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Development of impact resistant 3D printed multi-layer carbon fibre reinforced composites by structural design

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Acta Mechanica Sinica 2022年第8期38卷 89-101页

作者： Zhen Huang kunkun fu Yan Li Cheng Yan School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics Tongji UniversityShanghai200092China School of Mechanical Medical and Process EngineeringCentre for Materials ScienceQueensland University of TechnologyBrisbane2434Australia

In this study,a high impact resistant multi-layered composite consisting of continuous carbon fibre/nylon(CCF)and short carbon fibre/nylon(SCF)layers is developed via 3D printing *** effect of CCF/SCF layers configuration on the impact resistance is investigated by low-velocity impact test,and the impact failure mechanism of the 3D printed composites is explored by microscopic observations and finite element(FE)simulation *** results show that the 3D printed multi-layered composite with SCF layers distributed in the middle(HFA)exhibits higher impact resistant performance than the specimens with alternating SCF/CCF layers(HFB)and CCF layers distributed in the middle(HFC).The effect of CCF/SCF layers proportion on the impact performance is also studied by FE simulation,and the results show that the specimen with a CCF/SCF proportion of 7.0 exhibits the highest impact strength.

关键词： Multi-layered carbon fibre composite 3D printing Impact strength Structural configuration

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仿羊角管状复合材料结构抗冲击性能

复合材料学报 2023年第4期40卷 2365-2376页

作者：徐菁李岩付昆昆同济大学航空航天与力学学院上海200092

羊角因其独特的管状微观结构显示出优异的抗冲击性能。本文从羊角微观结构汲取灵感,设计了仿羊角管状结构。基于3D打印熔融沉积技术,采用短切碳纤维增强尼龙复合材料制备了仿羊角管状结构(HTS)。冲击实验结果表明HTS试样的冲击载荷-位... 详细信息

羊角因其独特的管状微观结构显示出优异的抗冲击性能。本文从羊角微观结构汲取灵感,设计了仿羊角管状结构。基于3D打印熔融沉积技术,采用短切碳纤维增强尼龙复合材料制备了仿羊角管状结构(HTS)。冲击实验结果表明HTS试样的冲击载荷-位移曲线中存在较长的高载荷平台区,在此阶段吸收了大量的冲击能量,较非仿生样品吸能提升了143.9%,比吸能值提升了178.8%。提出了HTS冲击有限元模型,仿真预测结果和实验获得的冲击响应及裂纹扩展路径结果吻合较好,验证了该模型的有效性。采用该模型分析发现:在冲击过程中细管周围产生较大的应力集中,使裂纹发生偏转进而捕获裂纹,并在细管其他位置重新萌生新的裂纹并朝下一个细管扩展,这个过程不断重复,从而吸收了大量的冲击能量。最后,基于该有限元模型探索了几何参数和材料性能对HTS冲击吸能的影响规律。该研究探索了仿羊角管状复合材料结构冲击吸能特性和吸能机制,对新型抗冲击装备的设计和制备具有重要意义。

关键词：仿羊角管状结构冲击吸能 3D打印复合材料有限元分析

3D打印纤维增强复合材料工艺和力学性能研究进展

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复合材料学报 2022年第9期39卷 4196-4212页

作者：龙昱李岩付昆昆同济大学航空航天与力学学院上海200092

3D打印可实现纤维增强复合材料复杂结构的一体化成型,无需模具,可显著降低先进复合材料的制造时间和成本。本文综述了3D打印纤维增强复合材料工艺和力学性能的最新研究进展,对纤维增强复合材料3D打印工艺、打印设备、打印材料和力学性... 详细信息

3D打印可实现纤维增强复合材料复杂结构的一体化成型,无需模具,可显著降低先进复合材料的制造时间和成本。本文综述了3D打印纤维增强复合材料工艺和力学性能的最新研究进展,对纤维增强复合材料3D打印工艺、打印设备、打印材料和力学性能等方面开展了详细的分析和阐述,重点介绍了熔融沉积工艺成型连续纤维增强复合材料的最新研究进展,并与传统工艺制备的复合材料力学性能进行了对比和分析。最后,针对纤维增强复合材料3D打印技术的未来发展进行了展望.

