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三维C/C复合材料的压缩性能及破坏机制

复合材料学报 2009年第6期26卷 91-96页

作者：孟松鹤韦利明许承海阚晋哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

采用扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察和力学性能测定的方法,研究了三维C/C复合材料微观结构形貌,以及材料x向、y向和z向的压缩性能。结果表明,材料内部缺陷明显,纤维束/基体界面结合较弱,材料z向压缩强度和破坏应变均大于x向和y向,压缩... 详细信息

采用扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察和力学性能测定的方法,研究了三维C/C复合材料微观结构形貌,以及材料x向、y向和z向的压缩性能。结果表明,材料内部缺陷明显,纤维束/基体界面结合较弱,材料z向压缩强度和破坏应变均大于x向和y向,压缩应力应变曲线开始阶段近似线性,随着载荷的增加,曲线表现出明显的非线性特征。从宏观上考察了材料的压缩破坏机制,材料x向、y向和z向破坏模式均为剪切型破坏,纤维/基体界面结合强度对破坏模式影响明显。

关键词： C/C复合材料微观结构压缩性能破坏机制

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热防护设计分析技术发展中的新概念与新趋势

航空学报 2015年第9期36卷 2981-2991页

作者：杨强解维华彭祖军孟松鹤杜善义哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

热防护材料/结构是实现临近空间飞行器高速飞行的一项关键技术,近年来一些新的设计与分析方法不断涌现。本文对这些新的设计与分析方法进行了论述,综合分析后可以看出:热防护材料设计开始从原子、分子尺度出发,根据使用需求设计材料,并... 详细信息

热防护材料/结构是实现临近空间飞行器高速飞行的一项关键技术,近年来一些新的设计与分析方法不断涌现。本文对这些新的设计与分析方法进行了论述,综合分析后可以看出:热防护材料设计开始从原子、分子尺度出发,根据使用需求设计材料,并发展主动防护与控制环境技术;热防护结构设计在原有防热/承载一体化设计基础上,向多元化以及多功能一体化方向发展,同时积极发展新机制热防护概念设计;热防护分析方法更加注重复杂真实服役状态下多尺度、多物理场及非确定性的精细化分析。这些新概念和新技术有望给热防护技术带来革命性的进步。

关键词：热防护材料设计结构设计新概念新技术

C/C复合材料液相浸渍制备工艺及其力学性能模拟

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复合材料学报 2011年第3期28卷 159-166页

作者：梁军卢琦阚晋陈海龙哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

针对酚醛先驱体C/C复合材料液相浸渍制备工艺各组分相的化学转化特性,基于Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相浸渍制备工艺力学模型,详细分析了固化-炭化和石墨化两个重要的工艺阶段各组分相的体积变化规律,得到的气孔体积分数与Micro... 详细信息

针对酚醛先驱体C/C复合材料液相浸渍制备工艺各组分相的化学转化特性,基于Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相浸渍制备工艺力学模型,详细分析了固化-炭化和石墨化两个重要的工艺阶段各组分相的体积变化规律,得到的气孔体积分数与Micro-CT系统扫描处理的细编穿刺C/C复合材料微结构图像中气孔体积分数相吻合,并结合均匀化方法对制备过程材料基体有效弹性模量进行了预测。结果表明:材料基体的有效弹性模量随着致密化次数的增加而增大,在每一次致密化过程中材料基体的有效弹性模量先增大后减小,石墨化工艺过程中材料基体的有效弹性模量达到某一值后保持平稳。

关键词： C/C复合材料液相制备工艺均匀化方法有效弹性模量 Micro CT

4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究现状和应用进展

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哈尔滨工业大学学报 2020年第6期52卷 227-244页

作者：王林林冷劲松杜善义哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

形状记忆聚合物材料是一种在外界环境刺激下可发生形状变化的智能材料,基于这种智能材料的可变形结构在生物医疗、航空航天等诸多领域显示出巨大的应用潜力.4D打印技术的问世为智能材料的进一步发展带来新的机遇,同时为微创医疗、智能... 详细信息

形状记忆聚合物材料是一种在外界环境刺激下可发生形状变化的智能材料,基于这种智能材料的可变形结构在生物医疗、航空航天等诸多领域显示出巨大的应用潜力.4D打印技术的问世为智能材料的进一步发展带来新的机遇,同时为微创医疗、智能机器人、柔性电子等高科技产业开创了全新的和智能化的发展方向.本文首先介绍4D打印技术的兴起和发展,以及5种新兴聚合物打印技术(光辅助打印、磁辅助打印、连续纤维打印、容积3D打印、多材料多喷头打印)的研发;其次从热、电、磁、光驱动4个方面综述了近几年4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究进展及潜在应用,总结了适用于4D打印的形状记忆聚合物及其复合材料的制备方式及性能;然后介绍了基于形状记忆聚合物复合材料的4D打印结构在生物医疗、航空航天、智能器件及仿生领域的应用研究;最后指出4D打印在打印技术、打印材料、驱动方式和应用验证4个方面存在的问题及未来发展方向.

