当期目录

2016年 第0卷 第5期    刊出日期：2016-05-25

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基础研究

偶联改性玄武岩纤维增强沥青胶浆性能及机理研究

向 宇,刘朝晖,柳 力,李 盛

2016, 0(5):  5-11. 

摘要 ( 92 )   PDF (10753KB) ( 55 )  

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针对偶联改性玄武岩纤维增强沥青胶浆现有研究现状和不足,采用硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面改性,制备了不同粉胶比和不同纤维掺量的偶联改性玄武岩纤维增强沥青胶浆,通过低温延度、弹性恢复、锥入度及软化点试验,研究了沥青胶浆低、中、高温性能,并对偶联改性玄武岩纤维增强沥青胶浆机理进行分析。研究表明,偶联改性玄武岩纤维与沥青胶浆润湿性好、黏附性强,表面沥青胶浆膜厚度大,纤维力学特性发挥显著,粉胶比在0.8~1.0、纤维掺量在0.4%~0.6%之间时,沥青胶浆抗拉强度、抗剪强度、弹性恢复率及软化点明显提高,沥青胶浆低温抗裂、高温抗剪切、疲劳性能及自愈能力得到较大改善,研究成果对矿物纤维复合材料在道路工程中的推广与应用具有一定的实际意义。

纤维-金属混合夹层梁弯曲性能试验研究

丁洁明,刘伟庆,万 里,王 璐

2016, 0(5):  12-16. 

摘要 ( 91 )   PDF (1304KB) ( 140 )  

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对纤维-金属混合夹层梁(FMS)进行试验,该结构自上而下主要由无碱玻璃纤维、带齿钉金属板、泡桐木、带齿钉金属板、无碱玻璃纤维组成,其中金属板与泡桐木之间采用齿钉相连,金属板与无碱玻璃纤维之间采用不饱和聚酯树脂粘结。通过四点弯曲试验,得到了纤维-金属混合夹层梁(FMS)在不同跨高比下的弯曲性能和破坏模式,并与纤维增强夹层梁(FSS)进行对比,同时根据不同的破坏模式采用不同的理论公式对FMS试件承载力进行验证,结果表明,在跨高比为10、12、16、20、24时,FMS的极限承载力及抗弯刚度均得到了提高,理论求得的承载力值与试验值吻合较好。

预浸带分切卷绕机张力控制研究

朱腾飞,文立伟,肖 军,蔡志强

2016, 0(5):  17-22. 

摘要 ( 80 )   PDF (1698KB) ( 198 )  

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以自动铺丝机所需的预浸窄带作为研究背景,结合自行研制的16丝束预浸带分切卷绕机对卷绕张力开展研究,简要分析讨论了卷绕张力对预浸窄带分切质量、卷绕质量的影响。为了保证预浸窄带的分切质量与卷绕质量,区别于传统的PID控制算法,重点探讨分析了模糊PID算法在闭环控制系统中的应用,将其运用到卷绕张力的精确控制策略中,实现了小张力的精确控制。控制精度可达0.1N,满足预浸窄带的分切要求,保证了分切与卷绕质量,提高了铺丝质量。

含裂纹金属板复合材料胶接修补结构残余热应力分析

牛 勇,穆志韬,李旭东,郝建滨

2016, 0(5):  23-29. 

摘要 ( 105 )   PDF (1592KB) ( 146 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

残余热应力会增大裂纹尖端的应力强度因子SIF,加快疲劳裂纹扩展速率,缩短修补结构的疲劳寿命。利用三维有限元方法,对含裂纹金属板复合材料胶接修补结构中的残余热应力进行了分析,利用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算了修复结构裂纹尖端的SIF。并以SIF为判据,讨论了补片铺层方向、固化温度、胶层的材料参数对修复结构残余热应力的影响。结果表明,[0°/45°/-45°/90°]_s的铺层方式可有效降低残余热应力引起的SIF;残余热应力引起的SIF随着固化温度的升高而线性增加;胶层的材料参数及胶层厚度对残余热应力引起的SIF影响不显著。

压电蜂窝夹层板表面局部分层热屈曲

王一臣,王 熙

2016, 0(5):  30-35. 

