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对8种铺层结构的碳纤维复合材料进行了拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量的测试,通过测试结果分析了预浸布面密度、铺层角度和表层3K编织层对复合材料性能的影响。面密度为75 g/m2的碳纤维预浸布复合材料比同样铺层结构、面密度为150 g/m2的碳纤维预浸布复合材料的力学性能更高,这可能是由于面密度高的预浸布胶更厚,在材料铺层中更容易出现树脂聚集区,导致复合材料拉伸强度下降;当3K编织材料自身强度大于中间铺层部分的强度时,表层的3K编织材料能够提高复合材料的力学性能,当3K编织材料自身强度小于中间铺层部分的强度时,表层的3K编织材料会降低复合材料的力学性能;采用(0°)铺层结构的碳纤维复合材料具有明显的各向异性,复合材料在90°和0°方向上的力学性能差异较大;采用(0°/90°)铺层结构能够明显降低复合材料的各向异性,提高90°和0°方向上的力学性能;采用(-45°/0°/45°/90°)铺层结构能够在(0°/90°)铺层结构的基础上,进一步提高45°和-45°方向上的力学性能。 ...
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水泥基复合材料已推广应用于水利工程中,探究其耐久性能是保证高寒地区高混凝土坝安全的关键。将碳纤维与多壁碳纳米管双导电相填料加入水泥材料,从导电性能、力学性能和抗冻性能3个方面研究其作用效果。同时,为充分利用废弃资源,将废弃轮胎制备成橡胶集料加入试件用于力学性能和抗冻性能的试验分析。试验结果表明:当碳纤维与多壁碳纳米管掺量为0.25%时,导电相填料对水泥复合材料的电阻率改变最为明显,在掺量为0.3%时复合材料的电阻率最低,同时,不同外加电场对电阻率的影响可以忽略不计;当碳纤维和多壁碳纳米管的掺量为0.3%、橡胶掺量为30%时,复合材料的抗冻性能最佳,此时,力学性能也满足工程应用需求,抗折和抗压强度分别超过7 MPa和30 MPa。研究结果为提升高寒地区混凝土结构的性能提供了新的技术手段。 ...
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本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲特性的影响。结果表明:在20~120℃环境条件下,温度对G/CFHC层合板影响较大,随着温度的升高,层合板的屈曲载荷不断下降,在达到一定温度后,屈曲载荷的下降趋势趋于平缓;在铺层角度相同的前提下,屈曲载荷会随着碳纤维单层板位置的变化而发生变化,碳纤维单层板从外层逐渐向中间层移动的过程中,屈曲载荷呈降低趋势;铺层厚度对层合板的屈曲载荷影响很大,随着层合板厚度的增加,屈曲载荷呈现出持续上升的趋势。此外,纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲载荷有显著影响。在层合板厚度和层数一定时,增加碳纤维单层板的数量可以有效提高G/CFHC层合板的抗屈曲能力,增加其稳定性。 ...
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采用熔融共混方法制备了聚碳酸酯/短切碳纤维/二苯砜磺酸钾(PC/sCF/KSS)复合材料,通过垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)和锥型量热测试研究了同时加入sCF和KSS对PC阻燃性能的影响。结果表明,当加入质量分数2%的sCF和质量分数0.1%的KSS时,PC/2sCF/0.1KSS复合材料的LOI较纯PC(27.2%)大幅提高,达到36.2%,UL-94等级达到V-0级。sCF和KSS在降低PC热释放和烟释放方面表现出协同效应。与纯PC相比,PC/2sCF/0.1KSS复合材料的峰值热释放速率(pHRR)降低59%,峰值烟释放速率(pSPR)降低57%,峰值CO释放速率(pCOP)降低63%,均优于单独加入sCF或KSS的样品。在燃烧过程中,sCF和KSS的同时加入在PC复合材料中发挥了优异的凝聚相阻燃作用。此外,PC/2sCF/0.1KSS复合材料的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率与纯PC相比变化不大,力学性能得到保持。 ...
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在实际服役环境下,碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)结构表面容易出现浅划痕损伤,如何评估损伤后CFRP结构的承载性能是关注的焦点。基于边界效应模型(BEM)研究了CFRP板出现表面浅裂纹后的断裂强度,提出了一种CFRP表面定量深度浅裂纹的预制方法,较准确地制备了包含表面浅裂纹的试件;完成了三点弯曲准静态成组试验,在金相显微镜下对裂尖损伤区的断裂特征进行观测,建立了裂纹尖端损伤区量化评价方法。研究结果表明:通过标定试验确定了试验机分别施加300,450,600 N的压力载荷后,CFRP层合板试件表面可形成平均深度约为0.10,0.14,0.18 mm的浅裂纹;完成了边裂纹试件的三点弯曲断裂试验,通过裂纹扩展观测和成组试验数据的拟合分析,确定了反映裂尖损伤区分布范围的参数β和断裂参数C的最优取值,分别为β=0.27,C=0.47,实现了CFRP表面微裂纹损伤后断裂强度的评价,并且拟合分析与直接拉伸试验的抗拉强度对比偏差为4.59%,验证了BEM模型的合理性;基于BEM模型,建立了CFRP层合板断裂强度预测的解析方程,以便于实际工程应用。 ...
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为研究2层不同角度碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, CFRP)加固柏木的受压裂纹演化规律,对分别粘贴2层30°、60°、90°CFRP的柏木进行单轴压缩试验,利用声发射(Acoustic Emission, AE)技术和数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术对试件的裂纹演化过程进行监测,最后结合数值模拟对试件的荷载位移曲线进行验证并提供加固木材的方法指导。结果表明,声发射信号可以反映试件裂纹的萌生规律及力学特性,CFRP包裹角度越大,试件裂纹扩展越平缓,延性越高,最大承载力越高;RA-AF分析法和DIC表面云图的结合可以反映试件裂纹类型、萌生的位置及扩展过程,试件的裂纹均以张拉型裂纹为主,且CFRP包裹角度越大,裂纹就越容易在端部产生;AE技术、RA-AF分析法、DIC技术和数值模拟的结合为进一步研究CFRP包裹角度与裂纹演化规律的影响关系提供参考。 ...
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