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頂刊《Composites Part B》碳纖維科研領域最新研究進展TOP10
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1 通過氫鍵相互作用增強激光粘接鈦合金/CFRTP接頭的界面結合強度 文章主要內容 鈦合金與碳纖維增強熱塑性塑料（CFRTP）的粘接已成為航空和汽車行業(yè)實現(xiàn)輕量化制造的有利途徑。然而，金屬-塑料粘合接頭普遍較弱。與傳統(tǒng)的界面鍵合機制不同，金屬/塑料界面官能團之間的氫鍵作用目前備受關注。 在這項工作中，進行了鈦合金（TC4）與CFRTP的激光連接。為提高結合強度，采用了微弧氧化（MAO）和硅烷偶聯(lián)劑（SCA）處理等表面改性方法。結果表明，MAO工藝后的多孔結構可以增加TC4表面粗糙度并促進TC4表面與熔融CFRTP基材的機械互鎖。同時，多孔結構顯著提高了TC4表面羥基的吸附量，優(yōu)化了TC4表面的化學條件。選用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)的硅烷偶聯(lián)劑可以將氨基(-NH2)定向引入TC4表面，同時保持TC4表面的物理形態(tài)。因此在官能團之間誘導了氫鍵，這通過典型官能團波數(shù)的紅移和藍移來證明。界面鍵合力達到最大值1813 N，由于氫鍵的相互作用，進一步提高了29.96%。 圖形概要 2 沖擊雷電流作用下層狀CFRP復合材料損傷行為的試驗研究 文章主要內容 與傳統(tǒng)的金屬合金材料相比，碳纖維增強復合材料（CFRP）除了易受雷擊破壞外，具有許多優(yōu)異的優(yōu)點。本文介紹了 CFRP 層壓板在沖擊雷電流下的損傷行為研究。CFRP層壓板近場雷電機械沖擊的測量是通過一種有效克服強電磁干擾的自建裝置實現(xiàn)的。無損技術評估的損傷結果表明，CFRP樣品的損傷程度隨著電流幅度的增加而加劇，包括表觀損傷和整體損傷。對于不同表面條件的樣品，絕緣環(huán)氧樹脂層的存在極大地加劇了雷擊損壞，而擴展的銅箔保護大大減輕了損壞。涂有絕緣層的CFRP受到更強的機械沖擊，幾乎是相同電流水平下原始CFRP的兩倍。用膨脹銅箔保護的 CFRP 受到的機械力與未保護的 CFRP 相當。通過分析得出，力學效應對CFRP復合材料雷擊損傷行為的影響主要取決于熱效應，反之亦然。 圖形概要 3 使用有限元模型對熱成型連續(xù)纖維增強熱塑性塑料進行幾何優(yōu)化的案例研究 文章主要內容： 由于對質量和機械性能的需求，連續(xù)纖維增強熱塑性塑料(CFRTP) 熱成型部件的制造非常依賴優(yōu)化過程。幾何優(yōu)化通常基于試錯過程，由于制造不同原型而導致的延遲增加了最終產品的開發(fā)成本。在這項研究中，通過安裝在汽車差速器系統(tǒng)中的CFRTP組件評估了長玻璃纖維（體積為 47%）增強PA6的機械性能。 實驗結果用于驗證使用基于 CFRTP 層壓板的制造幾何形狀和機械性能的有限元 (FE) 模型獲得的結果。此外，還實施了一個完整的數(shù)學程序，以解決有限元模擬的材料數(shù)據(jù)表中缺乏有關機械模量和泊松比信息的問題。該方法基于 Halpin-Tsai 模型和經典層壓理論具有用于平面外力學性能計算的 3D 展開，其中獲得 Tsai 模量以用于檢查目的。獲得的結果與測試結果相吻合，以驗證所開發(fā)的有限元模型。此外，該模型還用于進一步優(yōu)化組件幾何形狀�；谟邢拊夹g的計算機模型的實施有助于加速可回收 CFRTP 的大規(guī)模生產開發(fā)，從而顯著減輕重量并降低溫室氣體排放，而不會降低其在整個使用壽命期間的可靠性和安全性。 圖形概要 4 切割單向碳纖維增強聚合物切屑形成機理的分析建模 文章主要內容： 單向碳纖維增強聚合物(UD CFRP) 的纖維取向由于其各向異性而主導切削過程中的切屑形成�，F(xiàn)有的分析切削模型側重于基于從不同纖維取向范圍的實驗分析中獲得的預定義切屑形成模式預測切削力。