摘要 ( 75 )   PDF (1597KB) ( 171 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究含蜂窝芯层的压电复合材料层合板的表面局部分层热屈曲,建立压电蜂窝层板模型,应用能量原理,计算在层板子层发生局部分层情况下,热屈曲的临界温度变化值。比较不同情况下屈曲临界温差的变化,分析不同因素对发生热屈曲时临界温度变化的影响。由计算结果可得,不同分层形状以及铺层角度对临界温度变换都会产生影响,其中以椭圆形分层具有最好的稳定性。同时临界温度变化也会随附加电场强度线性变化,在工程应用中可利用施加电场来有效防止压电层板局部分层发生屈曲。

玻璃钢管体螺纹磨削机器人控制策略研究

尤 波,苗 壮,许家忠,乔 明

2016, 0(5):  36-40. 

摘要 ( 99 )   PDF (1902KB) ( 127 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对玻璃钢管体螺纹磨削机器人作业时对力和位置控制的要求,建立了机器人动力学约束模型,通过对磨削力的建模与分析,采用基于自适应算法的阻抗控制方式。该方法基于机器人和工作对象之间相互作用的分析,实时校正力的参考值,保证机械臂末端的实际作用力能够稳定跟踪期望的磨削作用力。这种方法对因外界环境等未知因素而产生的扰动和误差具有良好的鲁棒性,而且计算量小。基于上述方法,建立机械臂系统的动力学控制器。通过磨削仿真证明该方法具有良好的稳定性,能够满足并符合对机器人实时控制的要求。

玻璃纤维毡增强复合材料的低周拉伸疲劳性能研究

赵德方,阳玉球,张志远,滨田泰以

2016, 0(5):  41-47. 

摘要 ( 144 )   PDF (6614KB) ( 127 )  

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采用玻璃纤维毡和不饱和树脂使用手糊成型的方法制作复合材料,并进行拉伸测试和低周疲劳测试来研究无孔和开孔玻璃纤维毡复合材料的拉伸性能。结果表明,试样的拉伸强度都随着纤维体积含量的增加而增加。在低周疲劳测试中,无孔和开孔试样的拉伸性能在55%载荷水平的低周疲劳作用下基本保持不变,但是在70%以上载荷水平的低周疲劳作用下发生了显著下降。对试样的断裂行为进行了研究,无孔试样拉伸断裂后有分层现象,开孔试样的断裂区域可以分为两个部分,分别为平行区域和扇形区域。特征长度通过使用有限元软件(MSC-Marc)计算出来,和测量出来的平行区域长度很接近,并且随着施加疲劳载荷水平的提高而降低,材料对孔洞的抵抗性降低。最后,对低周疲劳前后的破坏试样进行了扫描电镜观察以比较两者的不同。

苎麻/玻璃纤维混杂复合材料的老化研究及寿命预测

朱坤坤,倪爱清,王继辉

2016, 0(5):  48-54. 

摘要 ( 91 )   PDF (7644KB) ( 79 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强乙烯基树脂制备复合材料,结合船舶在服役环境下的实际情况,通过人工加速老化的方法,对苎麻纤维/玻璃纤维混杂复合材料进行水浸泡老化、盐雾老化和紫外老化实验,研究混杂复合材料的拉伸强度及弯曲强度等随老化时间、老化温度等的变化情况及性能退化趋势,并根据剩余强度模型对混杂复合材料进行寿命预测。研究表明,老化初期阶段试样吸湿趋势主要以浓度梯度推动的菲克扩散为主。老化环境不同,试样强度的衰减程度不同,水浸泡老化对试样影响最大,盐雾老化次之,紫外老化影响相对较少。根据剩余强度模型预测10年后盐雾试样弯曲强度保留率为78.0%,紫外老化弯曲试样强度保留率为81.89%。

应用研究

PVA纤维掺量对钢筋HPFRCC/混凝土复合梁受弯性能的影响

李 艳,潘燕秋,陈卫峰

2016, 0(5):  55-60. 

