微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究

首先采用溶液共混法制备出石墨烯-碳纳米管(G-CNT)/聚氨酯(TPU)复合材料,然后通过拉伸实验及扫描电子显微镜(SEM)表征来考察该材料的拉伸强度和微波自修复特性,并从力学及材料与微波之间的相互作用等角度对其拉伸强度增强和微波修复机理进行研究.结果表明:在拉伸强度方面,与单一的石墨烯或CNT增强TPU相比,G-CNT之间形成的协同效应使TPU拉伸强度得到进一步提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU抗拉强度较纯TPU提高了67%,较G/TPU提高了18%,较CNT/TPU提高了25%;在材料裂纹的微波修复方面,石墨烯和CNT之间的协同效应使TPU材料自修复效果得到有效提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU修复效果达到最高值117%.     

不同石墨烯-碳纳米管杂化体系对热塑性聚氨酯复合材料力学和自修复性能的增强机制

采用溶液共混法,设计不同的杂化方案,制备了3种具有不同复合程度的石墨烯(G)和碳纳米管(CNT)三维空间结构材料,并对G-CNT填充的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料的力学性能及在微波诱导下的裂纹自修复特性进行了研究.结果表明,G-CNT复合结构能改善增强相与基体间的界面结合及载荷传递,且复合程度越高其对TPU力学增强效果越显著.当采用预复合方法时G-CNT复合程度最高,此时TPU复合材料的拉伸强度比纯TPU提高了37.6%,比G/TPU提高了27.1%.TPU复合材料在微波场的诱导下可实现损伤裂纹的快速修复,然而其修复效率并未随着G-CNT复合程度的增加而升高,当采用超声复合时,G-CNT的复合程度低于预复合法的复合程度,但其修复率却达到最高值(138%).该自修复特性和G-CNT的空间构型及其异质界面与微波之间的耦合机制密切相关.     

功能梯度材料梁自由振动的线性与非线性振动

基于数值模拟和理论分析两种方法，研究了功能梯度材料(functional gradient materials,FGM)梁自由振动下的线性与非线性振动问题。通过解析法求解了FGM梁在经典理论下以及一阶剪切理论下的力学行为，得到了FGM梁在简支和固端约束下的固有频率。理论分析了不同边界条件、不同梁理论下、梯度指数、长细比等因素对于FGM梁固有频率的影响；不论经典梁理论还是一阶剪切理论，随着梯度指数的增加，FGM梁的固有频率都随之减小。通过ABAQUS仿真模拟，得到FGM梁数值模拟下的非线性固有频率。将理论解与数值解进行对比，完善力学模型。在多种理论下，利用解析法和数值模拟的方法，给出FGM梁结构振动响应的线性与非线性解。