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要用好材料,首先要认识材料。复合材料具有与常规传统材料完全不同的材料特征,本质上是结构物,具有独特的优势和特殊的薄弱环节。为此,复合材料结构设计需要完全不同的设计理念:整合设计是有效利用复合材料综合优势的途径,要设计好材料,用好增强纤维,还要处理好特殊的薄弱环节。用好纤维,关键是正确设计细观纤维结构,基础是要了解和掌握复合材料力学性能机理。以木质纤维、木质素磺酸铵、尿素为原料,并添加磷酸二氢铵阻燃剂,然后通过高温热压处理工艺制备木质素基环保型纤维板.采用锥形量热仪测试了阻燃剂对纤维板阻燃性能的影响.结果表明:阻燃剂促进了纤维板的成炭过程,降低了纤维板的热释放速率、烟比率峰值和CO2释放速率,减少了可燃性挥发物的产生,使纤维板的阻燃性能得到明显改善.碳纤维增强树脂基复合材料生产过程中会产生孔隙的缺陷,孔隙会对性能造成影响,故需要对孔隙含量进行标定。以碳纤维增强双马酰亚胺树脂为研究对象,分别采用密度法、显微照相法、超声检测法、高精度X射线数字成像法等4种方法,对热压罐和微波固化成型法制备的层压板孔隙缺陷进行检测,并计算其孔隙率。研究结果表明,显微照相法、高精度X射线数字成像技术法测试的孔隙率接近,密度法的误差较大。
采用真空辅助灌注成型工艺与热压罐成型工艺,分别制备不同增强材料的标准压缩试样和含缺陷的压缩试样。压缩测试实验结果表明,压缩载荷下波纹缺陷引起压缩弹性模量和强度显著减小,并且对压缩强度的影响更加明显;同时,均一波纹对复合材料板材的压缩强度与压缩弹性模量的影响比梯度波纹更大;此外,波纹对碳纤维预浸料增强复合材料的力学性能影响更大,层间剪切破坏是试样主要失效机制,并且在纤维波纹的偏转角处,试样易发生横向剪切破坏。采用有限元法,对倒装式基层沥青路面结构的力学行为进行分析.结果显示:倒装式基层沥青路面结构面层的底面受拉应力作用,随着轴载的增大,拉应力近似呈线性递增;倒装式基层沥青路面结构的底面拉应力明显小于典型半刚性基层沥青路面结构的底面拉应力,因而具有更好的抗裂性;级配碎石层底面始终处于受压状态.研究沥青作为一种新的增韧剂,对环氧树脂的增韧效果,并测试分析不同含量的沥青对环氧树脂的韧性影响。结果表明,添加2%的沥青时,环氧树脂冲击韧性提高120%;环氧树脂的拉伸强度和模量随沥青含量的增加变化不大。红外分析结果表明,沥青和环氧树脂之间没有发生化学作用。差示扫描热分析结果显示,沥青含量超过2%之后,固化产物玻璃化转变温度有一定程度降低。
采用动态剪切流变仪对基质沥青和SBS改性沥青进行流变测试评价,利用应力扫描方式评价了这2类沥青在60℃下的屈服特性和线性黏弹区间,利用频率扫描考察了其结构松弛特性.结果表明:基质沥青和SBS改性沥青具有明显不同的流变特点,前者在60℃下存在明显的屈服特征和线性黏弹区间,而后者只呈现出整体的屈服行为,并不存在明显的线性弹区间;由于高弹性SBS改性剂的引入,使改性沥青结构松弛时间变小,从而使其可回复能力远高于基质沥青.碳纤维增强复合材料(简称CFRP)是一种优良的新型结构材料,同时具有较好的自感知特性,其力阻效应(电阻随应变的变化)明显。本文综述了对碳纤维单丝、CFRP筋材和CFRP板等不同形式材料力阻效应的研究现状,总结了力阻效应灵敏度指标的相关研究成果,并对其变化规律及机理进行了探讨,指出了应用CFRP材料构建智能结构体系需进一步开展的研究工作。本文针对风电叶片常用的多轴向经编织物的建模方式进行研究,主要通过计算纤维失效进行分析验证。因此本文首先探讨了复合材料的多个纤维失效准则,并对其优缺点作出对比,选取Puck准则进行下一步分析。接着对Puck准则进行了详细描述。后研究了多轴向经编织物采用多层单轴向经编织物分层建模和通过合理等效简化成一层单轴织物建模,两者建模方式及纤维失效结果的差异,证明两种建模方式均是可行的,采用简化建模更能减少工作量。