摘要 ( 106 )   PDF (1382KB) ( 141 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为改善普通钢筋混凝土梁易开裂的缺点,可将受拉区部分混凝土采用同体积的HPFRCC替代形成HPFRCC/混凝土复合梁。基于复合梁的正截面弯曲性能试验,主要研究PVA纤维体积掺量对复合梁受弯性能的影响,研究结果表明,受拉区HPFRCC层的存在,可有效分散裂缝且抑制裂缝的扩展,复合梁的裂缝呈“根系状”分布形态,且随着HPFRCC层内纤维掺量的增加,裂缝变得更加细密;开裂后,PVA纤维的桥接承拉作用使复合梁中受拉钢筋与压区混凝土的应变增长较为迟缓;与普通混凝土梁相比,复合梁的初裂荷载、屈服荷载与极限荷载均有不同程度的提高且开裂荷载的提高幅度最为明显。

碳纤维复合材料金属铜涂层的制备及其导电性能研究

梁 科,张华东,秦文峰

2016, 0(5):  61-64. 

摘要 ( 96 )   PDF (3503KB) ( 261 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

碳纤维复合材料在民用飞机上得到广泛应用,但是由于其差的导电性易受雷击损伤。采用化学镀的方法在碳纤维复合材料试样表面制备了导电金属铜镀层以提高复合材料抗雷击特性。利用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了镀层的表面形貌与晶体结构,研究了硫酸铜的浓度对金属铜镀层的沉积速率与导电性能的影响。结果表明,随着硫酸铜浓度的增加,沉积速率逐渐升高,而镀层电阻值逐渐降低,导电性增加。当硫酸铜浓度为14g/L时,碳纤维复合材料表面铜晶粒均匀,结晶性好,电阻为19.8mΩ/sq,具有良好的导电性。

玄武岩纤维及其复合材料的微波介电性能

姚 勇,何跃川,陈中武

2016, 0(5):  65-67. 

摘要 ( 141 )   PDF (930KB) ( 516 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

考察了玄武岩纤维及玄武岩纤维织物在2~18GHz频率范围的微波介电性能,结果表明玄武岩纤维的介电常数及介电损耗小,玄武岩纤维三轴向布和玄武岩纤维毡的反射损失均小于5dB。采用真空灌注成型法制备了玄武岩纤维-环氧树脂复合材料,采用弓形法测试其在2~18GHz频率范围的反射损耗,结果表明其在整个频段的反射损失均小于10dB,透波性能良好。

上浆剂种类及含量对碳纤维表观性能的影响

欧阳新峰,刘 芳,黄 兴,齐 磊

2016, 0(5):  68-73. 

摘要 ( 103 )   PDF (2097KB) ( 242 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究了不同含量下一种单组分上浆剂及三种复合型上浆剂对碳纤维表观性能的影响,通过对碳纤维宽度、硬度、摩擦系数、毛丝量、开纤性、复合材料界面结合形貌等的分析比较,得出碳纤维表观性能与上浆剂种类及含量的关联性变化规律,并结合TOARYT700SC-12K测试值给出适合于工业生产的参考值,生产中上浆剂含量一般控制在1.0±0.3%,碳纤维(T300/700-12K)的表观性能一般控制在:宽度为7±1mm,硬度为10±2cm,摩擦系数为0.16±0.05,开纤性为2.0±0.3,毛丝量不高于3mg;结果进一步表明多组分复合型上浆剂在碳纤维获得可控的表观性能上优于单一组分上浆剂,为碳纤维表观性能的可控方法提供借鉴。

几何尺寸与温度对CFRP筋材力学性能的影响

付成龙,陈 利,张雅璐

2016, 0(5):  74-79. 

