关键词： 复合材料   预浸料   固化过程   比热容   热导率   调制差示扫描量热法  

摘要： 通过调制温度式差示扫描量热技术(MDSC)测定了玻璃纤维/环氧树脂预浸料在固化全过程不同方向上的比热容和热导率,并建立模型来描述比热容和热导率随温度和固化度的变化。未固化和完全固化时,预浸料的比热容和热导率随着温度的增大线性增加;在固化过程中受温度和固化度的双重影响,在固化反应前期,比热容和热导率有一个突变,在温度和固化度的作用下表现出先增大后减小的趋势。此外,通过混合定律和分段线性关系来描述比热容和热导率随温度和固化度的变化关系,结果有助于提高数值模拟中参数的准确性。

关键词： 定向钢纤维增强水泥基复合材料   边界效应模型   等效断裂韧度   拉伸强度   断裂破坏曲线  

摘要： 基于边界效应模型基本理论,建立了钢纤维长度与特征裂缝长度之间的关系,计算了定向钢纤维增强水泥基复合材料(ASFRC)的等效断裂韧度和拉伸强度,进而得到了ASFRC材料的断裂破坏曲线.结果表明,当离散系数分别取0.4~0.7和0.2~0.4时,可得到较为合理的等效断裂韧度和拉伸强度值.对比分析ASFRC和随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料(SFRC)的断裂破坏曲线可以发现,满足线弹性断裂力学的最小试件尺寸随着离散系数的增大而增大;ASFRC和SFRC的拉伸强度和考虑初始裂缝影响的名义应力随着离散系数的增大而减小.此外,改进的简化解析公式不仅可确定材料的等效断裂韧度和拉伸强度,还可预测试件的破坏.

关键词： 复合材料   剩余强度   疲劳寿命   初始静强度   分布参数  

摘要： 为探讨剩余强度及疲劳寿命与初始静强度分布参数之间的关系,构建基于初始静强度分布参数的剩余强度和疲劳寿命计算模型。在模型构建过程中未涉及复合材料结构的层数、铺层厚度和铺层方向,适应性强。模型参数可通过静力试验和剩余强度试验获得,试验成本相对疲劳试验较低。剩余强度和疲劳寿命与初始静强度变异系数及其分布参数有关,当初始静强度服从威布尔分布时,疲劳寿命亦服从威布尔分布,可为开展疲劳可靠性提供借鉴和参考。算例表明,基于建立的模型,剩余强度计算结果最大误差为-1.58%,疲劳寿命与试验数据吻合较好。

关键词： 复合材料   强度理论   损伤演化   失效判据   断裂模式  

摘要： 失效判据在复合材料的渐进损伤模拟和极限强度预测中具有极其重要的意义.针对各向异性复合材料的损伤-破坏问题,根据理论架构与发展脉络,对现有失效判据进行了分类汇总和全面综述,重点总结了破坏模式无关判据和破坏模式相关判据,分析了基于破坏面假设的相关理论成果,阐述了基于应力不变量进行判据构建的基本理论、方法和模型,并论述了基于应变能和基于损伤参量的两类失效判据.研究表明,各向异性复合材料强度理论发展的基础和主线仍然是二次应力判据,高阶唯象失效判据的合理性和适用性尚需验证;能量判据和损伤判据对于非线性-准脆性复合材料显示出了合理性和适用性,但表达式较为复杂.在深入分析研究的基础上,对复合材料强度理论的发展趋势进行了展望,提出了“损伤-断裂协同理论”这一重点与难点方向,以期对复合材料及其结构的设计、评估与应用提供更有价值的参考.

关键词： 石墨烯增强   多孔复合材料   阶梯圆柱壳   一阶剪切变形理论   Jacobi-Ritz法  

摘要： 对功能梯度石墨烯增强多孔复合材料(FG-GPLRPC)阶梯圆柱壳的振动特性进行了研究。首先,采用Halpin-Tsai微观力学模型以及开胞体理论得到FG-GPLRPC阶梯圆柱壳的有效材料属性。其次,基于一阶剪切变形理论和惩罚参数法推导出壳体结构的能量表达式。最后,采用Jacobi-Ritz法建立壳体结构的振动控制方程,并求得结构的无量纲频率,验证了方法的有效性和正确性。结果表明,石墨烯质量分数、孔隙系数和边界弹簧刚度值对振动特性的影响显著,层数对振动特性的影响较小,尺寸参数对振动特性的影响不同,并得到了壳体频率随周向波数先减小后增大的变化规律。