关键词：形状记忆聚合物复合材料 4D打印技术可变形结构应用

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新型压电旋转驱动器的设计与性能测试

机械工程学报 2015年第8期51卷 185-190页

作者：于月民冷劲松哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

为了降低压电旋转驱动器的成本,提高承载能力,实现分辨率可调,设计研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器采用单个压电堆栈作为原动件,经二级位移放大机构将压电堆栈的变形进行放大,再通过运动转换将放大后的直线运动转化为棘轮转子的旋... 详细信息

为了降低压电旋转驱动器的成本,提高承载能力,实现分辨率可调,设计研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器采用单个压电堆栈作为原动件,经二级位移放大机构将压电堆栈的变形进行放大,再通过运动转换将放大后的直线运动转化为棘轮转子的旋转转动。制作了压电旋转驱动器样机,对其进行试验测试。试验结果表明:驱动器的输出转角具有很好的可控性,当驱动电压分别为200 V、350 V和650 V时,可获得三种稳定的单步输出转角,旋转分辨率为0.034 9 rad,最大承载扭矩为0.392 N·m。频率为20 Hz时,最大运转速度为2.094 4 rad/s。该驱动器在降低成本的同时,还具有分辨率可调、运转速度较高和承载能力强的优点,在精密驱动和大转角驱动领域有较大的应用潜力。

关键词：压电堆栈旋转驱动器位移放大分辨率

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旋转Rayleigh梁动力学性能的研究

力学学报 2011年第3期43卷 635-640页

作者：钱新杜星文哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

采用广义Hamilton原理推导了旋转Rayleigh梁在重力作用下的运动方程,研究了简支-简支边界条件下旋转Rayleigh梁的动态特性,指出并证明文献中所推导的运动方程缺失了一个由离心力引起的陀螺效应项.理论分析和数值模拟了激励频率、陀螺效... 详细信息

采用广义Hamilton原理推导了旋转Rayleigh梁在重力作用下的运动方程,研究了简支-简支边界条件下旋转Rayleigh梁的动态特性,指出并证明文献中所推导的运动方程缺失了一个由离心力引起的陀螺效应项.理论分析和数值模拟了激励频率、陀螺效应、转动惯量、长细比对涡动频率、临界速度和模态振型的影响.结果表明,正向涡动频率随着激励频率的增加先增加后减小,而反向涡动频率则随着激励频率的增加一直减小;旋转Rayleigh梁有着无限多阶正向和反向临界速度;正向涡动频率总是大于同阶的反向涡动频率.

关键词：旋转Rayleigh梁涡动频率临界速度陀螺效应

基于单胞解析模型的单向复合材料强度预报方法

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复合材料学报 2010年第5期27卷 86-92页

作者：赵琳张博明哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

基于单胞解析模型,建立一种从复合材料细观组分到宏观单向板的强度预报方法。根据连续介质力学和均匀化方法构建细-宏观关联矩阵,通过该关联矩阵将细观组分材料的弹性和损伤性能传递到宏观单向板中。考虑复合材料细观损伤状态,当纤维和... 详细信息

基于单胞解析模型,建立一种从复合材料细观组分到宏观单向板的强度预报方法。根据连续介质力学和均匀化方法构建细-宏观关联矩阵,通过该关联矩阵将细观组分材料的弹性和损伤性能传递到宏观单向板中。考虑复合材料细观损伤状态,当纤维和基体满足各自强度准则时失效,并通过失效因子折算成刚度的衰减。在此基础上,结合有限元分析,实现复合材料单向板纵横向拉伸模拟,从而预报单向板的拉伸强度。结果表明:该方法预报的模量和强度与实验值基本一致,验证了该方法的有效性与高效性。

关键词：复合材料强度预报有限元法单胞解析模型失效准则

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高温烧蚀条件下C/C材料热力耦合场模拟

复合材料学报 2006年第5期23卷 143-148页

作者：王臣梁军吴世平杜善义哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

热防护材料在高温、高焓、高压环境中因物理、化学和力学因素造成质量损失引起材料烧蚀,使其热力学和热物理性质发生不可逆变化,表现出复杂的非线性特征。通过对碳基复合材料热化学烧蚀机理分析,由质量守恒、能量守恒及系统化学反应的... 详细信息

热防护材料在高温、高焓、高压环境中因物理、化学和力学因素造成质量损失引起材料烧蚀,使其热力学和热物理性质发生不可逆变化,表现出复杂的非线性特征。通过对碳基复合材料热化学烧蚀机理分析,由质量守恒、能量守恒及系统化学反应的热化学平衡原理,建立相应的热化学和热力学烧蚀模型。基于材料线烧蚀引起边界移动建立热传导方程;对温度场以及热应力场求解时充分考虑材料变物性特征。通过数值模拟表征材料在高温烧蚀条件下的动态热力学行为,与实验结果吻合较好,实现了材料在高温、高过载等复杂因素耦合作用下的实时仿真。

关键词： C/C复合材料热化学性质热力学性质烧蚀

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三维四向编织复合材料有效性能的预报

复合材料学报 2007年第1期24卷 158-166页

作者：严实吴林志孙雨果杜善义哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

根据三维四向编织复合材料中纤维束的空间几何结构特征,建立了比较合理的三胞模型。模型中考虑了3种单胞各自纤维束的空间结构和弯曲,同时引入纤维束填充因子来描述各类单胞中纤维束的不同截面形状对材料弹性常数的影响。基于刚度体平... 详细信息

根据三维四向编织复合材料中纤维束的空间几何结构特征,建立了比较合理的三胞模型。模型中考虑了3种单胞各自纤维束的空间结构和弯曲,同时引入纤维束填充因子来描述各类单胞中纤维束的不同截面形状对材料弹性常数的影响。基于刚度体平均方法,建立了相应的刚度预报模型,得到了三维四向编织复合材料的工程弹性常数。用细观力学方法分析了工艺参数和尺寸效应对材料有效性能的影响规律。不同尺寸试件的数值预报结果和实验结果吻合较好。

关键词：编织复合材料三胞模型细观力学有效性能