片轻量化,基于流固耦合方法验证叶片在不同偏航角极端环境下的结构性能。结果表明:仿生叶片可在保证结构刚度、极限强度、稳定性等方面性能与传统叶片相近的前提下减轻6.6%的重量;仿生叶片的内肋结构有助于增强叶片结构刚度,减小叶片叶尖形变量,且有助于降低叶片表面最大应力,但腹板最大应力略有增加;仿生叶片因除去尾缘加强材料导致偏航-15°,极端风载荷下的抗屈曲性能略有降低,但总体仍在安全范围内。

关键词： 原位成纤   聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯   立构复合晶体   耐热性   力学性能  

摘要： 基于自行搭建的“熔融共混-高速热拉伸”加工设备,将原位成纤与立构复合技术相结合,研究了聚乳酸(PLA)分散相含量对微纤形貌、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)基体黏弹性和结晶行为、PLA立构复合晶体(scPLA)以及PBAT/sc-PLA复合材料力学和耐热性能的影响。结果表明,连续制备出纤维直径最小210 nm的PBAT/sc-PLA微纤复合材料,PLA微纤在PBAT基体中相互缠结形成网络结构且分散均匀;sc-PLA微纤网络结构的存在使复合材料出现显著“类液”向“类固”的黏弹行为转变;纤维诱导作用下,sc-PLA相对结晶度和晶体含量得到显著提升,添加30%(质量分数,下同)PLA后,PBAT/sc-PLA复合材料中sc-PLA相对结晶度达46.4%,屈服强度和弹性模量相比纯PBAT分别提升175.3%和404%,维卡软化温度(VST)达到近90℃。

关键词： 超高分子量聚乙烯织物   防刺大底   防刺性能   热压工艺   织物组织   防刺机理  

摘要： 为探究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物增强热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)防刺大底复合材料的防刺性能,以UHMWPE为原料制备4种斜纹织物作为增强体,采用热压工艺制备了UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料。探究热压工艺、织物组织等因素对材料防刺性能的影响规律,并揭示材料的防刺机理。结果表明:UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺性能在一定条件下(150℃织物熔融)随着热压温度的增加呈现增大的趋势,热压温度为140℃时防刺性能最好;防刺性能随着热压时间的增加总体呈先增大后减小的趋势,热压时间为2min时防刺性能最好。织物组织对材料防刺性能的影响依次为2/2右斜纹>3/1右斜纹>32/12加强斜纹>山形斜纹。UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺机理主要是纤维剪切破坏、纤维拉伸断裂和织物组织局部变形。

关键词： 多级结构   WS_(2)   rGO   锂离子电池   负极材料  

摘要： WS_(2)因具有高的理论比容量和好的化学稳定性被视为一种很有应用前景的锂离子电池负极材料。然而,目前这类材料在锂化/脱锂过程中还存在体积变化、多硫化物溶解以及Li+扩散动力学较差等问题。以氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)为碳源,通过简单的溶剂热法,结合高温烧结制备了蜂窝状WS_(2)/N掺杂还原氧化石墨烯(WS_(2)/N-doped reduced graphene oxide,WS_(2)/N-rGO)复合材料。WS_(2)纳米片在rGO表面均匀生长,rGO与WS_(2)的协同效应不仅使材料具有高的导电性和大的表面积,还可以缓冲体积膨胀。而且N的掺杂还可以引入缺陷,创造大量的反应活性位点,从而提高材料的稳定性和循环性。蜂窝状WS_(2)/N-rGO电极材料在0.1 A·g^(-1)电流密度下进行100次充放电循环后,比容量为830 mA·h·g^(-1)。在1.0 A·g^(-1)下,循环550次后,比容量达到511 mA·h·g^(-1)。

关键词： 纤维增强   复合材料   管道   石油化工  

摘要： 纤维增强树脂基复合材料的应用可较大幅度地减轻结构重量,延长使用寿命,提高应用过程中的安全性并减少对环境的影响。随着复合材料原材料及复合材料结构制造技术的日益成熟以及自动化制造设备的不断完善,复合材料已广泛应用于各个领域。近年来,纤维增强树脂基复合材料在石油化工领域逐渐受到广泛关注,大量应用在石油运输、石油储罐、海洋浮动平台等方面。在石油运输领域,传统金属管道面临诸多挑战,在运输过程中产生的腐蚀和磨损都会造成重大损失,降低管道的结构完整性,而对于腐蚀的保护采用有机涂层和阴极保护来减缓,或采用缓蚀剂来抑制,这大幅度提高了材料的投入成本。纤维增强树脂基复合材料管道具有优异的强度和刚度特性以及较高的耐腐蚀和耐冲蚀性能,成为替代传统金属管道的首选材料。本文综述了纤维增强树脂基复合材料管道的研究进展以及复合材料管道在石油化工领域的具体应用,并对纤维增强树脂基复合材料在管道领域的发展进行了展望。

关键词： 复合材料螺栓结构   损伤判定准则   损伤变量   有限元仿真  

摘要： 飞机复合材料结构大量采用螺栓紧固件连接,对复合材料螺栓连接结构受载过程的数值仿真对复合材料结构的设计优化具有重要意义。为了探寻对复合材料螺栓结构受载过程进行准确模拟的方法,分别将不同的损伤判定准则和损伤变量通过ABAQUS材料属性定义子程序UMAT嵌入三维有限元模型中,对复合材料板的渐进损伤过程进行有效仿真。依据ASTM D5961标准在常温下进行拉伸试验,通过与试验结果对比发现,基于损伤机理的HASHIN准则、改进的HASHIN准则和PUCK准则可以准确预测复合材料板的损伤情况;采用相同的损伤判定准则情况下,采用突降型损伤变量预测结果与试验结果更接近,但同时模型的收敛性有所降低。