复合材料杆塔及材料多因子老化特性研究_吴雄
桥梁复合材料防车撞结构的参数灵敏度分析及耐撞性优化
桥梁复合材料防车撞结构的参数灵敏度分析及耐撞性优化吴亚锋;潘晋;方涵;许明财【摘要】设计了以纤维增强复合材料和蜂窝形结构形式为基础的桥梁防车撞结构.对结构设计变量进行了灵敏度分析,获得对结构的耐撞特性影响最大的3个设计变量.以灵敏度分析结果中的3个设计变量为试验因子,采用均匀试验设计方法获得了合理的样本空间,并借助非线性数值仿真方法和响应面法得到关于结构设计变量和比吸能、碰撞力的响应面代理模型,通过遗传算法优化出了比较合理的结构尺寸.结果表明,响应面的二次多项式线性回归模型比线性回归模型更准确,优化后的结构尺寸不仅具有优良的耐撞特性,可以满足桥墩设计抗撞力的要求,而且自重减小,从而降低了防撞成本.%Based on the impact dynamics theories, a fiber-reinforced composite plastics material and honeycomb-type structure for bridge-vehicle crash is designed in this paper.Sensitivity analysis method is adopted to determine the significance of the design variables on the structure crashworthiness, and three design variables are chosen as the basis of optimization design.Reasonable sample space is designed by using uniform design experimentation, and then nonlinear numerical simulation method and response surface method are adopted to obtain surrogate models about design variables, specific energy absorption and impact force.With Matlab software and genetic algorithm, more reasonable sizes of the structure are optimized.The results show that the quadratic polynomial regression model is more accurate than the linear regression model, and the optimized structure not only has excellentcrashworthiness and meets the pier design requirements, but also reduces the crash costs.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】6页(P338-343)【关键词】GFRP;灵敏度;比吸能;响应面法【作者】吴亚锋;潘晋;方涵;许明财【作者单位】北京汽车股份有限公司汽车研究院北京 101300;武汉理工大学交通学院武汉 430063;北京汽车股份有限公司汽车研究院北京 101300;华中科技大学船舶与海洋工程学院武汉 430074;武汉力拓桥科防撞设施有限公司武汉 430040【正文语种】中文【中图分类】U41复合材料以其比强度和比模量高、抗疲劳性能好、可设计性好和破损安全性好等优良特性越来越多地被用到防撞结构设计中[1-2].Ramakrish等[3]的研究表明，借助于合理的结构设计和铺层设计，玻璃纤维增强复合材料(glassfiber reinforced plastic,GFRP)具有比一般金属材料更为优越的缓冲吸能特性.Shyr等[4]通过研究认为复合材料层合板的层数是影响其吸能机理的重要因素.Hitchen等[5]通过进一步的研究发现铺层方式将影响复合材料结构内部的脱层损伤模式和吸能效果.Robinson等[6]的研究试验结果表明，冲击损伤与冲击能量和结构尺寸存在复杂的非线性关系.在数值仿真方面，崔维成[7]对复合材料结构的破坏过程进行了数值计算，证明用计算机来模拟复合材料结构的破坏过程是完全可行的.在结构的优化领域，基于响应面法(response surface method,RSM)和遗传算法的耐撞性优化方法主要应用在汽车碰撞和航空航天领域.如Kurtaran等[8]采用响应面近似技术，从内能方面对圆柱壳、简化车体等结构进行了耐撞性约束优化.