关键词： 极简跑鞋   废纸纤维   聚乳酸复合材料   综合性能分析  

摘要： 为解决现有聚乳酸复合材料应用于极简跑鞋加工领域时存在的韧性不足、脆性大等问题,借助废纸纤维对聚乳酸复合材料进行了共混加工,对影响废纸纤维聚乳酸复合材料性能的因素如废纸纤维的打浆时间及其掺量等进行分析。结果表明:当废纸纤维打浆时间为30min,废纸纤维掺量为25.0%时,废纸纤维改性后的聚乳酸复合材料拉伸强度、弯曲强度分别达到了24.3MPa、44.4MPa,与一般聚乳酸复合材料相比更适合应用于极简跑鞋等的加工环节。

关键词： 化学工程与工艺专业   化工安全与环保课程   综合教学实验   电化学腐蚀原电池  

摘要： 本文探讨化工安全与环保课程实验教学的背景及其教育重要性,并描述课程团队如何有效利用武汉工程大学“三实一创”模式进行教学。以“电化学腐蚀原电池综合教学实验”为例,文章分析实验教学的应用和效果,总结教学成果,并对化工安全与环保领域的潜在实验教学应用提出展望,为该领域的教学实践提供理论和实证支持。

关键词： 复合材料   数值仿真   导热系数   电卡效应   制冷器件  

摘要： 通过制备BaZr_(0.2)Ti_(0.8)O_(3)-P(VDF-TrFE-CFE)复合材料来改善聚合物基电卡材料的综合性能,设计基于流固耦合传热的大功率制冷器件并通过有限元仿真来评估以不同电卡材料为制冷核心元件的器件制冷能力和效率。结果表明:相较于基础聚合物,BZT质量分数为10%的复合材料T-BZT-10%具有显著优异的电卡制冷性能和导热性能。在10 K的温度跨度下,以T-BZT-10%为制冷核心元件的电卡器件可实现31.0 W/cm^(3)的制冷功率密度和1060.4 W的总制冷功率为基础电卡制冷器件的10倍),且COP达到5.2。

关键词： 钠离子电池   负极材料   碳基   合金   金属氧化物  

摘要： 相对于锂离子电池,钠离子电池成本低、高低温性能优异、安全性高,而且钠资源丰富,具有广阔的应用前景和发展潜力。钠离子电池技术关键在于高性能负极材料。目前,钠离子电池的负极材料主要有碳基材料,层状氧化物,钛基材料,过渡金属氧化物等。其中,碳基材料具有结构稳定、高容量以及污染小等特点被作为钠离子负极材料进行广泛研究。综述了对碳基复合材料钠离子电池负极研究进展。

关键词： 水下生产系统   玻璃纤维复合材料   仿真分析   软管保护罩   强度  

摘要： 玻璃纤维复合材料因具有质轻高强、耐腐蚀的材料特点,在过去二十年里,被海外油田公司广泛应用于水下油气生产设施的防护,并取得成熟的工程应用。本文针对国产玻璃纤维复合材料软管保护罩,结合保护罩在水下的功能,应用有限元ANSYS软件建立国产玻璃纤维复合材料软管保护罩的三维模型,从沙坡堆积、渔网拖挂和落物冲击三方面分析保护罩的强度,并依据DNV规范进行安全评定。仿真分析与试验对比分析表明,该保护罩强度满足规范要求,与试验结论吻合,可为今后的国产玻璃纤维复合材料水下防护结构设计提供参考。

关键词： 氧化石墨烯   聚苯乙烯   复合材料   力学性能   阻燃性能  

摘要： 采用溶液共混法制备了石墨烯-聚苯乙烯复合材料,通过XRD、SEM、FT-IR、力学性能测试、热失重分析、导热系数及THR分析等手段,研究了复合材料中氧化石墨烯(GO)的质量分数对复合材料物相结构、微观形貌、力学性能、热性能和阻燃性能的影响。结果表明,聚苯乙烯吸附在GO表面,GO与聚苯乙烯复合后增大了表面粗糙度,复合后没有改变聚合物的链结构。适量GO的掺杂改善了石墨烯-聚苯乙烯复合材料的力学性能,PG-6%的复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弹性模量均达到最大值,分别为38.8 MPa、10.37%和1505 MPa,相比纯PS分别提高了26.38%、8.06%和31.90%。复合材料的导热系数和热扩散系数均随GO占比的增大而先增大后降低,PG-6%复合材料的导热系数和热扩散系数达到最大值,分别为0.170 W/(m·K)和0.171 mm^(2)/s。适量GO的添加改善了复合材料的阻燃性能,使点燃难度增加,放热率降低,PG-6%的复合材料的阻燃性能最优,FPI最高为0.386。