关键词： 3D打印纤维增强复合材料制备工艺界面性能力学性能

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自增强三维高压油管的疲劳寿命预测

同济大学学报（自然科学版） 2010年第10期38卷 1496-1500页

作者：郑百林付昆昆石玉权同济大学航空航天与力学学院上海200092 哈尔滨第七○三研究所黑龙江哈尔滨150036

基于弹塑性理论的自增强技术可以提高高压油管的使用寿命.对三维高压油管进行了弹塑性有限元分析,通过计算油管的残余应力,探讨了自增强技术在提高油管寿命方面的研究与应用.对不同自增强压力下的油管在工作压力作用下最大应力值进行比... 详细信息

基于弹塑性理论的自增强技术可以提高高压油管的使用寿命.对三维高压油管进行了弹塑性有限元分析,通过计算油管的残余应力,探讨了自增强技术在提高油管寿命方面的研究与应用.对不同自增强压力下的油管在工作压力作用下最大应力值进行比较,确定了最佳自增强压力.基于应力-寿命法,应用***软件对自增强前后高压油管的疲劳寿命进行预测,结果表明自增强后三维高压油管的疲劳寿命与未进行自增强处理油管的疲劳寿命分布有着明显的差异,自增强前最小疲劳寿命区位于内壁,而自增强后最小疲劳寿命区分布在壁间,自增强技术使油管最小疲劳寿命提高了5倍以上.

关键词：自增强高压油管疲劳弹塑性有限元分析

基于芯条胶粘弹性本构的芳纶纸蜂窝拉伸孔格形态研究

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4752-4764页

作者：夏思禹李岩付昆昆李朝蓬同济大学航空航天与力学学院上海200092 黑龙江众合鑫成新材料有限公司绥化151500

拉伸工艺是影响芳纶纸蜂窝孔格形态最关键的工序之一。本文基于纳米压痕法确定了芯条胶粘弹性力学本构关系,建立了芳纶纸蜂窝双边拉伸工艺有限元模型。通过蜂窝拉伸-保载实验验证了该模型的有效性。研究发现,芯条胶的应力松弛行为导致... 详细信息

拉伸工艺是影响芳纶纸蜂窝孔格形态最关键的工序之一。本文基于纳米压痕法确定了芯条胶粘弹性力学本构关系,建立了芳纶纸蜂窝双边拉伸工艺有限元模型。通过蜂窝拉伸-保载实验验证了该模型的有效性。研究发现,芯条胶的应力松弛行为导致了蜂窝两端孔格内切圆直径增大,使蜂窝中部孔格内切圆直径减小。同时,在保载过程中纸-胶粘接处孔格粘结圆角半径减小导致蜂窝孔格内角减小。最后,基于该有限元模型探索了涂胶工艺参数对拉伸后蜂窝孔格尺寸的影响规律。研究表明,涂胶宽度和涂胶厚度的增加会导致蜂窝孔格内切圆直径的减小,而蜂窝孔格内角仅受涂胶宽度的影响,随涂胶宽度的增加而增大。

关键词：芳纶纸蜂窝芯条胶粘弹性蜂窝孔格形态有限元模型

英国0~5岁儿童发展评估框架、特点与价值取向——基于《早期基础阶段法定框架》的分析

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北京教育学院学报 2024年第4期38卷 84-92页

作者：傅坤昆北京教育督导评估院学前教育督导评估所北京100034

英国早期教育注重对儿童发展的阶段性评估,以《早期基础阶段法定框架》为标准统领,形成一致贯通的2岁儿童发展测查、早期基础阶段档案评估以及预备班基线测评的0~5岁儿童发展评估体系,分别面向不同年龄段儿童实施评估。英国政府加强早... 详细信息

英国早期教育注重对儿童发展的阶段性评估,以《早期基础阶段法定框架》为标准统领,形成一致贯通的2岁儿童发展测查、早期基础阶段档案评估以及预备班基线测评的0~5岁儿童发展评估体系,分别面向不同年龄段儿童实施评估。英国政府加强早期教育投入,强调师幼互动,整合部门协同,改善家庭学习环境,在儿童发展评估体系上日益呈现出发展价值取向、公平价值取向与文化价值取向,为我国当前学前教育发展带来一定启示。

关键词：英国早期教育儿童发展评估《早期基础阶段法定框架》

基于纳米压痕法的埃洛石纳米管/环氧复合材料力学性能表征

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复合材料学报 2015年第1期32卷 32-38页

作者：付昆昆郑百林张佳宁徐振忠同济大学航空航天与力学学院上海200092 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所哈尔滨150078 悉尼大学航空航天机械和机械电子工程学院

