碳纤维增强复合材料微观烧蚀行为数值模拟

碳纤维增强复合材料已广泛应用于烧蚀热防护系统中,其微观结构直接影响材料的烧蚀行为,因此材料微观烧蚀机制分析对材料设计和制备具有重要意义.本文采用有限体积法并引入固体相体积分数与界面重构技术,建立了碳纤维增强复合材料微观烧蚀数值模型.利用该微观烧蚀数值模型对碳基体包裹单根碳纤维进行烧蚀模拟,将数值模拟的烧蚀形貌与解析解结果进行对比,验证了数值求解方法的正确性.对单向碳纤维增强复合材料在不同碳纤维倾斜角下的微观烧蚀行为进行了模拟分析,得到了碳纤维倾斜角对微观烧蚀行为的影响规律.研究发现:对于碳纤维的抗氧化性能比基体强的情况,当氧扩散速率远远大于碳氧反应速率时,碳纤维将出现"笋尖"状的烧蚀形貌;当碳氧反应速率远远大于氧扩散速率时,纤维和基体将以相同速率烧蚀.当碳纤维的抗氧化性能比基体强时,纤维倾斜角会对材料微观烧蚀行为产生较大影响;相反,则影响不显著.      

基于渐进均匀化的平纹编织复合材料低速冲击多尺度方法

针对平纹编织复合材料低速冲击响应和损伤问题,提出了一种多尺度分析方法. 首先, 建立微观尺度单胞模型,引入周期性边界条件,采用最大主应力失效准则和直接刚度退化模型表征纤维丝和基体的损伤起始与演化,预测了纤维束的弹性性能和强度性能. 其次,将这些性能参数代入介观尺度单胞模型,基于Hashin和Hou的混合失效准则以及连续介质损伤模型对介观尺度单胞进行6种边界条件下的渐进损伤模拟.然后采用渐进均匀化方法,以介观尺度单胞为媒介预测了0$^\circ$和90$^\circ$子胞的性能参数,并建立平纹编织复合材料的子胞模型,进而扩展成为材料的宏观尺度低速冲击模型. 在此基础上,研究了平纹编织复合材料低速冲击下的力学响应与损伤特征.结果表明:宏观冲击仿真和试验吻合较好, 验证了多尺度方法的正确性;最大接触力、材料吸能和分层面积均随冲击能量的增大而增大,分层损伤轮廓逐渐从椭圆形向圆形转化;基体拉伸和压缩损伤的长轴方向分别与子胞材料主方向正交和一致,损伤面积前者远大于后者.      

基于经典层合板理论的简支梁力学分析

与传统的金属材料相比,复合材料具有比强度高、比模量大,耐疲劳性、耐腐蚀性好,且热性能和电性能良好等优点。本文选择复合材料对简支梁进行铺层设计,首先从简支梁的受力分析入手,根据复合材料力学的经典层合板理论和弹性力学的基本方程,建立简支梁的数学模型;然后对简支梁进行结构设计,确定简支梁的铺层角度与铺层数目,构建复合材料结构,对复合材料简支梁进行静力学分析;最后利用蔡吴张量准则进行强度校核。     

粘结单元在模拟FRP层合板低速冲击响应中的应用

纤维增强树脂基复合材料层合板(fibre reinforced plastic composites,FRP)在航空、航天、交通、造船等诸多工程中得到了日益广泛的应用,而其在冲击载荷下的响应和破坏特别是分层一直为学术界所关注。本文中对FRP层合板在冲击载荷下的响应和破坏进行数值模拟,并通过引入粘结层重点研究其分层破坏。首先,介绍一种基于改进的粘结区域方法的粘结层损伤模型;其次,详细介绍了有限元模型建模过程和建模细节;最后,对有限元模型进行验证,并分析分层损伤发生的原因。模拟结果表明,该模型不仅能准确预测FRP层合板在低速冲击载荷下的载荷-时间曲线和载荷-位移曲线,还能成功地预测其分层破坏。     

氧化石墨烯/二氧化硅复合材料的制备及其在吸附领域应用研究进展

近十年来,氧化石墨烯(GO)基复合材料日益引起研究者的广泛兴趣,而氧化石墨烯和二氧化硅的复合材料是其中的一个研究热点.本文介绍了氧化石墨烯/二氧化硅(GO/SiO2)复合材料的制备及其在吸附领域的应用.其制备方法包括非共价键法和共价键法,在非共价键法中,包括阳离子表面活性剂法和二氧化硅表面改性法;在共价键法中,包括形成酰胺键(-CO-NH-)、硅酯键(-COOSi-)、碳氧硅键(-C-O-Si-).吸附领域的应用包括对重金属离子、有机物的吸附.最后,我们对氧化石墨烯/二氧化硅复合材料将来的发展进行了展望.     

