关键词： 碳纤维   环氧树脂   微波   MgO   增强增韧   力学性能  

摘要： 对碳纤维表面进行改性处理是提高碳纤维/环氧树脂复合材料(CFs/EP)界面结合力的主要方法,而特殊的表面形貌结构能有效预防应力集中并提升复合材料的综合力学性能。本文采用微波辅助的方法在碳纤维表面快速高效地制备了一种花朵状MgO,考察了其对CFs/EP复合材料力学性能的影响。研究发现:花朵状MgO增加了碳纤维表面的粗糙程度,促进了碳纤维与EP基体不规则界面的形成,增强了其与EP基体的机械啮合作用。这种多尺度边界形态可以增加裂纹扩展途径,从而消耗更多的能量并有效缓解CFs/EP复合材料因应力集中而产生的破坏。花朵状MgO改性碳纤维极大地改善了复合材料的力学性能,与未改性碳纤维增强环氧树脂相比,花朵状MgO改性碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了15.2%、21.8%和14.3%。因此,花朵状MgO改性碳纤维同时显著提高了CFs/EP复合材料的强度和韧性。这为碳纤维在聚合物基复合材料中的广泛应用提供了技术支持,为制备更多特殊形貌纤维增强树脂基复合材料提供了更广阔的思路。

关键词： 漆酶   固定化技术   竹塑复合材料   可持续回收利用  

摘要： 采用固定化漆酶与多巴胺协同改性竹纤维,固定化漆酶催化氧化竹纤维表面形成活性位点,在竹纤维表面构筑了微纳米多尺度疏水结构,改善了竹纤维与聚β—羟基丁酸酯(PHB)的界面相容性,其制备的竹塑复合材料的冲击性能、拉伸性能和弯曲性能分别提升了23.10%、25.00%、29.14%。同时固定化技术能够克服漆酶回收困难的问题,经过两次改性竹纤维后的固定化漆酶酶活回收率达15.79%,实现竹塑复合界面生物酶促增容工作高效化、可循环化。

关键词： SiC/SiC_(f)复合材料包壳管   高温高压水   腐蚀  

摘要： 采用循环高温高压水腐蚀系统模拟压水堆一回路水化学工况对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管进行腐蚀试验。通过腐蚀后质量损失和微观形貌分析了SiC/SiC_(f)复合材料包壳管的腐蚀行为。结果表明:腐蚀过程中SiC/SiC_(f)复合材料包壳管依次经历了质量增加、质量加速损失、质量稳定损失和质量损失趋缓等阶段;在腐蚀初期的质量增加阶段,富硅的氧化物薄膜覆盖在胞状晶表面从而减缓了包壳管腐蚀溶解;在质量加速损失阶段,腐蚀溶解以及氧化物脱落导致包壳管加速腐蚀;在质量稳定损失阶段,表面腐蚀溶解和氧化物的生成起到了互相平衡作用;在质量损失趋缓阶段,试样表面出现的密集氧化物,显著缓解了腐蚀溶解,使腐蚀后质量损失速率降低。

关键词： 电弧增材制造   铝基复合材料(AMCs)   TiC   微观组织   力学性能  

摘要： 在金属材料中引入第二相粒子是提高金属材料力学性能的重要手段之一。本文提出一种Al6061铝箔包裹TiC和Al6061的混合粉末形成一种特殊填料焊丝的TiC/Al6061复合材料电弧增材制造的新方法,并分别研究质量分数为1%、2%和3%的TiC颗粒对制备的铝基复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiC质量分数为3%的复合材料与基体材料相比,试样的平均晶粒尺寸由45.5μm减小到25.3μm,细化了44.4%;抗拉强度和屈服强度由148.5 MPa和118.0 MPa提升到178.1 MPa和157.3 MPa,分别提升了19.9%和33.3%;平均显微硬度由50.5HV增加至65.2HV,提升了29.1%。理论结合及试验分析表明,TiC的载荷传递强化和晶粒细化以及Orowan强化机制,是材料力学性能提高的主要原因。

关键词： 非对称超级电容器   过渡金属硫化物   CoS纳米片   分级核壳结构  

摘要： 超级电容器以其高功率性能、稳定的循环性能和优良的安全性等独特优势,作为储能器件在新能源汽车和移动电子设备等方面极具前景。然而,其能量密度相对较低,限制了实际应用。为提升电化学活性,本研究通过简便的溶剂热法、煅烧处理和电化学沉积技术,在碳包覆的ZnCo_(2)O_(4)-ZnO微球上沉积了CoS纳米片(ZCO-ZO@C@CoS)。碳层不仅可以促进电子传输,增强导电性,还提升了结构的稳定性;CoS纳米片之间形成的开放网络空间促进了离子快速传输。此外,CoS纳米片具备丰富的电活性位点,实现了快速可逆的氧化还原反应;核壳结构内部的纳米线、碳层和外层纳米片的共同作用,有效提升了材料的整体电化学性能。因此,ZCO-ZO@C@CoS在1.5 A·g^(−1)时的比电容达到1944 F·g^(−1)(972.0 C·g^(−1)),20 A·g^(−1)高电流密度下循环10000次后比容量保持率为75%。由ZCO-ZO@C@CoS(正极)和活性炭(负极)组成的非对称超级电容器器件也表现出优异的比电容、高的倍率性能和优异的循环稳定性,显示出良好的应用前景。