关键词： 圆柱壳   三相复合材料   石墨烯   固有振动特性  

摘要： 本文以一种石墨烯与碳纤维协同增强三相复合材料圆柱壳为研究对象,研究了在任意边界条件下该新型功能梯度三相复合材料圆柱壳的自由振动特性.首先,基于一阶剪切变形理论、Von-Karman几何非线性关系和Hamilton原理,推导了三相复合材料圆柱壳结构运动控制方程.然后,应用Galerkin法离散求解三相复合材料圆柱壳的固有频率和模态振型.最后通过将本文方法与Abaqus仿真结果进行对比,验证了本文方法的准确性.此外,本文进一步分析了石墨烯质量分数、功能梯度形式和边界条件等不同因素对新型三相复合材料圆柱壳固有振动特性的影响.

关键词： 可靠性分析   基自适应PC-Kriging   主动学习   加权K均值聚类   复合材料机翼   随机固有频率  

摘要： 针对复合材料机翼随机固有频率可靠性分析复杂、高维、高度非线性和计算时间长的问题,本文提出了一种主动学习基自适应PC-Kriging模型的可靠度算法。在基自适应PC-Kriging模型中,采用一种基自适应策略来确定多项式混沌展开部分的正交多项式基,以近似数值模型的全局响应,Kriging用于高阶非线性插值以近似数值模型的局部响应。在主动学习可靠度计算框架中,引入加权K均值聚类,在一次迭代中添加K个对失效概率贡献较大的候选样本点以减少迭代次数和加快收敛速度。通过一个高度非线性的数值算例分析,证明了所提方法的有效性和准确性。将该方法应用于复合材料板和复合材料机翼的随机固有频率可靠性分析,获得了准确高效的可靠度计算结果。

关键词： 聚丙烯   填料增强   界面增强机理   多尺度效应  

摘要： 聚丙烯是一种性能优良的热塑性通用树脂,具有透明、质轻、耐热、电绝缘和良好的加工性能,广泛应用于纤维制品、汽车零部件、输送管道和包装材料等领域。与环氧树脂等极性材料相比,共混法制备的复合材料界面相容性差,因此研究聚丙烯复合材料的界面增强尤为重要。文章分析近十年有关聚丙烯复合材料界面增强研究,概述了五种界面黏接机理,包括化学键合理论、机械互锁理论、界面扩散理论、界面浸润理论和界面结晶理论,对施胶剂/涂层处理、纳米材料“多尺度”修饰填料表面,通过分子自组装作用、诱导界面结晶的聚丙烯基体改性等界面增强方法进行评述,最后展望了聚丙烯复合材料界面研究的未来机遇和挑战。

关键词： 纤维增强树脂基复合材料   桥梁工程   应用现状   发展方向  

摘要： 为满足恶劣环境条件下现代化桥梁工程高质量建造所需材料的力学性能、耐腐蚀性及耐疲劳性等要求,基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了主要的解决思路。

关键词： 聚乳酸   结晶性能   导电性能   力学性能  

摘要： 通过溶液吸附⁃熔融法制备了具有低逾渗高导电性能的左旋聚乳酸/右旋聚乳酸/碳纳米管(PLA/PDLA/CNTs)复合材料。在PLA/CNTs复合材料内部通过添加PDLA以提高复合材料的结晶性能,起到良好的体积排斥作用,促进了CNTs的分散,对PLA/PDLA/CNTs复合材料的导电网络结构进行有效调控;随着PDLA含量的增加,PLA/PDLA/CNTs复合材料的导电性能表现出了先增加后降低的趋势,当PDLA的含量仅为0.2%时,PLA/0.2%PDLA/0.6%CNTs的电导率从10^(-6) S/m提升到了10^(-4) S/m,提高了2个数量级,并且复合材料的导电逾渗值从0.58%(PLA/CNTs)降低到0.45%(PLA/PDLA/0.6%CNTs)。此外,CNTs和PDLA的引入可以有效的提高复合材料的结晶性能和复数黏度,相比于纯PLA,PLA/0.5%PDLA/0.6%CNTs的开始结晶温度(T_(o))和最大峰结晶温度(T_(p))分别提高了30.6℃和20.8℃。通过力学性能数据分析发现,在CNTs和PDLA的协同作用下,PLA/PDLA/CNTs复合材料的拉伸强度得到进一步的改善。因此,在PLA/CNTs复合材料中通过添加PDLA可以对导电网络结构进行有效调控的同时,改善其力学性能,为提升导电复合材料的综合性能提供了新方法。