ZnTiO3/TiO2异质复合材料的制备及光催化性能

将均相沉淀法制备的ZnO粉体加入到TiO2前驱体中合成了ZnTiO3/TiO2异质复合材料,利用XRD、SEM、UV-Vis-DRS、BET以及FTIR等手段对其进行表征,同时在紫外光区测试了光催化氧化降解亚甲基蓝溶液的性能.结果表明,锌钛摩尔比和焙烧温度影响产物的组成、形貌和光催化性能,当锌钛摩尔比0.2、焙烧温度600 ℃,产物呈现出均匀棒状物形貌,具有介孔结构,-OH含量也最多,相对于纯TiO2具有更强的紫外吸收性能,并且出现红移现象,光照120 min后亚甲基蓝降解率可达到99;.     

Ag/Yb0.35Co4Sb12热电复合材料的制备及热电性能研究

方钴矿作为性能优异的中温区热电材料而备受关注,如何进一步提升其热电性能是目前研究的热点和难点.本文采用"熔融-退火"结合放电等离子烧结(SPS)的简易方法,成功的制备出了具有不同Ag含量的热电复合材料,并研究了Ag的引入对基体材料热电性能的影响.结果表明,由于Ag的引入,使得电导率(σ)得到显著提升;除此之外,方钴矿与Ag界面之间的能量过滤效应以及基体能带受到Ag的影响,使得赛贝克系数(α)绝对值得到了显著提高;热导率(κ)虽有小幅提升,但得益于高功率因子,最终使得Ag/Yb0.35 Co4 Sb12复合材料的热电性能得到了大幅度提高.特别是当Ag含量为0.5wt;时,热电优值(ZT)在800 K达到1.28,相较于基体提高了44.3;.     

Ag3PO4/GO复合材料制备及其光催化性能研究

采用原位沉淀法以GO为基体负载Ag3PO4纳米颗粒制备Ag3PO4/GO复合材料,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法对其进行表征,结果显示,Ag3PO4纳米颗粒呈现近似球状,巨在GO薄膜表面均匀分布.光催化降解RhB结果表明,Ag3PO4/GO复合材料在可见光下具有很好的光催化性能,光照60 min后,RhB降解率可达95.7;,较之纯Ag3PO4有着显著增加.催化剂重复使用4次,降解率仍然达到80.7;,表现出较好的稳定性.降解机理研究表明,h+是降解RhB的主要活性物质.     

考虑几何非线性的复合材料机翼气动弹性分析

本文研究结构几何非线性与气动力非平面效应对大展弦比复合材料机翼的气动弹性行为的影响．将非线性有限元法与曲面涡格法结合,计算机翼静气动弹性变形;通过曲面偶极子格网法结合静气动弹性平衡位置处的结构切线刚度,建立气动弹性方程并求解得到机翼颤振速度．针对板模型机翼,分析了迎角对机翼几何非线性气动弹性特性的影响．结果表明：本文复合材料板模型机翼的颤振形式不受水平弯曲模态影响,属于经典弯扭颤振;在几何非线性的影响下,机翼扭转频率随结构变形增大而明显减小,颤振速度随迎角增大而减小．     

复合材料加筋薄壁圆锥壳体有限变形的混合型理论

本文利用变分原理和平均筋条刚度法,建立了在任意载荷作用下纵向和环向密加筋复合材料圆锥壳体有限变形的Donnell型理论.考虑了面板最一般的弯曲拉伸耦合关系和加筋筋条的偏心效应的影响.导出了平衡条件、边界条件和变形协调方程.给出了以应力函数和挠度函数表示的耦合形式的非性性变系数偏微分方程组.对于一些特殊情况,给出了相应的简化方程.