张立新等[9]采用响应面方法将结构碰撞的响应表示为设计变量的显式函数，构造出代理模型，并利用Matlab中的优化工具箱进行优化求解.Lanzi等[10]采用了响应面法和遗传算法相结合的方法，对复合材料薄壁元件的耐撞性能进行了多目标约束优化.目前GFRP复合材料在桥梁防船撞领域已有应用，但将其应用于桥梁防车撞领域还不多见，而对桥梁复合材料防撞结构进行整体优化的则更少[11-12].因此，文中以GFRP为材料，以蜂窝形为结构形式，构造了具有低波阻抗特性、可以增加应力波传播途径的桥梁复合材料防车撞结构，同时在结构中使用了具有良好吸能特性的夹层板结构，并对该防车撞结构进行了优化.首先设计了复合材料防车撞结构的基本尺寸，对其主要设计参数进行了灵敏度分析；接着基于均匀试验设计方法构造了重要结构尺寸参数的样本空间，并对结构进行了非线性数值仿真分析；在此基础上结合响应面法和遗传算法对结构进行耐撞性优化，以期在满足耐撞性的前提下，减轻结构的自重，提高结构的安全可靠性和经济性.1.1 结构设计1) 结构材料主要考虑车桥正撞的工况，近似采用一维应力波理论进行分析[13]，碰撞力F的计算见式(1)，应力波波速Cv的计算见式(2)式中：ρ0CvA为广义波阻抗；σ′(ε)为线弹性材料的弹性模量；E1为低应变率下的材料弹性模量；E2为高应变率下的材料弹性模量；ρ为防车撞结构所采用的材料的密度；A为车桥碰撞接触面积；v为撞击初始速度.由式(1)～(2)可知，碰撞力主要由撞击初始速度和广义波阻抗来决定，在碰撞速度一定的情况下减小碰撞力的最有效方法为减小广义波阻抗.文中研究的车桥碰撞工况中撞击接触面积近似为不变量，因此，减小材料的密度和弹性模量是减小广义波阻抗的最有效途径.与普通钢材相比，GFRP材料具有强度高、模量低、密度小、抗疲劳性能好、可设计性好等优良特性，其密度约为普通钢材的27%，主平面内的弹性模量约普通钢材的29%.同时，GFRP材料的高粘弹性将在结构中形成显著的应变滞后现象，粘性耗散能比较大，并使前一轮的反向应力波的迟滞过程抵消后一轮正向应力波的撞击效应，如此反复，既使碰撞过程得到柔性缓冲，又延长了碰撞历程，最终使经防车撞结构传递到桥墩的碰撞力减小.2) 结构形式车桥碰撞过程中的碰撞力和能量耗散不仅与材料特性有关，还与结构的具体形式密切相关.增加结构吸能最主要的是增加参与能量交换的质量，主要有二种方法：①使用具有低模量常数的GFRP以增加应力波传播速度；②依靠合理的结构形式，增加应力波的传播途径.在防撞吸能结构中具有广泛应用的蜂窝形可以有效地增加应力波传播途径.除此之外，蜂窝形结构柔度较大不仅能够有效的保护桥梁和汽车，还可以增加碰撞时间历程，有利于能量的吸收和转换.其次，设置在蜂窝形结构外的夹层板结构能够有效传递结构变形，使更多的结构材料参与到变形中，从而增强结构吸能的能力，因此，文中采用蜂窝形为结构的基本形式，见图1.1.2 有限元模型有限元模型包括防撞结构和撞击车辆二部分，见图2，其中车辆模型取自美国国家碰撞中心(national crash analysis center，NCAC)网站发布的有限元模型，该模型经过了系统的验证，具有较高的准确性.1) 单元和材料模型 GFRP蜂窝结构和夹层板的钢板部分均采用shell163单元进行模拟，夹层板的夹层部分采用solid单元进行模拟.考虑到GFRP在碰撞的过程中极易发生损伤破坏，造成强度和刚度的下降，文中选用可以考虑失效的复合材料模型.在文中该材料模型采用Hughes-Liu积分规则，主要输入的材料性能见表1[14]. 钢板采用Q235钢材，采用塑性随动模型，它是各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型，与应变率相关，可考虑失效.由于低碳钢的塑性性能对应变率是高度敏感的，其屈服应力和拉伸强度极限随应变率的增加而增加，所以引入了应变率敏感性的影响.材料常数分别为：密度ρ=7 850 kg/m3;泊松比μ=0.3;初始屈服应力取为σ0=235 MPa;弹性模量E=2.06×105 MPa;硬化模量Eh=1.18×103 MPa;抗拉强度σ0=370 MPa，切线模量=500 MPa；应变率C=40，P=5，失效应变εf=0.3.夹层材料采用分段线性塑性材料模型，失效应变εf=0.3.2) 网格控制碰撞是一个动态响应过程，有限元模型必须严格控制网格密度，既要防止单元尺寸过大引起的主从面单元互相穿透，又要避免单元尺寸过小引起的计算时间过长.因此，在结构正撞面，钢板和蜂窝等结构的单元尺寸为40 mm×40 mm，非迎撞面的单元为100 mm×100 mm.对于发生接触的汽车首部和防撞结构的正撞面划分的单元大小相近，见图2.3) 接触、边界和载荷防撞结构中各个蜂窝在碰撞过程中会发生相互接触，设置自接触.汽车与防撞结构之间设置为面面接触.根据防车撞结构的实际约束情况，对其正撞部分内表面节点的竖向和横向位移进行约束，同时约束其侧面内表面节点的竖向和纵向位移进行约束，以模拟得到传递到桥墩的碰撞力.对汽车模型的转动和平动不作约束，只施加初始速度V0=100 km/h.