GFRP层合板近缘和边缘低速冲击损伤数值模拟研究

近缘和边缘冲击对复合材料的剩余强度有较大的影响.基于应力描述的三维Hashin失效准则,结合改进Camanho退化方案,考虑冲击接触时间对试件冲击损伤,借助ABAQUS模拟玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料(GFRP)层合板的近缘和边缘冲击损伤与演化,同时采用Cohesive单元模拟层间界面,通过改进的Vumat子程序模拟...     

含对称穿透分层损伤复合材料层合板准三维分析

采用以准三维模型为基础的非线性有限元,研究了具有对称穿透分层损伤的复合材料层合板在均匀面内压缩载荷作用下的后屈曲变形,并结合虚裂纹闭合技术（ＶＣＣＴ）,计算了分层前缘的层间能量释放率各型分量。数值分析表明,含对称中心分层损伤斜交铺层复合材料的层合板在压缩载荷作用下,其分层扩展能量释放率与分层子板压缩方向上的刚度有关。     

碳纤维/环氧树脂复合材料在爆炸冲击下的微损伤分析

采用光学显微镜和 JEM- 6 30 1F场发射扫描电镜 ,观察了多向编织碳纤维 /环氧树脂复合材料在不同载荷下的断口和微损伤形貌 ,并分析其破坏形式和损伤过程。目的是为复合材料的结构设计和制造提供依据。实验结果表明 :低速加载下断裂过程依赖于应力的传递特性 ,表现为脆断 ,纤维断裂主要是由纤维表面缺陷引起的。在爆炸冲击下 ,试件碎裂区纤维呈现出剪切断裂和脱粘拔出 ,纤维间树脂呈层状或河流状花样 ;爆炸产生的复杂应力将首先择优作用于编织束界面上 ,形成沿束界面扩展的裂纹     

二维单轴与二轴编织铺层复合材料压缩性能

研究了编织角和纤维体积分数的变化对二维单轴和二轴编织铺层复合材料压缩性能的影响,分析了两种复合材料试样的压缩破坏模式。结果表明:当两种结构的编织角和纤维体积分数相同时,二维单轴编织铺层复合材料的压缩强度和压缩模量均高于二维二轴编织铺层复合材料;当承受沿试样长度方向压缩载荷时,两种复合材料试样中编织角较小的区域破坏较为严重,且层内裂纹沿试样厚度方向延伸,但其在层间的延伸并不连续。研究表明二维单轴编织铺层复合材料中纤维屈曲的减少对提高复合材料的压缩性能有明显效果。     

织物结构对增强复合材料层间断裂韧性的影响

采用粘贴片式双悬臂梁(DCB)试件和端部切口弯曲(ENF)试件研究了平纹织物的经纬纱密度对玻璃平纹织物/环氧树脂复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性的影响.实验结果表明,织物的密度对层间断裂韧性有显著的影响.提出了在织物增强复合材料层合板中,基体在织物孔洞中形成层间铆接,并研究了其与层间GⅠC和GⅡC的关系.     

碳纤维／环氧树脂复合材料的热氧老化机理

以碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象，分别采用失重法、静态与动态（DMTA）力学性能测试和IR分析，研究了其热氧老化规律与机理。结果表明：在热氧老化条件下，碳纤维/环氧树脂复合材料的失重率与时间之间的关系服从指数规律；其弯曲强度保留率在25℃热氧老化条件下与老化时间无关，而在100和150℃条件下则随时间呈指数规律衰减，并且温度越高，其弯曲强度保留率下降越快；DMTA与IR分析结果一致，25和100℃的条件下，碳纤维/环氧树脂复合材料的老化形式为物理老化，而在150℃的条件下，则既有物理老化，又有化学老化。     

温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响

利用带有温度控制装置的分离式霍普金森杆(SHPB)测试碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的冲击压缩性能,分析温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响.结果表明:温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的面外冲击压缩模量、最大应力及破坏形态都有很大影响.随着温度的增加,纤维与树脂界面变弱,最大应力减小,压缩模量减小;随着应变率的增加,最大应力增加,压缩模量变大.通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,纤维与树脂界面在100℃时发生变化,有大量纤维束从经、纬纱中被拉出,导致纤维束无规则断裂.     

平纹编织复合材料层板单面挖补修理的附加铺层分析研究及试验验证

针对平纹编织复合材料在航空中的不断应用与该类型层板维修研究的缺失性,根据不同附加铺层的平纹编织复合材料层板维修工况,进行了三维有限元模型分析计算,制订了综合母板、胶层、补片的多重失效准则,并进行了相应的试验验证,得到结论如下:附加层的铺设对于提高修补板强度有积极的效果,试验中发现增加附加铺层数会由于粘接区域的增加,而导致更多的维修缺陷影响恢复效果,建议修理中附加铺层数不宜过多;铺层条件下的平纹编织碳纤维/环氧材料层板结构最佳附加铺层为一层,结构最高修复强度恢复率达到了65.57%,该结论也可为其他类型的平纹编织复合材料层板维修提供参考。分析过程中采用的三维有限元修补模型得到的强度值和破坏区域与试验数据基本吻合,说明计算模型与失效准则能够满足维修设计的需求,为实际修理提供较为准确的参考指标。     

三维角联锁机织复合材料有限元分析

在理想假设条件下,分析了三维角联锁机织复合材料的细观几何结构.将建立的几何模型导入有限元软件ANSYS 13.0,通过布尔运算建立了具有复杂细观结构的三维角联锁机织复合材料的模型,并利用ANSYS 13.0对其弹性模量进行了预测.利用真空辅助树脂传递模塑成型技术获得试件,在试验机上对试件进行测试,测得试件弹性模量.将弹性模量预测值与试验值进行比较,验证了该有限元模型的正确性.     

冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟分析

为了研究钛合金/碳纤维增强复合材料(Ti/CFRP)层合板结构的抗冲击性能,采用基于三维Hashin准则的VUMAT材料子程序模拟复合材料层合板的损伤失效,采用内聚力单元模拟层合板与钛合金之间的胶层,采用Johnson-Cook本构模型模拟钛合金的塑性变形及失效,建立了Ti/CFRP层合板结构的冲击损伤有限元模型。分别讨论了冲击动能、钛板的厚度及复合材料的铺层角度等因素对层合板结构的抗冲击性能的影响,结果显示增加钛板的厚度可以有效提高层合板结构的抗冲击性能,Ti/CFRP层合板结构承受冲击载荷发生损伤失效时,失效模式以基体失效与拉伸分层失效为主,合理选择铺层角度可以改善复合材料层合板的抗冲击性能。分析结果可为Ti/CFRP层合板结构的设计及工程应用提供参考。     

溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合材料光催化降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯、正硅酸四乙酯制备了TiO2/SiO2复合材料,利用XRD对复合材料的物相结构进行了表征,表明制备的TiO2/SiO2复合材料为锐钛矿型.FTIR表明复合材料形成了Si—O—Ti的网络结构,TG-DTA表明复合材料的热性能提高.以罗丹明B为降解物,探讨了该复合材料的光催化活性,考察了固液比、pH值、时间对降解效果的影响,结果表明,TiO2/SiO2复合材料对罗丹明B降解率明显高于纯TiO2,当固液比为6g/L、pH为6、降解时间为120min时降解率可达到94.59%.     

Representation of 3D Woven Structures by Parametric Method

A parametric method is developed to quantitatively represent the microstructure of 3D woven structures. Different binding patterns, such as angle interlock and orthogonal interlock with through-thickness or layer-to-layer bindings, are classified. A unit cell of 3D woven structure is defined with four constituent yarn systems represented by nine structural parameters. A mapping relationship between the 3D woven structure and corresponding representative parameters is thus established. The study indicates that four out of the nine parameters are necessary to represent a 3D woven structure with an angle interlock binding, and that five parameters are required to describe a 3D woven structure with an orthogonal interlock binding. Once the structural parameters are determined, the pattern of 3D woven structures can be unambiguously identified, and vice versa. In addition to the purpose of structure presentation, the method can be further used as a means for designing 3D woven structure to meet the performance requirements of 3D woven composites.     

人工气候老化对热塑性弹性体SBS结构与性能的影响

利用紫外老化试验箱,对热塑性弹性体SBS进行人工加速老化实验,采用色度计、显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和力学试验机研究人工气候老化对SBS的颜色、表面形貌、显微结构和力学性能的影响.结果表明:随着老化时间的延长,SBS表面颜色逐渐变黄,裂纹逐渐变密,有羰基>CO生成,试样的断裂强度、扯断伸长率和撕裂强度先迅速降低,然后趋于稳定;而邵氏硬度随老化时间逐渐增大;其力学性能向硬而脆的方向发展;扯断伸长率变化幅度是检测降解变化的最明显指标.     

铁酸铋负载石墨烯复合材料的制备及应用

为了降解工业废水,制备了铁酸铋负载石墨烯复合材料,并将其应用于工业废水降解中。制备氧化石墨烯和铁酸铋,在水热反应釜中,通过水热法制备铁酸铋负载石墨烯复合材料。利用X射线衍射分析和透射电子显微镜分析对复合材料进行表征。发现铁酸铋负载石墨烯复合材料衍射峰强度和铁酸铋相比向低位移动,说明复合材料被还原;铁酸铋纳米颗粒较均匀地分布于石墨烯表面上,说明铁酸铋负载石墨烯复合材料可有效结合铁酸铋与石墨烯。将制备材料应用于工业废水降解中,结果表明:降解5个月后,复合材料表层出现孔穴;降解10个月后,复合材料孔穴增加,有粗大的纤维裸露;经铁酸铋负载石墨烯复合材料降解后,废水p H、COD值以及色度均明显降低;工业废水在400 nm处出现吸收峰,在光催化时间逐渐增加的情况下,吸收峰逐渐降低,反应150 min后,吸收峰基本消失,水样色度也显著降低;制备复合材料降解率和反应速率常数最高;铁酸铋负载石墨烯复合材料在经多次使用后仍可保持很高的降解率。可见制备复合材料有助于工业废水降解,有更高的光催化性能,稳定性很高,可承受长时间多次循环使用,可将其应用在工业废水降解环境中。     

