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要用好材料,首先要認(rèn)識材料。復(fù)合材料具有與常規(guī)傳統(tǒng)材料完全不同的材料特征,本質(zhì)上是結(jié)構(gòu)物,具有獨(dú)特的優(yōu)勢和特殊的薄弱環(huán)節(jié)。為此,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要完全不同的設(shè)計(jì)理念:整合設(shè)計(jì)是有效利用復(fù)合材料綜合優(yōu)勢的途徑,要設(shè)計(jì)好材料,用好增強(qiáng)纖維,還要處理好特殊的薄弱環(huán)節(jié)。用好纖維,關(guān)鍵是正確設(shè)計(jì)細(xì)觀纖維結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)是要了解和掌握復(fù)合材料力學(xué)性能機(jī)理。以木質(zhì)纖維、木質(zhì)素磺酸銨、尿素為原料,并添加磷酸二氫銨阻燃劑,然后通過高溫?zé)釅禾幚砉に囍苽淠举|(zhì)素基環(huán)保型纖維板.采用錐形量熱儀測試了阻燃劑對纖維板阻燃性能的影響.結(jié)果表明:阻燃劑促進(jìn)了纖維板的成炭過程,降低了纖維板的熱釋放速率、煙比率峰值和CO2釋放速率,減少了可燃性揮發(fā)物的產(chǎn)生,使纖維板的阻燃性能得到明顯改善.碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生孔隙的缺陷,孔隙會對性能造成影響,故需要對孔隙含量進(jìn)行標(biāo)定。以碳纖維增強(qiáng)雙馬酰亞胺樹脂為研究對象,分別采用密度法、顯微照相法、超聲檢測法、高精度X射線數(shù)字成像法等4種方法,對熱壓罐和微波固化成型法制備的層壓板孔隙缺陷進(jìn)行檢測,并計(jì)算其孔隙率。研究結(jié)果表明,顯微照相法、高精度X射線數(shù)字成像技術(shù)法測試的孔隙率接近,密度法的誤差較大。
采用真空輔助灌注成型工藝與熱壓罐成型工藝,分別制備不同增強(qiáng)材料的標(biāo)準(zhǔn)壓縮試樣和含缺陷的壓縮試樣。壓縮測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壓縮載荷下波紋缺陷引起壓縮彈性模量和強(qiáng)度顯著減小,并且對壓縮強(qiáng)度的影響更加明顯;同時,均一波紋對復(fù)合材料板材的壓縮強(qiáng)度與壓縮彈性模量的影響比梯度波紋更大;此外,波紋對碳纖維預(yù)浸料增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能影響更大,層間剪切破壞是試樣主要失效機(jī)制,并且在纖維波紋的偏轉(zhuǎn)角處,試樣易發(fā)生橫向剪切破壞。采用有限元法,對倒裝式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為進(jìn)行分析.結(jié)果顯示:倒裝式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)面層的底面受拉應(yīng)力作用,隨著軸載的增大,拉應(yīng)力近似呈線性遞增;倒裝式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的底面拉應(yīng)力明顯小于典型半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的底面拉應(yīng)力,因而具有更好的抗裂性;級配碎石層底面始終處于受壓狀態(tài).研究瀝青作為一種新的增韌劑,對環(huán)氧樹脂的增韌效果,并測試分析不同含量的瀝青對環(huán)氧樹脂的韌性影響。結(jié)果表明,添加2%的瀝青時,環(huán)氧樹脂沖擊韌性提高120%;環(huán)氧樹脂的拉伸強(qiáng)度和模量隨瀝青含量的增加變化不大。紅外分析結(jié)果表明,瀝青和環(huán)氧樹脂之間沒有發(fā)生化學(xué)作用。差示掃描熱分析結(jié)果顯示,瀝青含量超過2%之后,固化產(chǎn)物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有一定程度降低。
采用動態(tài)剪切流變儀對基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行流變測試評價,利用應(yīng)力掃描方式評價了這2類瀝青在60℃下的屈服特性和線性黏彈區(qū)間,利用頻率掃描考察了其結(jié)構(gòu)松弛特性.結(jié)果表明:基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青具有明顯不同的流變特點(diǎn),前者在60℃下存在明顯的屈服特征和線性黏彈區(qū)間,而后者只呈現(xiàn)出整體的屈服行為,并不存在明顯的線性彈區(qū)間;由于高彈性SBS改性劑的引入,使改性瀝青結(jié)構(gòu)松弛時間變小,從而使其可回復(fù)能力遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(簡稱CFRP)是一種優(yōu)良的新型結(jié)構(gòu)材料,同時具有較好的自感知特性,其力阻效應(yīng)(電阻隨應(yīng)變的變化)明顯。本文綜述了對碳纖維單絲、CFRP筋材和CFRP板等不同形式材料力阻效應(yīng)的研究現(xiàn)狀,總結(jié)了力阻效應(yīng)靈敏度指標(biāo)的相關(guān)研究成果,并對其變化規(guī)律及機(jī)理進(jìn)行了探討,指出了應(yīng)用CFRP材料構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)體系需進(jìn)一步開展的研究工作。本文針對風(fēng)電葉片常用的多軸向經(jīng)編織物的建模方式進(jìn)行研究,主要通過計(jì)算纖維失效進(jìn)行分析驗(yàn)證。因此本文首先探討了復(fù)合材料的多個纖維失效準(zhǔn)則,并對其優(yōu)缺點(diǎn)作出對比,選取Puck準(zhǔn)則進(jìn)行下一步分析。接著對Puck準(zhǔn)則進(jìn)行了詳細(xì)描述。后研究了多軸向經(jīng)編織物采用多層單軸向經(jīng)編織物分層建模和通過合理等效簡化成一層單軸織物建模,兩者建模方式及纖維失效結(jié)果的差異,證明兩種建模方式均是可行的,采用簡化建模更能減少工作量。