关键词： 分子动力学方法   石墨烯   聚乙烯   复合材料   界面剪切力学性能  

摘要： 采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究。首先建立石墨烯/聚乙烯复合材料分子动力学模拟计算的模型,然后在300 K温度下对石墨烯进行了拉拔模拟实验,探讨石墨烯倾斜角度和层数对复合材料界面剪切力学性能的影响。模拟计算结果表明,在拔出速率为0.001 nm/fs的情况下,石墨烯25°倾斜角模型的界面剪切强度最大,比0°倾斜角模型界面剪切强度增加了39.8%,可见石墨烯倾斜角对界面剪切强度有较大的影响。在拔出速率为0.001 nm/fs和石墨烯0°倾斜角的情况下,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的界面剪应力最大值分别为89.20、114.21和129.28 MPa,显然增加石墨烯层数能显著提高复合材料的界面剪切性能。当拔出速率为0.0005 nm/fs时,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的剪切强度值比较接近,随着速率增加到0.001 nm/fs,三层模型剪切强度增强最大,双层模型次之,单层模型最小,然而速率超过0.001 nm/fs之后,单层模型剪切强度几乎线性增强,双层和三层模型剪切强度增强的幅度均比单层模型小,这说明拔出速率的增加使得复合材料的界面剪切强度呈现较大的提高。

关键词： 复合材料涡轮轴   损伤演化   失效机理   失效强度   铺层角度  

摘要： 针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构损伤演化及失效机理分析,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立了与轴结构试验件尺寸相符合的有限元仿真计算模型及细观力学代表体积元(RVE)模型,预测轴结构的损伤演化并分析其失效机理。反向扭矩下,[45]_(6)轴结构的损伤始于界面开裂,裂纹向两侧钛合金扩展,钛合金的剪切变形最终带动纤维的断裂;正向扭矩下,[45]_(10)轴结构的损伤始于基体损伤,断口两侧钛合金相互挤压摩擦,最终将纤维剪断。开展复合材料失效模式验证试验,通过声发射及扫描电镜技术,实现对失效过程中不同失效模式的判别。将仿真结果与试验结果进行对比验证,验证了模型和方法的有效性。模拟涡轮轴结构在扭转载荷下的损伤演化过程及失效机理,预测失效强度。结果表明:0°和90°铺层时扭转强度最低,45°铺层时扭转强度最高,提高近3倍。本文研究提出的预测模型及分析结论为纤维增强复合材料的设计和应用提供依据。

关键词： 钢-PE混杂纤维水泥基复合材料(S/PE-HFRECC)   静动组合加载   动态抗压强度   应力峰值前韧度  

摘要： 本文将钢纤维和聚乙烯(PE)纤维进行混杂,制备了钢-PE混杂纤维水泥基复合材料(S/PE-HFRECC, Steel-PE Hybrid Fiber Reinforced Engineered Cementitious Composites),控制纤维体积总掺量为2%,通过改变两种纤维配比制作了六类水泥基试件(S0E0、S0E2、S0.5E1.5、S1E1、S1.5E0.5和S2E0),并利用可施加预加静态荷载的直径为50 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)装置开展了静动组合加载条件下S/PE-HFRECC的动态压缩试验,预加静荷载级别分别取试件静态抗压强度的0%、15%、30%和45%四个级别。试验结果表明:1) 预加静态荷载对水泥基复合材料的力学性能有着弱化和强化的双面性。2) S/PE-HFRECC的动态抗压强度、动态峰值应变和应力峰值前韧度随着预加静荷载级别的提高呈现先升高后降低的趋势。3) 相较于单一纤维的掺入,钢-PE混杂纤维在对强度、变形能力和韧度的改善方面有着更好的优越性。

关键词： 风电机组   故障诊断   健康监测   复合材料   齿轮箱   发电机  

摘要： 在概述风电设备三大核心部件:复合材料叶片、齿轮箱及发电机的故障诊断与健康监测系统现状的基础上,探讨三大核心部件的故障特性、种类及诊断困境,分析三大核心部件的故障诊断和健康监测策略。阐述复合材料叶片的材料特性、制造工艺以及在使用过程中可能出现的故障类型,针对复合材料叶片的故障诊断困境,提出采用红外热像技术、超声波检测等方法进行实时监测,以确保风力发电机的安全稳定运行。剖析齿轮箱的工作原理,对齿轮箱的故障特性进行详细分析,针对齿轮箱的故障诊断与健康监测,提出了基于振动信号、油液分析等技术的诊断方法,以实现对齿轮箱的早期故障预警和实时监测。归纳发电机的故障类型,根据国内外关于发电机故障诊断与健康监测的研究成果,提出采用电气信号分析、温度监测等手段进行健康监测的策略,以确保发电机的高效、稳定运行。

关键词： 高速铁路   竹缠绕复合管   隧道逃生通道   低碳   轻质   自动化  

摘要： 传统隧道逃生管由于质量较重、移动不便等问题导致日常使用率不高,造成了较大的安全隐患。竹缠绕复合管是以竹子为基材的新型生物基材料,继承了竹子的各项优良力学性能,并且相对密度较小,生产过程碳排放量低。本文阐述了所设计的用于逃生通道的竹缠绕复合管,确定了其截面尺寸,并通过试验进行了力学验证,结果表明竹缠绕复合管优于主流使用的PE管。通过理论分析和有限元模拟两种方法,计算了冲击碰撞工况下竹缠绕复合管受力情况,并模拟计算了极端静载工况下管材的受力情况,结果表明竹缠绕复合管应用于隧道逃生通道是可行的,并简述了其主要应用优势。所研发的低碳、轻质、自动式竹缠绕复合管逃生通道,成功在高铁隧道项目进行了应用,并取得了良好的经济效益和环保效益。