关键词： 石墨烯   介电常数   界面极化   聚合物复合材料   掺杂改性  

摘要： 基于界面极化理论提出了一个石墨烯掺杂聚合物复合材料的介电模型,描述了石墨烯对复合材料有效介电常数的影响。该模型解释了石墨烯纳米片与聚合物基体在界面层的相互作用,计算了界面层的局部介电常数和局部电场强度,并通过控制变量方式对模型内材料参数的影响进行了分析。与传统经验模型相比,提出的模型明确了分离上限距离、势垒高度、基体层电导率、石墨烯纳米片层尺寸等因素对有效介电常数的影响机制。对多类二元、三元介电复合材料体系的有效介电常数进行了预测,并与实验样品实测值、文献值进行对比,验证了所提出模型的有效性。

关键词： 新能源材料与器件   新工科   实验教学  

摘要： 在新工科背景下,高等工程教育聚焦于培养学生的创新及工程实践能力。本文分析了新能源材料与器件专业实验教学改革的现状与问题,并提出了一系列创新改革方案。这些方案涵盖实验教学体系优化、虚实融合教学、科研与实验教学相结合以及考核评价体系改进等方面,旨在为新工科背景下培养高素质、创新型的新能源材料与器件专业人才奠定坚实基础,推动该领域教育的持续发展。

关键词： 变刚度优化设计   机器学习   反向传播神经网络   正态分布纤维优化   纤维铺角  

摘要： 纤维增强复合材料层合板的变刚度优化设计,通过逐点优化纤维铺角的可设计性,从而匹配结构中应力状态的空间变化,更高效地发挥纤维增强复合材料层合板在强度与刚度性能上的方向性,为设计师提供了更广阔的设计空间与设计灵活度.然而,基于梯度类算法的传统复合材料变刚度优化设计,因其设计变量众多,不可避免地在结构分析与灵敏度分析中面临大规模计算的挑战.同时,结构在概念设计阶段存在载荷工况随机性问题,如何在初始概念设计阶段,针对随机载荷工况制定高效的设计方案具有重要工程价值.近年来,随着人工智能与高性能计算的快速发展,基于传统优化获得的数据集构建端到端的机器学习模型,为实现实时的复合材料变刚度优化提供了可能.文章采用反向传播(back propagation,BP)神经网络算法,建立了基于机器学习的纤维增强复合材料变刚度优化设计方法.首先,基于正态分布纤维优化(normal distribution fiber optimization,NDFO)插值格式,构建以最小化结构柔顺度为目标的复合材料变刚度优化设计模型,考虑载荷大小与方向的随机性,获得神经网络模型训练所需的样本集数据.其次,以最小均方误差(means square error,MSE)为目标函数,采用BP神经网络模型对样本数据集进行训练.最后,建立基于皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)、均方误差的模型评价体系,对生成的神经网络模型进行评价.数值算例讨论了含圆孔MBB梁与悬臂C型梁变刚度优化设计,详细阐述了基于机器学习的复合材料变刚度优化方法的实施过程,系统地对比了所提出的基于机器学习的复合材料变刚度优化与传统基于NDFO插值格式复合材料变刚度优化设计结果在纤维铺角轨迹和目标函数的差异,验证了本方法的有效性.

关键词： 真空蒸镀   界面改性   钨镀层   热导率   金刚石/铜基复合材料  

摘要： 采用真空蒸镀法在平板金刚石衬底表面镀覆钨镀层,构建多层平板结构以研究热处理温度对金刚石表面钨界面层形貌结构、物相成分及其与金刚石基体间界面结合情况的影响,并为金刚石颗粒表面金属化改性提供实验指导。在此基础上,以相同真空蒸镀和热处理工艺制备的钨改性金刚石颗粒作为增强体,以铜硼合金作为基体,采用气体压力浸渗法制备相应的金刚石/铜硼复合材料,探究金刚石颗粒的热处理温度对复合材料导热性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,复合材料热导率呈现先上升后下降的趋势,当热处理温度为1000℃时,复合材料界面结合明显改善,同时金刚石表面钨镀层依旧连续完整,此时,复合材料的热导率最高可达629 W/(m∙K)。