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准各向同性纤维增强复合材料层合板的开孔拉伸破坏模拟

《复合材料学报》 - 2016 年 5 期

作者：鲍宏琛刘广彦

基金：国家自然科学基金(11242015) 北京理工大学优秀青年教师资助计划

关键词：准各向同性层合板开孔拉伸损伤模拟劈裂有限元分析

摘要：建立了一种新的有限元三维模型，对准各向同性纤维增强复合材料层合板[45/0/-45/90]s 和[45/-45/90/0]s 进行了开孔拉伸的破坏模拟。每一层均采用三维实体单元(ABAQUS中的 C3D8R 单元)，由于基体比纤维强度低，在很低的拉伸载荷下，圆孔周围基体受到剪切力会出现沿纤维方向的纵向劈裂或基体开裂，从而钝化圆孔，大大减小应力集中，提高材料承载能力。为了准确模拟层合板的破坏，在每层圆孔周围(90°层除外)沿纤维方向引入2组基于表面的内聚力接触来模拟层内纵向劈裂，同时用这种接触来模拟层间的分层特性。为了提高计算效率并且保证计算精度，在圆孔周围采用精细的网格，其余地方采用相对稀疏的网格。在内聚区保证足够的单元个数，这样既能准确刻画内聚区应力分布，又能缓解网格依赖性。与文献中实验结果的对照显示，取得了较好的一致性。

基于细观仿真建模的CFRP细观破坏

《复合材料学报》 - 2016 年 4 期

作者：高汉卿贾振元王福吉宿友亮朱浩杰

基金：国家“973”计划国家自然科学基金教育部新世纪优秀人才支持计划国家创新群体科学基金

关键词： CFRP 有限元仿真细观模型细观破坏切屑

摘要：碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在细观上呈现纤维、树脂及界面组成的混合态,其切削加工过程的实质为刀具作用下材料细观层面的破坏至切屑宏观形成的演化过程.为了揭示CFRP切削加工过程中材料的细观破坏,建立了CFRP切削的细观有限元模型.该模型在几何上包含了纤维、基体及界面等组成相,而不是使用传统的等效均质建模方法.各组成相不仅考虑了各自不同的材料本构,而且为了能够模拟材料破坏,还将各组成相材料的失效及演化准则考虑其中.该模型可从细观层面更真实地模拟不同纤维角度CFRP单向板切削过程中纤维/基体断裂、界面开裂及演化的过程.仿真结果表明:不同纤维角度下CFRP细观破坏不同,切削0°CFRP时以界面开裂和纤维弯断为主;切削45°/90°CFRP时主要是刀具侵入工件,纤维基体被压断;切削135°CFRP时则以纤维弯曲断裂为主,断裂面往往在加工面以下.通过实验显微在线观测手段验证了模拟结果的正确性.

多层介孔纳米MgO/低密度聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能

《复合材料学报》 - 2016 年 3 期

作者：巫运辉查俊伟王思蛟闫轰达党智敏

基金：国家自然科学基金(51207009) 国家“973”计划(2014CB239503) 北京市科技计划(Z13110300590000)

关键词：多层介孔溶剂法空间电荷击穿强度介电性能

摘要：塑料高压直流电缆在电力输运中,绝缘层容易发生电子及空穴注入并局部积聚,形成空间电荷包,长期运行容易引发绝缘失效.为此,抑制电子及空穴的注入、积聚,防止空间电荷包的产生是制备塑料高压直流电缆的关键技术.通过制备多层介孔结构纳米MgO,采用低沸点溶剂法,实现了纳米MgO在低密度聚乙烯(LDPE)中的均匀分散.研究了1wt％纳米MgO/LDPE复合材料的空间电荷行为、直流击穿强度、热刺激电流及介电特性.结果表明:添加1wt％纳米MgO的LDPE在70 kV/mm电场下有效地抑制了空间电荷积聚,提高了直流击穿强度,降低了介电常数;热刺激电流研究表明纳米MgO形成了新的陷阱,有效捕获了载流子,形成独立电场,避免了局部有效电场,形成新的势垒,抑制了电极载流子的注入,最终抑制了空间电荷积聚.

