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聚合物基复合材料凸头螺栓连接研究进展

北京航空航天大学学报 2023年第4期49卷 745-760页

作者：董慧民李小刚马绪强程丽君李跃腾钱黄海中国航发北京航空材料研究院北京100095

机械连接是聚合物基复合材料最典型的连接方式,因其在连接工艺性和可靠性方面的优势,使其在航空航天制造领域得到了广泛应用。对凸头螺栓连接聚合物基复合材料接头的研究进展进行综述。回顾了复合材料接头的机械连接形式,讨论了在拉伸... 详细信息

机械连接是聚合物基复合材料最典型的连接方式,因其在连接工艺性和可靠性方面的优势,使其在航空航天制造领域得到了广泛应用。对凸头螺栓连接聚合物基复合材料接头的研究进展进行综述。回顾了复合材料接头的机械连接形式,讨论了在拉伸加载下的失效过程,详细论述了复合材料接头的损伤模式;重点讨论了复合材料接头力学性能影响因素的研究进展,包括复合材料性能(纤维类型、增强体结构形式、纤维与金属混杂层板、铺层角度及比例、固化工艺、初始材料缺陷)、紧固件性能(紧固件刚度、钉头型式、螺栓直径、螺纹密封、间隙配合、干涉配合、紧固件缺失)、连接板性能、侧向约束(拧紧力矩、预紧面积、补偿垫片、接触面摩擦因素)、几何效应(复合材料板尺寸、板厚与孔直径比、层合板宽度与孔直径比、孔端距与孔直径比、螺孔形状、螺孔质量、螺孔位置误差)、载荷(静载荷、动态载荷、疲劳载荷、蠕变、松弛、温湿载荷)等;对聚合物基复合材料凸头螺栓连接的未来研究方向进行了展望。

关键词：聚合物基复合材料机械性能凸头螺栓连接失效分析

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《聚合物基复合材料》课程中思维导图的应用

高分子通报 2022年第8期 85-88页

作者：孔立智刘锁兰常州大学材料科学与工程学院常州213164

思维导图是一种可有效地帮助学生理解和记忆课程内容的笔记方法,针对《聚合物基复合材料》课程内容涉及面宽,体系庞杂的特点,可以在学习过程中提供很大的帮助。如何引导学生在课程学习过程中正确使用思维导图,构建属于自己的课程知识体... 详细信息

思维导图是一种可有效地帮助学生理解和记忆课程内容的笔记方法,针对《聚合物基复合材料》课程内容涉及面宽,体系庞杂的特点,可以在学习过程中提供很大的帮助。如何引导学生在课程学习过程中正确使用思维导图,构建属于自己的课程知识体系,本文讨论了相关的教学原则和策略。独立性原则保证了这种教学方法的有效性,避免流于形式;分层教学原则有利于针对不同层次学生的思维方式特点,最大程度帮助每个学生取得良好的学习效果。

关键词：聚合物基复合材料思维导图独立性分层教学

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聚合物基复合材料单向板黏弹性模型

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第1期43卷 30-33页

作者：张小玉黄乾钰陈建中李卓球武汉理工大学理学院湖北武汉410070

为了建立一种由基体的黏弹性获得复合材料黏弹性的新方法,从基体材料的黏弹性模型出发,提出一种复合材料单向板黏弹性模型.由该模型的平衡方程组,经拉普拉斯变换与逆变换推导其黏弹性本构关系,该表达形式与基体材料的黏弹性本构方程具... 详细信息

为了建立一种由基体的黏弹性获得复合材料黏弹性的新方法,从基体材料的黏弹性模型出发,提出一种复合材料单向板黏弹性模型.由该模型的平衡方程组,经拉普拉斯变换与逆变换推导其黏弹性本构关系,该表达形式与基体材料的黏弹性本构方程具有相同的形式.进行了基体材料和复合材料单向板的黏弹性实验,结果表明:复合材料单向板的蠕变柔量公式的实验拟合参数值与理论推导的参数值较为接近,该模型能够较准确地表达复合材料单向板的黏弹性行为.该模型只须测出基体的弹性模量及蠕变常数、复合材料单向板的弹性模量及基体含量,即可预测聚合物基复合材料单向板的黏弹性行为.

关键词：聚合物基复合材料黏弹性模型拉普拉斯变换细观力学模型蠕变柔量

聚合物基复合材料有效蠕变响应与单轴拉伸行为的细观力学模拟

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复合材料学报 2016年第12期33卷 2911-2917页

作者：钟轶峰杨旦旦周小平矫立超重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045

基于变分渐近均匀化理论框架建立表征线性黏弹性聚合物基复合材料有效蠕变响应和宏观应力-应变行为的细观力学模型。从线性黏弹性聚合物基复合材料本构方程中构建能量泛函变分表达式出发,采用变分渐近法求解线性黏弹性聚合物基复合材料... 详细信息