在实际的工程应用中，为使桥梁防车撞结构充分发挥其良好的耐撞特性，需要对其进行合理、经济的优化设计，但是，设计变量过多会降低优化设计的效率，因此，可采用灵敏度分析获得最重要的设计变量，作为优化设计的依据.文中的复合材料防车撞结构采用对称均匀铺层，结构设计变量包括层合板厚度T1、夹层面板厚度T2、夹芯厚度T3、蜂窝形结构直径T4、单层板厚度T5和四种基本铺层角度T6，T7，T8和T9，初始值的设计主要根据成本要求和生产工艺要求.根据桥梁防车撞结构的设计依据，其耐撞性能主要通过传递到桥墩的碰撞力、比吸能和结构的撞深来衡量.文中对防车撞结构的设计变量进行了基于结构耐撞性的灵敏度分析，分析工况包括设计变量取初始值和9组变化值时的10种工况.灵敏度计算结果见表2，其中SF，Sη和SH分别表示递到桥墩的碰撞力、结构比吸能和结构撞深对设计变量的灵敏度.由表2的灵敏度计算结果分析可知：①影响传递到桥墩的碰撞力最大的2个变量分别为T3和T4.与此同时，T3和T4 2个变量的灵敏度均为负值，说明与碰撞力呈负相关关系，因此为降低传递到桥墩的碰撞力最有效的办法是减小它们的取值；②影响结构比吸能和结构撞深最大的3个变量均为T2，T3和T4.其中T2的灵敏度系数为负值，与比吸能和撞深均呈负相关关系，T3和T4的灵敏度系数均为正值，与比吸能和撞深呈正相关关系，因此为增加结构的比吸能并减小结构撞深最有效的方法是减小T2的取值，并增大T3和T4的取值.图3为灵敏度分析的10种工况下碰撞力、比吸能和撞深变化曲线.由图3可知，结构递到桥墩的碰撞力、比吸能和结构撞深之间并不是完全独立的关系，在碰撞力较大的情况下，比吸能和撞深的值较小；在碰撞力较小的情况下，比吸能和撞深的值比较大.结构撞深的范围较为合理，因此结构的耐撞性最主要通过碰撞力和比吸能来体现.综上分析可知，在进行结构耐撞性优化的过程中可主要考虑设计变量T2，T3和T4，其他设计变量的影响较小可暂时忽略不计.另外，在对结构耐撞性优化过程中，主要考虑设计变量变化对于碰撞力和比吸能的影响.3.1 均匀试验设计以T2，T3和T4三个设计变量作为均匀试验设计的试验因子，考虑到复合材料的工艺水平和常用尺寸，T2取为2～8，T3取为80～320，T4取为8～32.其中各因子取为4水平，因此，文中设计的试验方案见表3.3.2 有限元计算与分析在桥梁车撞的情况下，主要从以下2个方面评价防撞结构的性能：①桥墩受到的撞击力，文中以节点约束模拟桥墩的作用，因此节点的约束反力F即指桥墩受到的撞击力；②防撞结构的耐撞性，文中用比吸能(specific energyabsorption,SEA)作为衡量结构耐撞性的指标，用η来表示，指单位质量吸收的能量，它值越大说明结构耐撞性越好.分别对均匀试验设计中的各结构参数组合进行防车撞结构的碰撞数值模拟，得到的计算结果见表4，其中M为结构质量，E为结构在碰撞中吸收的总能量.在防车撞结构的耐撞性优化设计中，因每次调整结构参数均要进行相应的碰撞计算，而碰撞计算需要的计算机时较大，严重影响了耐撞性优化的分析进度，因此，有必要采用代理模型技术对设计变量空间进行描述.响应面法对于接触和碰撞这类具有较强非线性的问题进行耐撞性优化时快速且高效.因此，采用响应面法对上节得到的结果进行拟合，分别获得以比吸能和碰撞力为因变量，设计变量为自变量的函数表达式，以简化耐撞性优化的计算工作量.4.1 响应面法以比吸能为目标函数、碰撞力为约束函数，采用线性回归和二次多项式回归方法来获得响应面模型.为了避免不同参数单位数量级差别太大引起的误差，将表3中的输入参数通过最大、最小值进行无量纲化，即式中：xij为输入参数的量纲一的量值(xij∈[-1,1])；ξij是实际参数单位的数值.1) 线性回归采用线性回归的前提是响应值的分布大致成一条直线，通过最小二乘法计算得目标函数和约束函数的回归方程.η=0.534 1-0.398 1T1-0.015D+0.051 7T2F=1.524 8+0.207 6T1-0.064 2D-0.101T22) 二次多项式回归为提高回归的精度，同时采用了含交叉项的二次多项式，同样通过最小二乘法计算可得目标函数和约束函数的回归方程.η= 0.366 4-0.407 2T1-0.015 6D+0.028 1T1T2+0.4079DT2F= 1.723 6+0.220 4T1-0.065 1D-0.040 6T1T2-0.575 1DT2对于上述2种回归模型，分别采用复相关系数R2进行评价[15-16].通过计算可得线性回归的复相关系数=0.852，二次多项式回归的复相关系数=0.975，易知且非常接近1.上述结果表明对于文中设计的桥梁复合材料防车撞结构的耐撞特性，误差因素对二次多项式回归模型的影响很小，二次多项式响应面模型比线性回归模型更为合理，能够比较准确的描述结构的真实响应值.4.2 优化利用遗传算法对上节中的二次多项式响应面代理模型进行优化.根据AASHTO抗力设计法规范对碰撞力的规定，并考虑文中的防撞工况要求桥墩受到的碰撞力不大于1.8 MN.