FRP复合材料剩余刚度退化复合模型

《复合材料学报》 - 2016 年 2 期

作者：宗俊达姚卫星

基金：国家自然科学基金(11202098) 教育部长江学者创新团队项目(IRT0968) 江苏高校优势学科建设工程

关键词：复合材料层合板疲劳剩余刚度失效模式

摘要：为建立剩余刚度与材料损伤量及剩余寿命的关系,将纤维增强树脂复合材料(FRP)层合板在拉-拉疲劳载荷作用下的失效模式划分为纤维间破坏、纤维随机断裂与分层3种类型,分析不同失效模式与剩余刚度退化量的定量关系,提出一个集成各失效模式影响的剩余刚度退化复合模型.该模型适用于占寿命绝大多数比例的Ⅰ、Ⅱ阶段,避免了Ⅲ阶段刚度降不确定性的影响.剩余刚度退化曲线按时间尺度归一化,消除了试件个体分散性影响,分散性显著降低.对4种E-glass/Epoxy玻璃纤维复合材料层压板与3种AS-4/聚醚醚酮(PEEK)碳纤维复合材料层压板的疲劳试验结果进行了统计分析,表明本文模型适于精确描述复合材料的剩余刚度下降规律.

有机硅交联剂对硅树脂/聚苯乙烯多孔复合材料性能的影响

《复合材料学报》 - 2016 年 1 期

作者：官成兰孙争光陈博张玉红朱杰

基金：国家自然科学基金(51203047)

关键词：有机硅树脂高内相比乳液聚合物多孔材料结构形貌

摘要：以苯乙烯(St)为单体,含甲基丙烯酰氧基丙基的有机硅树脂(MTQ)为交联剂,采用高内相比乳液模板(HIPE)法制备了蜂窝状、低密度及高孔隙率的MTQ/聚苯乙烯(PS)多孔复合材料,研究了MTQ对聚合物多孔复合材料微观结构、压缩性能及热稳定性的影响.结果表明:MTQ/PS多孔复合材料的泡孔呈立体球形且泡孔壁上有丰富的互连孔,相互贯通性良好,泡孔直径为2～9 μm,互连孔的孔径大小介于0.35～1.85 μm;所得多孔材料孔隙率可控,总孔隙率最高可达92％;该多孔复合材料的压缩强度为0.28～0.74 MPa,压缩模量为4.86～13.54 MPa.当MTQ与St的质量比为30∶100时,可获得泡孔直径较小、互连孔道较窄、压缩性能和热稳定性较好的MTQ/PS多孔复合材料.

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 12 期

作者：刘静陈勃翰李刚林广森冯叙然

关键词：激光表面改性玻璃纤维玄武岩纤维碳纤维复合材料力学性能

摘要：利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料.利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响.结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降.因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维.

高温下不同银含量微电子胶连点的力学性能及膨胀系数不匹配热应力

《复合材料学报》 - 2017 年 11 期

作者：吉新阔肖革胜刘二强杨雪霞树学峰

基金：国家自然科学基金(11602157) 山西省青年科技研究基金(201601D202004)

关键词：导电胶微压入力学性能数值模拟热应力

摘要：采用热机械分析仪和微压入测试系统对不同银含量微电子互连导电胶进行测试表征,并基于数值模拟分析其用于倒装芯片封装时胶层的不匹配热应力.结果表明,较高银含量固化导电胶的玻璃化转变温度滞后于较低银含量固化导电胶,且其热膨胀系数较低;随着温度的升高,导电胶的模量与硬度由玻璃态时的较高值降低到高弹态时的较低水平,且银含量较高时的刚度与强度较大;各不匹配热应力分量随温度的变化呈现出"蝌蚪状"或"半蝌蚪状",玻璃态时用于倒装芯片封装的导电胶未发生屈服.

