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不同尺寸SiC陶瓷球堆积结构与抗冲击性能关系研究

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兵器材料科学与工程 2023年第6期46卷 92-98页

作者：石启亮林欢蔡利海刘文言李万利军事科学院系统工程研究院军事新能源技术研究所北京102300 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

为研究陶瓷球堆积结构对抗冲击性能的影响规律,用直径为5.5、7 mmSiC的陶瓷球分别制备1、2、3层堆积结构的陶瓷球复合材料。先通过低速冲击试验验证陶瓷球复合结构的有效性和防刀具穿刺效果,再用7.62 mm穿甲燃烧弹高速冲击陶瓷球复合材... 详细信息

为研究陶瓷球堆积结构对抗冲击性能的影响规律,用直径为5.5、7 mmSiC的陶瓷球分别制备1、2、3层堆积结构的陶瓷球复合材料。先通过低速冲击试验验证陶瓷球复合结构的有效性和防刀具穿刺效果,再用7.62 mm穿甲燃烧弹高速冲击陶瓷球复合材料靶板,观察陶瓷球复合材料、铝合金背板的破坏形貌。结果表明:陶瓷球复合材料具有较好的防刀具穿刺效果;1层密排结构在抗冲击过程中易应力集中;2层堆积结构可大幅提高其抗冲击性能,体现结构效应;3层堆积结构可解决弹着点敏感性问题,使整个靶板保持良好的完整性和稳定性,表现出优异的抗弹性能;直径为5.5 mm的SiC陶瓷球的多层堆积更利于抵抗7.62 mm穿甲燃烧弹的侵彻破坏。

关键词： SiC陶瓷球堆积结构落锤低速冲击子弹侵彻

聚硼硅氧烷剪切增稠凝胶的制备影响因素及其在不同温度下的流变性能研究

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材料导报 2022年第S01期36卷 549-554页

作者：林欢石启亮蔡利海刘文言李万利军事科学院系统工程研究院军事新能源技术研究所北京102300 中国矿业大学机电与信息工程学院北京100083

聚硼硅氧烷剪切增稠凝胶(Polyborodimethylsiloxanes shear thickening gel,PBS-STG)在防护材料领域具有良好的应用前景,但是关于PBS-STG的制备条件和自然环境下的稳定性研究少有报道。本工作系统研究了原料配比、反应时间、反应温度、... 详细信息

聚硼硅氧烷剪切增稠凝胶(Polyborodimethylsiloxanes shear thickening gel,PBS-STG)在防护材料领域具有良好的应用前景,但是关于PBS-STG的制备条件和自然环境下的稳定性研究少有报道。本工作系统研究了原料配比、反应时间、反应温度、二甲基硅油黏度对制备PBS-STG的影响以及不同温度下PBS-STG的流变性。PBS-STG的制备条件:二甲基硅油黏度为350 Pa·s,硼酸和二甲基硅油配比趋近为1∶10(B、Si物质的量比),缓慢升温至240℃,反应时间6 h以上。变温实验结果表明:PBS-STG在-40~40℃均具有剪切增稠特性并且性质稳定,在温度为10℃时具有最佳剪切增稠特性,这对PBS-STG在防护领域的应用具有重要指导意义。

关键词：聚硼硅氧烷剪切增稠凝胶(PBS-STG) 影响因素温度流变性

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剪切增稠纤维复合材料的研究进展

材料导报 2020年第S02期34卷 549-554页

作者：林欢李万利蔡利海刘文言中国矿业大学机电与信息工程学院北京100083 军事科学院系统工程研究院军事新能源技术研究所北京102300

现代战争对人体防护的要求正在逐渐提高,传统防护材料已经无法满足防护需求,轻质柔软的防护材料逐渐成为研究热点。剪切增稠是剪切增稠流体(Shear thickening fluid,STF)和剪切增稠凝胶(Shear thickening gel,STG)中常见的物理现象,其... 详细信息

现代战争对人体防护的要求正在逐渐提高,传统防护材料已经无法满足防护需求,轻质柔软的防护材料逐渐成为研究热点。剪切增稠是剪切增稠流体(Shear thickening fluid,STF)和剪切增稠凝胶(Shear thickening gel,STG)中常见的物理现象,其粘度随着剪切速率的增加而明显增加。自STF/纤维复合材料应用于防弹防刺领域以来,其剪切增稠特性和制备工艺得到优化,整体防弹性能得到了提升。但是STF和纤维的界面结合能力较低,导致整体稳定性差,严重阻碍了其发展。相比STF/纤维复合材料,STG/纤维复合材料具有稳定性高的优点。在压缩、剪切、拉伸等外力作用下,STG中大量硼氧动态键断裂吸收能量和长链分子之间相互缠结,使其由粘性状态转变为弹性状态,提升防护性能。本文从STF和STG两个方面分别对剪切增稠纤维复合材料的研究进展进行了总结,并探讨了剪切增稠纤维复合材料的耗能机理,最后对剪切增稠纤维复合材料面临的科学和实际应用问题以及今后的发展趋势进行了总结与展望。