本文基于纖維取向范圍內切屑形成區(qū)域的應力狀態(tài)，對CFRP切屑形成模式進行了分析預測，包括纖維拉伸、纖維壓縮、基體拉伸和基體壓縮。用最小切削能量原理預測切屑形成角度和在切屑形成平面上激活材料失效的應力。預測和分析了隨著纖維取向度的增加切屑形成方式的轉變，預測和分析了切屑形成方式變化導致的切屑形態(tài)和切削力的變化。通過 UD CFRP 在不同未切割切屑厚度和纖維取向下的正交切割實驗，比較了模擬和測量之間的切屑形成角度、切屑形態(tài)和切削力。 5 碳纖維增強聚合物的電致發(fā)光應變傳感 文章主要內容 與傳統(tǒng)的碳纖維增強聚合物材料檢測方法相比，本論文展示了一種廉價且勞動強度較低的基于機器視覺的應變和損傷可視化技術。該技術用于表征具有非侵入式智能電致發(fā)光 (EL) 集成的紡織碳纖維增強聚合物 (CFRP) 薄層在漸進軸向載荷下的斷裂和失效特性。 智能 EL 結構利用 CFRP 獨特的導電和壓阻特性，通過亮度變化可視化變形和裂縫。根據(jù)修改后的 ASTM D3039制造斜紋編織 CFRP 層的兩種纖維取向（±45° 和 0°/90°）用于單軸機械測試中的線性和疲勞載荷，以分析纖維和基質引起的 EL 響應。EL 應變可視化方法通過標準化數(shù)字圖像相關(DIC) 驗證，利用 EL CFRP 層的自然斑點圖案。在空間分辨率和靈敏度方面，靜態(tài)和循環(huán)加載的軸向 EL 應變結果與標準和受損 CFRP 樣品上的應變提取平面常規(guī) DIC 應變場高度一致。這種新穎的應變和損傷可視化方法旨在成為復合材料行業(yè)常用的無損檢測方法的便攜式、低成本和實時替代方法。代替定期檢查，EL 架構允許對復合結構進行實時應變和損傷可視化。 6 混合成型聚碳酸酯/連續(xù)碳纖維增強復合材料部件的機械性能的設計、制造和 FEA 預測 文章主要內容 本文報告了一項關于熱塑性基體/碳纖維增強復合材料(CFRC) 部件的機械行為的設計、制造和有限元分析(FEA) 預測的研究。CFRC 組件由浸漬有聚碳酸酯(PC) 基體的連續(xù)碳纖維層壓板構成，邊緣和肋條由未填充的 PC 包覆成型。該組件已通過一步工藝（復合混合成型）制造，并使用快速熱循環(huán)成型 (RHCM) 來提高表面質量。彎曲行為已通過集成 FEA 模型方法預測，該方法考慮了復合層壓板的機械響應以及包覆成型肋的結構貢獻。結果，由于使用RHCM 工藝，表面粗糙度顯著降低（Ra 值從 0.43 降低到 0.06 μm） 。此外，所開發(fā)的 FEA 模型能夠高精度地預測 CFRC 構件的彎曲行為（FEA 最大載荷比實驗值高 1.6%）。 7 復合材料結構低速沖擊載荷疲勞極限測定與無損評價的混合方法 文章主要內容 復合材料結構的設計和操作中最具挑戰(zhàn)性且仍未解決的問題之一是預測其在疲勞載荷下的行為。當復合結構包含損傷時，這個問題就更加復雜，尤其是被認為是復合結構中最危險的損傷類型之一的低速沖擊損傷。 在本文中，作者提出了混合方法，該方法將低速沖擊損傷 (LVID) 結構的疲勞極限評估與使用熱電偶對這種損傷的無損評估相結合和熱成像在一次測試中。測試是在具有各種能量的 LVID 的碳纖維和玻璃纖維增強復合材料結構上進行的。證明了疲勞極限和沖擊能量之間的關系，并進行了觀察到的損傷機制分析。此外，還分析了 LVID可檢測性的性能，定義了檢測 LVID 所需的最小自熱溫升。所提出的方法表現(xiàn)出對沖擊損傷的高靈敏度，同時具有評估疲勞壽命的能力一個經過測試的結構。最后，提供了有關測量設置和測試參數(shù)的建議。結果表明，所提出的混合方法可以成功地用于快速、精確和無損地評估復合結構在沖擊載荷后的剩余壽命。 8 金剛石誘導的碳纖維-液態(tài)金屬混合物的高導熱性 文章主要內容 鎵(Ga) 基液態(tài)金屬 (LM) 漿料被認為在電子產品的熱管理中具有潛力和廣泛的應用。然而，一些非金屬碳基材料如金剛石或碳纖維 (CF) 不能被 Ga 潤濕，這很難在不進行表面改性的情況下使用手動攪拌制備復合材料。在這里，強制潤濕的重復壓縮方法成功地用于制備含有碳基材料的Ga基LM復合材料，而無需進行表面改性。在重復壓縮過程中會產生新的LM氧化皮。 