废印刷电路板非金属粉与埃洛石纳米管对不饱和聚酯热稳定性和阻燃性能的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 10 期

作者：胡德超贾志欣钟邦超丁勇陈勇军罗远芳贾德民

基金：广东省应用型科技研发专项资金项目(2015B020237004) 广东省战略性新兴产业核心技术攻关专项资金项目(2012A090100017)

关键词：不饱和聚酯树脂废印刷电路板非金属粉埃洛石纳米管热稳定性阻燃性能

摘要：为减轻废印刷电路板非金属粉(WPCBP)在回收过程中对环境的污染和资源的浪费,实现WPCBP在聚合物基体中的高值化利用,将粉碎干燥后的WPCBP与埃洛石纳米管(HNTs)添加到不饱和聚酯树脂(UPE)基体中,制备了一种新型环保的WPCBP-HNTs/UPE复合材料.利用SEM和TEM对两种填料的结构形貌及其在复合材料中的分散状况和界面结合进行了表征,采用热失重分析仪、锥形量热仪、极限氧指数仪等对WPCBP-HNTs/UPE复合材料的热稳定性和阻燃性能进行了系统的研究.结果表明,WPCBP和HNTs能够显著提高复合材料的热分解稳定性和阻燃性能.通过SEM和EDS对复合材料燃烧后的碳渣进行了分析,并探讨了阻燃机制,分析了WPCBP和HNTs对WPCBP-HNTs/UPE复合材料的力学性能和热变形性能的影响.

超低温介质对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 9 期

作者：刘新武湛君何辉永许乔奇

基金：国家自然科学基金(11302036) 省自然科学基金指导计划(201602159) 基本科研业务费专项(DUT15RC(4)40)

关键词：碳纤维环氧树脂复合材料液氧液氮超低温力学性能

摘要：针对超低温介质液氮和液氧对碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)力学性能的影响进行研究,将T700碳纤维和CFs/EP在液氮和液氧中处理120 h,采用X射线光电子能谱(XPS)和SEM分析碳纤维表面元素和表面形貌的变化;并研究液氧和液氮处理后碳纤维和复合材料试样的力学性能.结果表明,在经液氮处理后的碳纤维表面,上浆剂有明显损伤产生,而经液氧处理后的碳纤维表面则没有损伤出现;两种超低温介质处理对碳纤维单丝拉伸强度、表面元素及其含量的影响几乎没有区别;经液氮和液氧超低温介质处理后,CFs/EP拉伸强度均有所下降,且两者下降率接近,分别约为15.26%和14.38%;弯曲强度均有大幅提高,且提高率接近,分别约为56.18%和57.81%.因此,液氧和液氮处理对CFs/EP力学性能的影响基本没有区别.

不同阴离子插层的ZnMgAl层状双氢氧化物对聚氨酯弹性体阻燃抑烟性能的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 8 期

作者：徐文总李冲冲汪贵松汪晓玲

基金：安徽省自然科学基金(1708085ME113) “十二五”国家科技支撑计划(2013BAJ01B05)

关键词：钼酸盐层状双氢氧化物聚氨酯弹性体阻燃剂抑烟剂

摘要：分别以水热法及离子交换法制备了NO3-和Mo7O246-插层的ZnMgAl三元层状双氢氧化物(NO3-ZnM-gAl LDHs,Mo-ZnMgAl LDHs),并分别将制得的两种LDHs添加到聚氨酯弹性体(PUE)中,研究了不同阴离子插层的LDHs对PUE阻燃抑烟性能的影响.锥形量热仪和烟密度仪研究表明,纯PUE的热释放速率峰值(PHRR)及最大烟密度值(Ds,max)分别为920 kW/m2和452,当NO3-ZnMgAl LDHs、Mo-ZnMgAl LDHs的质量分数为7wt％时,LDHs/PUE复合材料的PHRR和Ds,max分别降低至377 kW/m2、343 kW/m2和216、190,两种LDHs对PUE均有较好的阻燃抑烟效果,Mo-ZnMgAl LDHs的效果更显著.LDHs/PUE复合材料的TGA、残炭的拉曼光谱和XPS研究证实,两种LDHs的加入都能够促进LDHs/PUE复合材料催化成炭,提高残炭率,并且能够提高炭层的石墨化程度,使炭层的抗热氧化能力增强;另外,与NO3-ZnMgAl LDHs相比,Mo-ZnMgAlLDHs的引入能够使Mo-ZnMgAl LDHs/PUE复合材料残炭率和炭层的石墨化程度更高,抗热氧化能力更强,有效地保护基体材料避免受热辐射,隔绝氧气,抑制可燃性气体的挥发.

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