关键词：剪切增稠流体(STF) 剪切增稠凝胶(STG) 复合材料防弹性能

加捻对线密度较大涤纶单纱拉伸力学性能的影响

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毛纺科技 2023年第5期51卷 1-6页

作者：樊桂琪邵伟光蔡利海叶海木陈俊军事科学院系统工程研究院北京100071 中国石油大学(北京)新能源与材料学院北京102200

捻度和线密度是决定纱线强度的关键参数,也是影响织物及其复合材料力学性能的重要因素。为优化纱线的力学性能,探究捻度对涤纶单纱拉伸力学性能的影响,采用纱线加捻机对涤纶单根纤维和涤纶单纱进行加捻,通过动态热机械分析仪和电子万能... 详细信息

捻度和线密度是决定纱线强度的关键参数,也是影响织物及其复合材料力学性能的重要因素。为优化纱线的力学性能,探究捻度对涤纶单纱拉伸力学性能的影响,采用纱线加捻机对涤纶单根纤维和涤纶单纱进行加捻,通过动态热机械分析仪和电子万能拉力机分别表征涤纶单根纤维和单纱的拉伸力学性能,研究捻度与不同线密度涤纶单纱拉伸力学性能之间的关系。实验结果表明:涤纶单根纤维和单纱加捻后,他们的断裂强度均存在临界捻度,涤纶单纱断裂强力随捻度增大而先增加后减小;涤纶单纱的断裂伸长率与捻度成正相关,为加捻纱线在厚重织物等复合材料的使用提供了理论参考。

关键词：涤纶单纱加捻线密度拉伸力学性能

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聚醚型热塑性聚氨酯薄膜的真空干燥特性研究

真空科学与技术学报 2023年第2期43卷 104-111页

作者：胡恩源阎格蔡利海朱孟府邵伟光军事科学院系统工程研究院北京100071

采用模压成型工艺将聚醚型热塑性聚氨酯粒料压制成膜,研究了温度对TPU薄膜真空干燥特性的影响,计算了干燥过程中的有效扩散系数和扩散活化能,选取了5种干燥动力学模型进行拟合分析,并考察了不同温度干燥前后TPU薄膜力学性能的变化。结... 详细信息

采用模压成型工艺将聚醚型热塑性聚氨酯粒料压制成膜,研究了温度对TPU薄膜真空干燥特性的影响,计算了干燥过程中的有效扩散系数和扩散活化能,选取了5种干燥动力学模型进行拟合分析,并考察了不同温度干燥前后TPU薄膜力学性能的变化。结果表明:真空干燥温度越高,干燥速率越快,干燥时间越短,同时,TPU薄膜的干燥过程主要发生在降速阶段。两相扩散方程能够很好的反映TPU薄膜真空干燥过程中的水分比变化规律,计算得出其有效水分扩散系数为2.26×10^(-10)-7.28×10^(-10)m^(2)/s,扩散活化能为37.49 kJ/mol。此外,聚醚型TPU薄膜的断裂伸长率几乎不因吸水和干燥过程发生变化,而60℃以下的真空干燥可使其因吸水而降低的拉伸强度得到明显恢复。

关键词：热塑性聚氨酯真空干燥数学模型薄层干燥力学性能

以时温等效方法研究尼龙1010应力松弛行为及使用寿命预测

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高等学校化学学报 2019年第4期40卷 832-840页

作者：蔡利海郭宝华张诚徐军黄忠耀清华大学化学工程系先进材料教育部重点实验室北京100084

以尼龙材料的应力松弛行为作为研究对象,考察初始应变为1. 0%,2. 8%和5. 1%的尼龙1010样品在温度区间293～353 K的松弛曲线,采用时间-温度等效叠加方法得到了松弛模量主曲线,计算出叠加过程中的表观活化能、松弛过程中的活化体积和应力... 详细信息

以尼龙材料的应力松弛行为作为研究对象,考察初始应变为1. 0%,2. 8%和5. 1%的尼龙1010样品在温度区间293～353 K的松弛曲线,采用时间-温度等效叠加方法得到了松弛模量主曲线,计算出叠加过程中的表观活化能、松弛过程中的活化体积和应力辅助功.结果表明,整个松弛过程中的表观活化能和应力辅助功表现出相同的变化趋势,体现出松弛过程中克服运动单元位垒的过程.当293～323 K区间的松弛曲线叠加时,随着初始应变的增加,表观活化能和应力辅助功均逐渐降低,有助于聚合物内部的运动单元越过能垒发生松弛,与松弛过程中的应力辅助热活化理论相一致;当333～353 K区间的松弛曲线叠加时,不同初始应变样品的表观活化能均为260 k J/mol,应力辅助功均为60 MPa·nm^3,说明松弛过程中克服运动单元的能垒与应力作用无关.根据松弛主曲线,计算出了尼龙1010在1. 0%,2. 8%和5. 1%3种形变下,长时间范围内应力衰减与时间的关系,为预测实际使用过程中的应力松弛行为提供了依据.