通过计算，优化后的结构尺寸参数为T2=2，T3=100，T4=32.为验证优化效果，利用优化后的结构尺寸建立有限元模型并计算得到相关耐撞性参数，将结果与表3中比吸能最大的样本点2进行比较.耐撞性参数对比结果见表5，图4～6分别为碰撞力和比吸能时间历程对比图、结构撞深变形图和汽车应力变形图.通过表4、图5～6可知，复合材料防车撞结构在进行耐撞性优化后，其自重明显减轻，碰撞力峰值明显减小，结构碰撞后的破坏程度减弱，且比吸能大于样本点2，因此在总吸能较大、碰撞力满足要求的情况下，优化后的结构能够有效地降低桥梁的防撞成本.图7为不同时刻汽车应力变形图，可以看出在汽车与优化后结构的碰撞前期，汽车的变形很小，这是因为防撞结构的柔度起到了较大的缓冲作用；而在碰撞计算结束时刻，汽车的变形也比较合理，能够有效的保护乘员的生命安全.1) 桥梁复合材料防车撞结构能够有效增大应力波的传播途径和参与碰撞的结构质量，因此能够吸收较多的汽车初始动能，使汽车的变形能较小，并减小传递到桥墩的碰撞力，结构具备良好的耐撞性.2) 在复合材料防车撞结构的优化设计中，应以对结构耐撞性能影响较大的蜂窝尺寸、夹层结构尺寸和GFRP的尺寸等设计变量为主要设计依据.响应面法能够较准确的描述本文结构的设计空间，提高计算效率，其中响应面的二次多项式回归模型比线性回归模型更准确.最终优化得到的结构吸收的总能量比较大，传递到桥墩的撞击力满足规范要求，结构的耐撞性能大大提高；优化后的结构自重较小，有效地降低了桥梁防撞成本，可以广泛地应用于桥梁防车撞的工程中.【相关文献】[1]国家发展和改革委员会.中长期铁路网规划方案(2008调整)[Z].北京:国务院国家发展和改革委员会，2008.[2]尚顺帮，陈丰兰.中国高速铁路桥梁建设的发展[J].价值工程，2013，315(32):87-88.[3]RAMAKRISHNA S, HAMADA H. 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Computational Mechanics,2002,29(4-5):409-421.[9]张立新，隋允康，杜家政.基于响应面方法的结构耐撞性优化[J].北京工业大学学报，2007，33(2)：129-133.[10]LANZI L, CASTELLETTI L M L, ANGHILERI M.Multi-objective optimization of composite absorber shape under crashworthiness requirements[J]. CompositeStructures,2004,65(3):433-441.[11]金轩慧.复合材料防撞套箱的数值模拟研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.[12]姜华，耿波，张锡祥.桥墩新型防船撞装置防撞性能研究[J].振动与冲击，2014,33(17):154-160.[13]王礼立.应力波基础[M].2版.北京：国防工业出版社，2005.[14]王耀光.复合材料力学与结构设计[M].上海：华东理工大学出版社，2012.[15]KMIECIK M, SOARES C G. Response surface approach to the probability distribution of the strength of compressed plates[J]. Marine Structures,2002,15(2):139-156.[16]XU M C, TEIXEIRA A P, GUEDES S C. Polynomial based response surface probabilistic modelling of the ultimate strength of stiffened panels[J]. Journal of Marine Science and Technology,2013,18(1):115-132.。
青岛海洋环境碳纤维复合材料与低合金钢电偶腐蚀研究
第21卷第2期装备环境工程2024年2月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·97·青岛海洋环境碳纤维复合材料与低合金钢电偶腐蚀研究丁康康*，白雪寒，彭文山，李显超，范林，任海滔，侯健 （中国船舶集团有限公司第七二五研究所 海洋腐蚀与防护全国重点实验室，山东 青岛 266237）摘要：目的探究碳纤维复合材料在舰船应用时与金属材料的电偶腐蚀问题。
方法针对一种典型舰船用碳纤维增强乙烯基树脂复合材料，在青岛海洋大气环境下开展0.5、1、1.5、2 a期的自然曝晒试验，进而采用电化学分析手段考察其与低合金钢的电偶腐蚀效应，结合老化机制探究碳纤维复合材料的老化行为对其与钢电偶腐蚀的影响。