采用球磨法在环氧树脂中分散了不同质量分数(0、5wt%和10wt%)的埃洛石纳米管(HNTs),通过哌啶固化剂固化,制备了HNTs/环氧树脂复合材料,并利用纳米压痕法测试了HNTs/环氧树脂复合材料的弹性模量、硬度和蠕变性能。SEM和TEM观测表明:HNTs... 详细信息

采用球磨法在环氧树脂中分散了不同质量分数(0、5wt%和10wt%)的埃洛石纳米管(HNTs),通过哌啶固化剂固化,制备了HNTs/环氧树脂复合材料,并利用纳米压痕法测试了HNTs/环氧树脂复合材料的弹性模量、硬度和蠕变性能。SEM和TEM观测表明:HNTs在环氧树脂中分散情况较好。纳米压痕实验结果表明:在不牺牲HNTs/环氧树脂复合材料弹性模量、硬度以及玻璃化转变温度的基础上,HNTs明显提高了环氧树脂基复合材料的抗蠕变性能,这主要是由于HNTs和环氧基分子链形成了新的交联结构,增加了材料的交联密度,刚性纳米粒子限制了环氧基分子链的活动性。

关键词：埃洛石纳米管环氧树脂复合材料纳米压痕蠕变性能

电驱动连续碳纤维增强形状记忆复合材料镂空结构设计

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航空材料学报 2022年第5期42卷 100-108页

作者：王鸿雁李岩付昆昆章中森同济大学航空航天与力学学院上海200092

电驱动连续碳纤维增强形状记忆复合材料(continuous carbon fiber reinforced shape memory composites,CFSMPC)是一种利用电信号驱动实现可控变形的形状记忆复合材料。本工作提出一种电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚乳酸复合材料镂空结... 详细信息

电驱动连续碳纤维增强形状记忆复合材料(continuous carbon fiber reinforced shape memory composites,CFSMPC)是一种利用电信号驱动实现可控变形的形状记忆复合材料。本工作提出一种电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚乳酸复合材料镂空结构,通过对温度均匀性的控制,可实现结构变形的精确控制和力学性能的提升。采用3D打印方法制备复合材料镂空结构,利用实验探究几何参数对镂空结构力学性能和形状回复性能的影响。结果表明:镂空结构较非镂空结构的拉伸强度有所提高,且胞宽越小强度提升越明显;CFSMPC镂空结构的形状记忆回复速度和最大回复力均有明显上升,这是因为镂空结构可以有效避免碳纤维热扩散导致的低温区,从而保证结构整体的温度均匀性;提出基于黏弹性本构的CFSMPC镂空结构电-热-力耦合有限元模型,预测的温度分布和回复时间与实验结果吻合较好。采用该模型进行分析,发现胞宽越小,回复时单胞的温度越均匀,内部应力释放越快,因此,结构的形状回复越快。

关键词：电驱动形状记忆复合材料镂空结构温度控制有限元

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Reducing the measurement errors in nonadiabatic holonomic quantum computers

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2025年第1期Mechanics & Astronomy) .卷 64-70页

作者： Guo-fu Xu Department of Physics Shandong University

Nonadiabatic holonomic quantum computers serve as the physical platform for nonadiabatic holonomic quantum *** quantum computation has entered the noisy intermediate-scale era, building accurate intermediate-scale nonadiabatic holonomic quantum computers is clearly necessary. Given that measurements are the sole means of extracting information, they play an indispensable role in nonadiabatic holonomic quantum computers. Accordingly, developing methods to reduce measurement errors in nonadiabatic holonomic quantum computers is of great importance. However, while much attention has been given to the research on nonadiabatic holonomic gates, the research on reducing measurement errors in nonadiabatic holonomic quantum computers is severely lacking. In this study, we propose a measurement error reduction method tailored for intermediate-scale nonadiabatic holonomic quantum computers. The reason we say this is because our method can not only reduce the measurement errors in the computer but also be useful in mitigating errors originating from nonadiabatic holonomic gates. Given these features,our method significantly advances the construction of accurate intermediate-scale nonadiabatic holonomic quantum computers.

关键词： quantum holonomy quantum computation measurement errors