有/无填充介质对裂纹动态断裂特性影响的实验研究

为了研究有/无填充介质对裂纹动态断裂特性的影响,利用动态焦散线实验方法结合高速相机对含预制缺陷的试件进行了三点弯冲击断裂实验。研究结果表明:冲击载荷作用下运动主裂纹与预制缺陷贯通后,预制裂纹中有/无填充介质影响次生裂纹的起裂位置、数量、起裂模式、起裂所需时间。在预制裂纹中无填充介质的情况下,沿预制裂纹左右两侧对称产生2条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ+Ⅱ混合模式断裂;在填充环氧树脂介质情况下,沿预制裂纹中心处产生1条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ型断裂;同时无填充介质试件次生裂纹起裂所需时间大于填充了环氧树脂的试件。     

重配置与周期再生相结合的软件再生模型

针对持续运行软件系统中的老化问题,提出一种重配置与周期再生相结合的软件再生方法.采用连续时间马尔可夫链对两阶段衰退软件系统的工作模式进行建模,给出系统可用性和单位时间平均成本的形式化定义与分析,并以可用性和成本作为评价标准计算相应的最佳再生周期,推导出了采用重配置的临界条件.仿真结果表明,随着重配置成功率的提高,系统的可用性增加,成本降低,当重配置成功率为1时,与纯周期再生方法相比,采用结合重配置的软件再生方法可使系统单位时间宕机成本降低48.9%.     

生物模板法制备高性能Co/ZnO太阳光催化剂

为了提高太阳光的光催化效率,以二水合乙酸锌、六水合硝酸钴为原料,以竹纤维为模板,采用浸渍-热转化制备了钴掺杂摩尔分数为0%～4.0%的Co/ZnO复合材料.利用X-射线衍射、扫描电镜、热重分析对复合材料的结构、形貌和物相等进行表征.在太阳光的照射下,使用亚甲基蓝评价复合材料的光催化活性,探究前驱物煅烧时间及钴掺杂量对Co/ZnO催化剂光催化性能的影响.结果表明:当钴掺杂摩尔分数为2.0%时,浸泡2 h获得的前驱物经过600 ℃煅烧2 h制成的Co/ZnO复合材料对亚甲基蓝的降解效率最佳,降解率为91.29     

疲劳拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展分析

贮箱在长时间工作状态下会衍生出很多疲劳裂纹,这些裂纹的存在不仅影响容器的结构强度与使用寿命,还威胁到工作人员的人身安全,因此开展贮箱材料疲劳裂纹的动态扩展以及寿命机理的分析研究。本文通过Franc3D裂纹分析软件,预制不同长深比的半椭圆裂纹试样,研究裂纹动态应力强度因子在疲劳拉伸载荷作用下的变化规律,同时开展裂纹扩展路径、速率和寿命的探究。结果表明,不同长深比的半椭圆裂纹在扩展过程中尖端动态应力强度因子分布规律基本一致,且近表面处强度因子数值大小最高,仿真结果的裂纹形貌仍为半椭圆形;裂纹刚开始扩展时扩展速率近乎相等,随着载荷循环次数的增加,扩展距离呈指数型增长,近表面处的扩展速率最高,长深比c/a小于等于1的裂纹在近表面的扩展速率基本相同。     

Autonomic healing of polymer composites

Structural polymers are susceptible to damage in the form of cracks, which form deep within the structure where detection is difficult and repair is almost impossible. Cracking leads to mechanical degradation of fibre-reinforced polymer composites; in microelectronic polymeric components it can also lead to electrical failure. Microcracking induced by thermal and mechanical fatigue is also a long-standing problem in polymer adhesives. Regardless of the application, once cracks have formed within polymeric materials, the integrity of the structure is significantly compromised. Experiments exploring the concept of self-repair have been previously reported, but the only successful crack-healing methods that have been reported so far require some form of manual intervention. Here we report a structural polymeric material with the ability to autonomically heal cracks. The material incorporates a microencapsulated healing agent that is released upon crack intrusion. Polymerization of the healing agent is then triggered by contact with an embedded catalyst, bonding the crack faces. Our fracture experiments yield as much as 75% recovery in toughness, and we expect that our approach will be applicable to other brittle materials systems (including ceramics and glasses).     

浆锚搭接预制混凝土短柱抗震性能

为了研究浆锚搭接预制混凝土短柱在不同轴压比和纵筋配筋率等因素下的抗震性能,在已有试验的基础上,建立了三维数值模型,验证了数值模型的合理性。设计并建立了5组不同的试件,对比各个试件的破坏模式、滞回性能、延性性能和耗能能力等抗震指标。结果表明:各试件都为压弯破坏,裂缝的分布形态主要表现为左右两侧的水平裂缝和前后两侧的弯剪裂缝;随着轴压比的增大,预制混凝土短柱的承载力呈现增长趋势,延性性能逐渐降低;随着纵筋配筋率的提高,预制混凝土短柱的承载力和耗能能力逐渐增大。