基于变分渐近均匀化理论框架建立表征线性黏弹性聚合物基复合材料有效蠕变响应和宏观应力-应变行为的细观力学模型。从线性黏弹性聚合物基复合材料本构方程中构建能量泛函变分表达式出发,采用变分渐近法求解线性黏弹性聚合物基复合材料的有效蠕变柔度系数,并以此为基础计算聚合物基复合材料的时变和单轴拉伸行为。通过算例验证了构建模型的适用性和准确性。由于所有计算均在时间域内完成,不再需要传统线黏弹性复合材料使用的Laplace转换和反演,计算效率大为提高。

关键词：有效蠕变响应宏观应力-应变行为线黏弹性聚合物基复合材料细观力学变分渐近法

Dynamic effective elastic modulus of polymer matrix composites with dense piezoelectric nano-fibers considering surface/interface effect

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2015年第1期58卷 125-132页

作者： FANG XueQian HUANG MingJuan ZHU ZiTao LIU JinXi FENG WenJie Department of Engineering Mechanics Shijiazhuang Tiedao University School of Mathematics and Science Xiamen University

Based on effective field method,the dynamic effective elastic modulus of polymer matrix composites embedded with dense piezoelectric nano-fibers is obtained,and the interacting effect of piezoelectric surfaces/interfaces around the nano-fibers is considered.The multiple scattering effects of harmonic anti-plane shear waves between the piezoelectric nano-fibers with surface/interface are averaged by effective field method.To analyze the interacting results among the random nano-fibers,the problem of two typical piezoelectric nano-fibers is introduced by employing the addition theorem of Bessel functions.Through numerical calculations,the influence of the distance between the randomly distributed piezoelectric nano-fibers under different surface/interface parameters is analyzed.The effect of piezoelectric property of surface/interface on the effective shear modulus under different volume fractions is also examined.Comparison with the simplified cases is given to validate this dynamic electro-elastic model.

关键词：聚合物基复合材料有效弹性模量纳米纤维压电性能纤维表面界面效应随机分布贝塞尔函数

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聚合物基复合材料热解产物内压及影响研究

聚合物基复合材料热解产物内压及影响研究

作者：韩雪飞中国民航大学

学位级别：硕士

在现代民用飞机中,为飞机减重和增加内部装饰部件的工艺性能,在飞机内部装饰中也采用了大量的复合材料。但复合材料在航空器上的大规模应用,提高了航空器的火灾风险性。在火灾环境下,聚合物基复合材料温度逐渐升高,聚合物基质将发生热... 详细信息

在现代民用飞机中,为飞机减重和增加内部装饰部件的工艺性能,在飞机内部装饰中也采用了大量的复合材料。但复合材料在航空器上的大规模应用,提高了航空器的火灾风险性。在火灾环境下,聚合物基复合材料温度逐渐升高,聚合物基质将发生热分解反应,产生热解气体,材料内部的气体积聚并形成内部压力,当内部压力过大时会导致复合材料结构的变形和分层失效。本文考虑了火灾环境下聚合物基复合材料所发生的一系列物理化学变化,并构建了聚合物基复合材料的温度-压强耦合分析数学模型,并利用UMATHT与USDFLD等用户子程序的二次开发完成了对数学模型编译,从而构建了聚合物基复合材料的温度-压强耦合分析模型。分别对玻璃纤维/乙烯基酯、玻璃纤维/酚醛树脂和碳纤维环氧树脂三种材料体系展开有限元建模计算,同时,在35k W/m与50k W/m两种热流工况下对105mm×105mm×9.6mm的碳纤维环氧树脂层合板进行了热响应试验,测量了碳纤环氧树脂在不同热流下的温度变化曲线,其温度测量值与模型计算值吻合较好,验证了模型的可行性,并分析三种材料体系的热响应规律及压强分布和压强变化规律。本文通过双线性内聚力单元建立了由压强引起的聚合物基复合材料分层损伤模型,采用最大应力准则、B-K准则,分别判断分层的萌生及其扩展变化。对碳纤环氧树脂层合板进行建模分析,与热响应试验后的碳纤维环氧树脂层合板的CT扫描图对比验证了模型的可行性,并对内部压强作用下的碳纤环氧树脂层合板的应力、位移规律展开分析。研究发现,在单侧热流作用下,聚合物基复合材料同一位置处,分解因子随热解反应的进行不断变小,且随加热时间增加,分解因子变化由强逐渐减缓,渗透率、孔隙率随之逐渐增大。当热流密度增大时,热分解反应提前,密度降低幅度增大,其中心区域的渗透率、孔隙率、密度变化增大,且变化区域增大。聚合物基复合材料内部压强升高是由材料内部温度升高,热反应分解产生的气体在孔隙中聚集,以及其余位置的分解部分的气体逃逸三部分引起,其中热反应分解所产生的气体引起的压强占主导。内部压强下降是由于随着热分解的进行,材料内部孔隙率增大,使得存贮气体的体积增大,以及渗透率增大,使得孔隙内部的气体更易向外逸出。在50k W/m热流下,碳纤维/环氧树脂层合板内部受压强作用发生分层,受热面的中心点处位移最大,达到0.64mm,随着厚度方向加深,分层损伤开始减弱,分层位移随之减小。绝热面中心区域向下发生分层,绝热面中心点的位移为-0.18mm。在分层损伤模型中,接近受热面的内聚力单元均在中心点位置开始发生分层损伤,由中心点逐渐向四周扩展,在绝热面附近的内聚力单元由层合板四角区域开始发生分层损伤,向内部开始扩展。碳纤维环氧树脂层合板内部应力主要集中在未发生失效的单元与失效单元的相邻的节点上。

