仿生叠层复合材料的研究现状与发展

一些天然的生物材料在结构和性能上具有优异的匹配性 ,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示 文中在分析某些天然生物材料的强韧化机理的基础上 ,系统地介绍了仿生复合材料尤其是叠层复合材料的仿生设计原理、制备方法、主要研究内容和现状 指出考虑工艺参数的影响 ,制备出材料并建立相关条件下的仿生模型 ,对材料在应用领域的发展具有积极意义     

仿生含油叠层复合材料的高温摩擦学性能

为了改善聚合物的高温摩擦学性能,从仿生学设计角度出发,将聚α烯烃(PAO)润滑油加入聚合物获得含油聚合物,并将含油聚合物填充至叠层沟槽表面,制备了含油叠层复合材料,并利用销盘摩擦试验机研究了不同温度下该材料的摩擦学性能。摩擦试验结果表明:随着试验温度升高,无油叠层复合材料的摩擦因数显著增大,并在150℃时发生润滑失效;含油叠层复合材料在25~150℃范围内具有极低的摩擦因数,但在200℃时平均摩擦因数增大到0.18。采用扫描电子显微镜进行磨损表面形貌分析,发现在高温摩擦时,无油叠层复合材料的金属表面为严重的磨粒磨损,聚合物表面为烧蚀磨损;含油叠层复合材料的金属表面为轻微的擦伤,聚合物表面为塑性流动。分析表明,含油聚合物的多孔结构中储存着润滑油,在温度激励下润滑油发生迁移运动,在热驱动下润滑油向摩擦表面渗出并能形成稳定的润滑油膜,从而改善了叠层复合材料的高温润滑寿命。     

用无梯度仿生技术对叠层复合材料方板开孔形状优化

为了改善叠层复合材料方板孔周应力分布,采用一种无梯度仿生技术——固定网格渐进优化方法,建立了等限制Tsai-Hill准则——即使孔周的限制Tsai-Hill值更加均匀,来求解切孔形状优化问题。用各向同性材料方板在二轴拉力荷载下单孔形状优化的例子验证了方法的正确性。研究了按照[±45°/0°/90°]对称搁置的碳纤维/环氧树脂材料准各向同性叠层复合材料方板受单拉和拉剪荷载的例子。优化后的孔形在Tsai-Hill强度值的均匀度上比正方形开孔有了显著的改善,计算结果比传统的渐进优化方法更精确和更光滑。     

仿生材料设计与制备的研究进展

自然界中一些生物体的优异结构和特性给人类在不断制造和更新新型材料的过程中带来灵感和启发．根据这些生物体的优秀特征综述仿生材料的主要设计思想和方法，重点分析目前一些典型仿生材料如仿生复合材料、仿生陶瓷材料、仿生纳米材料和仿生涂层材料等设计和制备研究的新进展和存在的困难，并提出一些新的材料设计思想方法和制备的模型，对仿生材料的设计和研究等均具有指导意义，最后则展望了仿生材料的发展前景．     

复合材料叠层结构的屈曲理论研究

现行的求临界力的理论用于求解具有物理和几何耦合变形的复合材料叠层结构时，可能会得出不真实的结果．本文对此进行了研究，提出了求临界力的”非线性一耦合前屈曲二级线性—一级线性”的理论，并为算例分析所证实．     

地基上复合材料叠层梁的稳定性

利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出了复合材料叠层梁稳定性问题的控制方程和边界条件，并由此进一步导出了Ｗｉｎｋｌｅｒ－Ｐａｓｔｅｒｎａｋ地基上叠层梁稳定性问题的控制方程，其次，在不同的边界条件下，利用此控制方程获得了相应的屈曲载荷方程，并进行了具体的数值计算，同时讨论和分析了地基参数对屈曲载荷的影响，得到了一些很有价值的结论。     

复合材料非均匀（变厚度）叠层梁的研究

在铁摩辛柯各向同性梁理论的基础上，利用迭合刚度法和Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出了适合于复合材料叠层梁静支力分析的梁理论。此理论能够考虑同剪切变形和旋转惯性的影响，而且便于分析和求解叠层梁的各种静动力问题。     

性能可调的自润滑叠层复合材料的摩擦学行为研究

以硅钢叠片为强性层,以含MoS2、石墨和环氧树脂构成的复合自润滑材料为塑性层,采用叠装-粘接工艺制备了强性层-塑性层相间的叠层复合材料.通过控制叠片数量,得到了塑性层含量可调的叠层复合材料.采用球-盘摩擦实验机对叠层复合材料的干摩擦性能进行了评价,结果表明:与无塑性层的叠层复合材料相比,含塑性层的叠层复合材料的摩擦学性能得到了明显改善.在载荷为6N、往复频率为4Hz的条件下,塑性层的面积比为40%的叠层复合材料的摩擦系数为0.15,磨损率为3.8×10-7 mm3/(N.m),比无塑性层的叠层复合材料分别降低了76.7%和96%.由磨痕表面的能谱分析发现,叠层复合材料的强性层表面含有C、S、Mo等元素,而在塑性层表面含有Fe、Si等元素,表明在摩擦热作用下塑性层的润滑剂渗出,并转移到摩擦表面形成转移膜,同时塑性层具有嵌藏金属磨屑的能力.在强性层与塑性层的协同作用下,叠层复合材料具有优异的耐磨减摩性能.     