结果及结论在青岛大气环境曝晒不同周期的复合材料试样，开路电位与低合金钢相差较大，存在较高的电偶腐蚀倾向。
随曝晒时间的延长，复合材料表面微裂纹不断产生、扩展，导致电化学反应活性点增多，两者电偶电流密度随之增大。
在青岛海洋大气环境下暴露2 a后，碳纤维增强乙烯基树脂复合材料与低合金钢的电偶电流为0.356 9 μA/cm2，两者的电偶腐蚀敏感性达到B级。
关键词：舰船；海洋大气；碳纤维复合材料；低合金钢；腐蚀老化；电偶电流；腐蚀敏感性中图分类号：TG172.5 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)02-0097-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2024.02.013Galvanic Corrosion of Carbon Fiber Reinforced Composites andLow Alloy Steel in Marine Environment of QingdaoDING Kangkang*, BAI Xuehan, PENG Wenshan, LI Xianchao, F AN Lin, REN Haitao, HOU Jian(National Key Laboratory for Marine Corrosion and Protection, Luoyang Ship MaterialResearch Institute, Shandong Qingdao 266237, China)ABSTRACT: The work aims to investigate the galvanic corrosion problem faced by the combined application of carbon fiber reinforced composites with metal materials in the shipbuilding industry. A kind of typical carbon fiber reinforced vinyl resin composite was chosen as the research object and the natural exposure test was carried out in the marine at-mospheric environment of Qingdao for 0.5 a, 1 a, 1.5 a and 2 a. Then, the galvanic corrosion effect of the carbon fiber re-inforced composite and low alloy steel was studied by electrochemical analysis methods. Furthermore, the effect of aging behavior of the carbon fiber reinforced composite on their galvanic corrosion to steel was investigated based on aging mechanism analysis. The open circuit potentials of the composite samples exposed for different periods in the atmospheric environment of Qingdao were significantly different from that of low alloy steel, indicating a high tendency for galvanic corrosion. With the prolongation of exposure time, micro-cracks on the surface of the composite samples continued to收稿日期：2023-11-17；修订日期：2023-12-26Received：2023-11-17；Revised：2023-12-26引文格式：丁康康, 白雪寒, 彭文山, 等. 青岛海洋环境碳纤维复合材料与低合金钢电偶腐蚀研究[J]. 装备环境工程, 2024, 21(2): 97-103.DING Kangkang, BAI Xuehan, PENG Wenshan, et al. Galvanic Corrosion of Carbon Fiber Reinforced Composites and Low Alloy Steel in Ma-rine Environment of Qingdao[J]. Equipment Environmental Engineering, 2024, 21(2): 97-103.