金剛石（/CF）與Ga的鍵合機理是Ga氧化物附著在金剛石（/CF）上，然后被Ga潤濕和包覆。金剛石和CF可以從Ga基漿料中分離回收利用。高通過使用金剛石顆粒誘導CF的分布，獲得129 W m -1 K -1的熱導率值，其中液體Ga是連接相。Ga的密度可以降低21%，Ga基漿料的熱導率可以保持在100 W m -1 K -1以上。Ga基LM/金剛石/CF復合材料的成功開發(fā)表明，通過使用各向同性粒子誘導各向異性粒子的分布，可以實現(xiàn)優(yōu)異的導熱性。眾所周知，漿料可以任何形狀存在。當漿料中含有各向異性顆粒時，如何讓它發(fā)揮出近乎各向同性的優(yōu)異導熱系數(shù)（K）或其他潛在性能是具有挑戰(zhàn)性的研究。這項工作將證明各向異性粒子在液態(tài)金屬 (LM) 漿料中表現(xiàn)出優(yōu)異的導熱性的新想法。 圖形概要 9 設計和制造熱塑性碳纖維/聚對苯二甲酸乙二醇酯復合材料車底護罩，以保護電動汽車的鋰離子電池免受地面沖擊 文章主要內容 近年來，隨著人們對環(huán)保能源的興趣和需求不斷增長，電動汽車出現(xiàn)了廣闊的前景。電動汽車大量使用鋰電池作為動力源，鋰電池在承受外部沖擊時存在著火爆炸的危險。因此，在本研究中，使用碳纖維增強熱塑性復合材料設計和制造了用于電池保護的底部防護罩 (UBS)。車底護板由主護板和防撞桿（CPB）兩部分組成。 通過有限元分析分析了抗沖擊的機械性能考慮 CPB 的位置和車身底部防護板的形狀。對于 UBS，使用了混合復合材料（碳纖維 (CF)/聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和自增強聚丙烯 (SRPP) 復合材料），并優(yōu)化了 CF/PET 和 SRPP 之間的比例。通過有限元分析，設計了厚度為 2.4 mm、CF/PET:SRPP 混合比為 1:2 的最佳車底護罩。最后，設計的車底護罩采用熱成型工藝制造并安裝到電動汽車上，然后用混凝土障礙物進行車輛碰撞試驗。開發(fā)的車底護罩可以成功保護電池免受沖擊損壞，表明后部變形在5毫米以內，沒有發(fā)生電池泄漏。 10 使用深度學習方法預測纖維增強復合材料中的應力場 文章主要內容 應力分析是材料系統(tǒng)設計中的一個重要步驟，有限元方法(FEM) 是對復雜材料系統(tǒng)中的應力進行計算分析的標準方法。與多尺度 FEM 分析相關的巨大成本促使用基于數(shù)據(jù)驅動的機器學習的明顯更快的方法替代 FEM。 在本研究中，作者將深度學習工具應用于纖維增強基體復合材料系統(tǒng)中的局部應力場預測，作為 FEM 的有效替代方案。第一個挑戰(zhàn)是預測具有固定數(shù)量纖維和不同空間配置的復合材料橫截面的應力場圖. 具體而言，通過使用卷積神經網絡(CNN)，特別是 U-Net 架構，實現(xiàn)了纖維的空間排列與相應的 von Mises 應力場之間的映射。CNN 使用與目標系統(tǒng)具有相同數(shù)量的纖維的數(shù)據(jù)進行訓練。穩(wěn)健性分析使用訓練樣本的不同初始化來發(fā)現(xiàn)預測精度隨著訓練樣本數(shù)量的增加而變化。具有大量纖維的系統(tǒng)通常需要更精細的有限元網格離散化 ，導致計算成本增加。因此，這里的次要目標是使用 CNN 預測具有大量光纖的系統(tǒng)的應力場，這些 CNN 對來自相對便宜且光纖數(shù)量較少的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行了預訓練。 界面是決定復合材料性能的關鍵因素，是復合材料研究領域的焦點問題。 2022復合材料界面banner1.jpg |
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tzynew2樓
2022-06-17 10:32
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Alex_w93樓
2023-07-04 16:15
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