关键词：聚合物基复合材料二次开发温度-压强耦合分析模型内压分层损伤模型

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聚合物基复合材料低速冲击损伤的研究进展

材料科学与工艺 2017年第6期25卷 1-8页

作者：肖琳王冠辉邱思贾近肖海英张东兴哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

聚合物基复合材料具有许多优异的性能,如比强度高和耐疲劳等,因此,被广泛应用于各个领域.然而,在其服役过程中,会受到低速冲击作用而产生明显或潜在损伤,易导致应力集中,形成安全隐患.为此,国内外科研人员对此展开了多方面的研究工作.... 详细信息

聚合物基复合材料具有许多优异的性能,如比强度高和耐疲劳等,因此,被广泛应用于各个领域.然而,在其服役过程中,会受到低速冲击作用而产生明显或潜在损伤,易导致应力集中,形成安全隐患.为此,国内外科研人员对此展开了多方面的研究工作.本文综述了聚合物基复合材料低速冲击损伤及环境和材料结构对其影响的研究现状,归纳了环境作用后聚合物基复合材料的冲击损伤机理,总结了国内外对冲击损伤的测试与评估方法,对比了不同有限元模拟软件的分析方法,指出了目前研究中存在的问题,并展望了未来需要着重开展的研究方向.

关键词：聚合物基复合材料低速冲击无损检测损伤评估有限元分析

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聚合物基复合材料老化曲线快速测试方法

中国安全科学学报 2019年第6期29卷 104-108页

作者：傅惠民隗依岸文歆磊北京航空航天大学小样本技术研究中心

为解决聚合物基复合材料老化试验时间长费用高的问题,通过研究老化曲线特点,建立一种老化曲线强度下降阶段的三参数指数函数模型,在此基础上提出聚合物基复合材料老化曲线快速测试方法,并通过仿真模拟和工程实例验证该方法。研究表明:... 详细信息

为解决聚合物基复合材料老化试验时间长费用高的问题,通过研究老化曲线特点,建立一种老化曲线强度下降阶段的三参数指数函数模型,在此基础上提出聚合物基复合材料老化曲线快速测试方法,并通过仿真模拟和工程实例验证该方法。研究表明:该方法能够根据老化强度快速下降阶段的试验数据或加上少量缓慢下降阶段的试验数据,得到强度下降阶段的整条老化曲线,能很好地逼近真值或者偏于保守,工程上安全可用;与传统方法相比,可以节省2/3左右的试验时间和成本。

关键词：聚合物基复合材料老化曲线快速测试寿命预测可靠性

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基于外场辅助制备聚合物基电磁屏蔽复合材料

Science Bulletin 2023年第17期68卷 1938-1953页

作者：梁超博邱华张雅莉刘亚青顾军渭 Shanxi Key Laboratory of Nano Functional Composites School of Materials Science and EngineeringNorth University of ChinaTaiyuan 030051China Shaanxi Key Laboratory of Macromolecular Science and Technology School of Chemistry and Chemical EngineeringNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China

通讯技术不断升级以及移动设备的快速发展极大改善了人们生活,但也带来了电磁干扰和信息安全问题.因此,亟需开发高性能电磁屏蔽材料来抑制电磁辐射和阻止信息泄露.研究发现,在外力作用下填料的自取向行为有助于实现聚合物基复合材料电... 详细信息

通讯技术不断升级以及移动设备的快速发展极大改善了人们生活,但也带来了电磁干扰和信息安全问题.因此,亟需开发高性能电磁屏蔽材料来抑制电磁辐射和阻止信息泄露.研究发现,在外力作用下填料的自取向行为有助于实现聚合物基复合材料电磁屏蔽性能的提升,因此如何在聚合物基体中构筑有效的填料取向结构正成为电磁屏蔽材料研究的热点.本文首先关注外场诱导复合材料内导电网络的构建策略.随后,梳理了利用外场诱导无机填料取向制备聚合物基电磁屏蔽复合材料的研究进展,其中外场包括温度场、静电场、重力场、机械力场和磁场.值得注意的是,基于外场诱导制备的独特结构与电磁波之间的特殊响应关系通过精选的案例被进一步剖析.最后,提出外场辅助制备聚合物基电磁屏蔽复合材料各自亟待解决的关键科学和技术问题,并对未来的发展方向进行了理性预测.本文讨论的方法和提出的策略有望为高性能聚合物基电磁屏蔽复合材料的创新设计提供一些指导意见.

关键词：聚合物基复合材料电磁屏蔽材料高性能聚合物电磁屏蔽性能创新设计聚合物基体取向结构导电网络