关键词：尼龙1010 应力松弛时间-温度等效叠加活化能活化体积应力辅助功

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退火对聚醚型TPU薄膜结构及性能的影响

塑料 2023年第6期52卷 60-65页

作者：胡恩源阎格邵伟光蔡利海朱孟府军事科学院系统工程研究院北京100071

以聚醚型热塑性聚氨酯(TPU)为原料,采用模压成型工艺,在不同冷却速率下制备了系列TPU薄膜。分别在70、110、150℃温度条件下,对TPU薄膜进行退火热处理,利用原子力显微镜(AFM)、红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)和电子万能拉力机... 详细信息

以聚醚型热塑性聚氨酯(TPU)为原料,采用模压成型工艺,在不同冷却速率下制备了系列TPU薄膜。分别在70、110、150℃温度条件下,对TPU薄膜进行退火热处理,利用原子力显微镜(AFM)、红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)和电子万能拉力机对未处理的及退火后的TPU薄膜的微观形貌、结构、热性能及力学性能的变化进行表征和测试。结果表明,较低的成型冷却速率和退火处理能增大TPU薄膜的硬段相尺寸。退火工艺能提高TPU薄膜硬段的有序排列程度,并且,高温退火后,硬段形成微晶,氢键强度和拉伸强度降低,其中,在34.8℃/min冷速下成型的TPU薄膜,在150℃下退火10 h后,氢键强度和拉伸强度下降最显著,分别降低了5.11%和32.16%。

关键词：热塑性聚氨酯退火微观形貌结构变化热性能力学性能

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织物结构对拉伸性能的影响有限元分析

毛纺科技 2022年第4期50卷 96-103页

作者：孙一万张学文蔡利海邵伟光刘文言中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 军事科学院系统工程研究院军事新能源技术研究所北京102300 北京航天发射技术研究所北京100076

为了解结构对可扁平输送软管织物增强层拉伸性能的影响,对不同结构织物的纬向拉伸过程进行了有限元模拟。通过对比拉伸试验和有限元模拟的结果验证了模拟方法的准确性;探究了经纱间距、纬纱粗细、组织图案以及纬向织缩率对织物拉伸性能... 详细信息

为了解结构对可扁平输送软管织物增强层拉伸性能的影响,对不同结构织物的纬向拉伸过程进行了有限元模拟。通过对比拉伸试验和有限元模拟的结果验证了模拟方法的准确性;探究了经纱间距、纬纱粗细、组织图案以及纬向织缩率对织物拉伸性能的影响;结合仿真结果分析了织物结构对可扁平输送软管承压强度的影响。结果表明:织物的经纱间距越大,纬纱越细,纬向织缩率越小,织物纬向拉伸模量则越大,越不容易拉伸变形,斜纹织物的纬向拉伸模量大于平纹织物的纬向拉伸模量;双层斜纹织物的织缩率比单层织物织缩率小,更不容易拉伸变形,增强层为双层斜纹织物的可扁平输送软管承压强度更高。

关键词：织物拉伸性能有限元分析可扁平软管结构

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一种插转式连接装置的受力承压特性数值仿真

计算机仿真 2023年第12期40卷 150-154页

作者：胡恩源蔡利海邵伟光刘文言中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 军事科学院系统工程研究院北京100071

为明确软质输送管线中插转式软管连接装置的受力承压特性,保障输送介质的安全运输,通过分析其结构特点构造三维模型,运用仿真的方法,研究了插转式软管连接装置在工作压力和爆破压力下的临界螺栓预紧力,并分析了螺栓预紧力对软管的力学... 详细信息

为明确软质输送管线中插转式软管连接装置的受力承压特性,保障输送介质的安全运输,通过分析其结构特点构造三维模型,运用仿真的方法,研究了插转式软管连接装置在工作压力和爆破压力下的临界螺栓预紧力,并分析了螺栓预紧力对软管的力学影响。结果表明,若保证插转式软管连接装置不发生拉脱,在工作压力下的临界螺栓预紧力需达到1.1628×104N以上,在爆破压力下的临界螺栓预紧力需达到3.5409×104N以上。此外,在工作压力下,软管所受最大等效应力随螺栓预紧力增大而不断增大。

关键词：软质输送管线插转式软管连接装置螺栓预紧力仿真分析