拉弯耦合对复合材料叠层板稳定问题的影响

本文用动态松弛法(DR法)研究了拉弯耦合对复合材料叠层板稳定问题的影响。对受均匀单轴压力的碳/环氧正交铺设简支叠层平板和微曲板的数值结果表明,拉弯耦合对不对称叠层板稳定问题的影响是显著的。     

MoSi_2/Mo叠层复合材料的制备及结构表征

以MoSi2作为基体材料,金属Mo作为夹层材料,采用常压烧结法制备了MoSi2-Mo叠层材料.利用X射线衍射仪、光学显微镜、电子探针(EPMA)等重点研究了MoSi2-Mo叠层材料的物相、显微组织结构,把微观结构和宏观性能的研究结合起来.通过金相显微镜和电子探针,从微观上对叠层材料的界面结合状态进行了分析,发现在MoSi2层与Mo层的界面结合处,层与层结合紧密,二者的化学相容性较好,没有发生不良化学反应.     

复合材料对称叠层板非经典弯曲问题的解析解

本文应用作者以前提出的一种考虑横向剪切变形的叠层板理论，研究了二对边为简支另二对边为任意支承的复合材料矩形对称叠层板的静力弯曲，获得了该问题的解析解，并对其影响因素进行了研究。实例计算表明，其它文献所给的有限元数值结果与本文计算结果一致。     

正交各向异性叠层复合材料板弯曲分析的有限单元法

文中构造出２０结点４８自由度三维退化层合板单元,用于分析各层片均为正交各向异性的叠层复合材料板的弯曲问题。该单元继承了文单元的优点,增强求解复合材料板的功能,对最有较强的适应性。对比同类问题分析,基于单层和分层理论的各类数值方法及状态空间理论的精确解法。本文方法简便易行,有相当的精度保证,求解效率也远高于上述诸法,是一种适合于结构总体分析的有效方法。     

泡沫铝／PC树脂／铝合金叠层复合材料及其制备方法

江苏大学的“泡沫铝／PC树脂／铝合金叠层复合材料及其制备方法”技术被授予国家发明专利．本发明涉及一种新型的碰撞安全材料，特指泡沫铝／PC树脂／铝合金叠层复合材料及其制备方法，可用于汽车保险杠、外壳等部件．其以LY12型铝合金板、PC树脂及泡沫铝为原材料；以铝合金板／泡沫铝厚度比1：3～1：5，填充PC树脂，采用热压固化工艺制备而得．本发明冲击性能出色，且铝合金表面无喷漆方面的技术难题，工艺简单密度小，比强度、比刚度高，价格便宜，性能／价格比高．根据性能的要求，调整泡沫铝、树脂及铝合金板的比重，可以得到不同的性能设计．     

镁基复合材料制备技术研究现状

综述了目前镁基复合材料研究中常用的制备方法，介绍了目前常用的搅拌铸造法、熔体浸渍法、粉末冶金法、原位反应自生法和喷射沉积法等制备方法的原理和制备技术。     

CNTs增强镁基复合材料研究现状

本文综述了碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法和研究现状,介绍了目前常用的熔体搅拌法、消失模铸造法、粉末冶金法、熔体浸渗法和预制块铸造法等制备方法的原理和制备技术。     

磁场强度对叠层复合材料摩擦学性能的影响

采用叠装-粘接工艺制备了不同润滑剂含量的钢-聚合物叠层复合材料,以GCr15钢球为摩擦配副,在球-盘摩擦试验机上考察叠层复合材料在不同磁场强度下的摩擦学性能.摩擦实验结果发现:随着磁场强度增大,不含润滑剂的叠层复合材料(S0)的摩擦系数和磨损率均发生显著降低;含润滑剂的叠层复合材料(S4)的摩擦系数和磨损率先缓慢降低后增大.用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察磨损表面形貌和元素分布,分析其磨损机理表明:细小磨屑被磁场吸附在接触表面并形成了滚珠效应,显著改善了S0的磨粒磨损和粘着磨损;在摩擦热和涡流热作用下,润滑剂迁移到硅钢表面并形成转移膜,使得S4具有良好的润滑性能;在无磁场时S4的聚合物表面发生疲劳剥落,在磁场作用下聚合物以塑性流动和粘着磨损为主.     

汽车造型设计中的形态仿生研究

自汽车诞生之日起,仿生形态便开始有意无意地运用在车型的设计中。它以独特的代码解放着固有造型模式的设计形态,传递着整个设计的理念。文章通过对形态仿生的含义、分类及其在汽车造型中的应用分析,明确了仿生形态已成为指导汽车造型设计的一个重要手段,它不仅营造了人与物、人与自然、人与社会之间和谐共生的局面,也为设计找到了一种新的形式,极大地丰富了汽车的造型设计。     

聚合物/蒙脱石纳米复合材料的研究现状与发展前景

对近十年来聚合物／蒙脱石纳米复合材料研究进展和现状进行总结，对几种主要的聚合物基纳米复合材料从制备机理、制备方法，对材料的性能改善以及应用开发前景进行了归纳。针对聚合物／蒙脱石纳米复合材料的插层复合、原位聚合等制备方法进行了详细论述。