摘要 ( 108 )   PDF (2112KB) ( 146 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了研究高温下碳纤维增强复合材料(CFRP)筋材的力学性能,对不同直径的CFRP筋材进行了高温下的三点弯曲性能和压缩性能测试,研究了CFRP筋的破坏形态和机理,分析了直径和温度对CFRP筋材弯曲强度和压缩强度的影响。结果表明,直径对试样弯曲强度和压缩强度的影响不太明显,温度对试样弯曲强度和压缩强度的影响较大;CFRP筋材的强度保留率随着温度的升高而降低。

荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管受力特征分析

张济源,郑彦军,石华旺,魏连雨

2016, 0(5):  80-84. 

摘要 ( 73 )   PDF (1738KB) ( 180 )  

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就埋地玻璃钢夹砂管在荷载作用下的受力特征问题,进行室内模拟试验与分析,试验采集了不同试验工况下埋地管道不同部位应力应变、管周不同位置土压力以及变形特征,得出了管道在不同荷载作用下的管土相互作用规律,从而判断埋地管道关键部位受力性状,并可为荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管涵设计提供科学依据。

胺/环氧当量比对MWCNTs-NH₂/环氧树脂复合材料性能的影响

唐 峰,张清杰,高 亮,吴剑桥

2016, 0(5):  85-90. 

摘要 ( 106 )   PDF (1741KB) ( 151 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过调控DDS的添加量,制备不同胺/环氧当量比的TDE-85/DDS环氧树脂体系:环氧过量(r=0.8)、等当量比(r=1)和胺过量(r=1.2);将氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs-NH₂)加入这三种体系中,研究当量比对MWCNTs-NH₂/环氧树脂复合材料的固化动力学和拉伸性能的影响。结果表明,MWCNTs-NH₂对环氧-胺体系固化动力学和拉伸性能的影响与r密切相关。当r=0.8时,MWCNTs-NH₂可以充分地与环氧基团发生开环反应,树脂体系的活化能显著降低,拉伸强度和模量分别提高了17%和20%;当r=1时,MWCNTs-NH₂加入后,活化能降低的同时固化反应动力学由化学控制转变为扩散控制,拉伸强度和模量分别提高10%和14%;当r=1.2时,MWCNTs-NH₂加入后,树脂体系在反应后期的活化能降低,造成局部的过度交联,拉伸强度降低了14%,模量仅提高了9%。

复合材料变截面进气道模具设计及工艺方案研究

石 磊,徐晋伟,柴朋军

2016, 0(5):  91-93. 

摘要 ( 92 )   PDF (941KB) ( 375 )  

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对现有的金属模具及水溶性模具方案进行研究,在此基础上设计出组合式复合材料模具方案,确定了方案中复合材料易碎层的工艺参数,并制备了复合材料进气道,为复合材料进气道及其他复杂型面产品的整体成型技术提供了一定的参考。

综　　述

复合材料胶接表面的等离子处理技术

袁协尧,杨 洋,陈 萍,刘卫平

2016, 0(5):  94-100. 

摘要 ( 93 )   PDF (1165KB) ( 200 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

介绍了等离子的定义,简要描述了等离子处理技术的原理及其在纤维表面改性的应用,综述了近年来国内外等离子处理技术在处理复合材料待胶接表面的研究进展,阐述了等离子处理技术在处理过程中需要重点考虑的几个关键因素,如功率、时间、气体种类和气压等,同时阐述了表征处理结果的方法,如平均表面粗糙度、接触角(水),以及胶接完成后的剪切强度、破坏模式。最后,指出国内开展等离子体处理复合材料胶接表面研究存在的问题。

碳纤维导电玻璃钢阳极管的设计与制作

李 娜

2016, 0(5):  101-104. 

摘要 ( 70 )   PDF (1119KB) ( 186 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

介绍了碳纤维导电玻璃钢阳极管在湿式静电除尘领域中的应用状况及性能要求。根据导电玻璃钢制品的特点,分析了阳极管的设计及成型工艺。