*通信作者（Corresponding author）·98·装备环境工程 2024年2月generate and expand, leading to an increase in the active points of electrochemical reactions. As a result, the galvanic current increased accordingly. After exposure for 2 a in the marine atmospheric environment of Qingdao, the galvanic current between the carbon fiber reinforced composites and low alloy steel is 0.356 9 μA/cm2, reaching Class B for the galvanic corrosion sensitivity.KEY WORDS: ship; marine atmosphere; carbon fiber reinforced composites; low alloy steel; corrosion aging; galvanic current; corrosion sensitivity复合材料由于具有质轻、无磁、力学性能优良、耐蚀性好及材料的可设计性强等一系列优良特性，对于降低船舶装备质量，增加有效载荷，提高船舶稳定性、航速及运载能力等具有重要意义，是未来追求更大有效载荷、更低全寿期费用船舶装备的极佳材料选择之一[1-2]。
2015年度安徽省自然科学基金项目表
李大祥 汪佑宏 罗来高 赵卫东 侯晓亮 黄 张 勇 强
பைடு நூலகம்
李晓红 陈广洲 高良敏 吴照金 时培成 朱 林
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1508085ME72 1508085ME73 1508085ME74 1508085ME75 1508085ME76 1508085ME77 1508085ME78 1508085ME79 1508085ME80 1508085ME81 1508085ME82 1508085ME83 1508085ME84 1508085ME85 1508085ME86 1508085ME87 1508085ME88 1508085ME89 1508085ME90 1508085ME91 1508085ME92 1508085ME93 1508085ME94 1508085ME95 1508085ME96
天然生物碱 Lymphostin 对 mTOR 激酶抑制的分子机 理研究 水相电催化产氢过渡金属硫族化物 - 贵金属复合纳 米结构的构筑 高性能 LiNi0.5Mn1.5O4 纳米正极材料的可控合成、 功能调控及其储锂机制 高灵敏自发调控的纳米间隙 SERS 空间热点效应研究 双功能生物探针用于癌细胞的靶向成像和药物运输 N-K2Ti4O9/MOF/PANI 复合光催化材料的构筑及协同 机制 FeSx/CNTs 对 U(VI)和 Tc(VII)的吸附-还原 环糊精-金属离子加合模型的构建与应用 硅量子点的温和可控制备及其对生物分子的荧光标 记 近红外光响应的金属有机框架材料及其负载纳米晶 的设计合成及光催化性质研究 靶向 BRAF 的新型抗黑色素瘤化合物的筛选、优化及 生物学研究 杂环基聚集诱导发光有机材料的制备、构效关系分 析及应用探索 水系锂离子电池储电机理研究 聚氨酯基高分子染料的设计合成及其光吸收特性研 究 基于金属-有机骨架化合物 /量子点复合材料的电化 学发光传感及其在环境检测中的应用 微生物发酵液中 N-乙酰神经氨酸分离提纯应用基础 研究 PFOS 诱导线虫生殖毒性世代传递的 DNA 损伤机制 基于模式生物线虫的丙烯酰胺诱发生殖细胞凋亡机 制研究及评价模型 零价汞再释放在湿法脱硫液中的迁移行为和抑制机 制研究 基于纳米增敏 DNA 电化学传感的沙门氏菌快速检测 研究 调控疫霉菌物质外泌的 SNARE 蛋白研究 体内环境下 HilD 对 SPI2 的调控作用研究 成体间充质干细胞龛的在体实验研究
阻燃PA66复合材料翘曲性能研究
第35卷第1期2021年1月Vol.35,No.1Jan.,2021中国塑料CHINA PLASTICS阻燃PA66复合材料翘曲性能研究易新1，，张永1，吴长波1，周华龙2，许鸿基1，丁超1(1.上海金发科技发展有限公司，上海工程塑料功能化工程技术研究中心，上海201714；2.江苏金发科技新材料有限公司，江苏省高分子合金材料工程技术研究中心，江苏昆山215300)摘要：对比研究了无玻璃纤维、普通圆形玻璃纤维、扁平玻璃纤维对漠系阻燃聚酰胺66(PA66)复合材料的翘曲性能影响，分别从力学性能、结晶性能、收缩率和横向/纵向收缩率比等因素阐述复合材料翘曲性能。
结果表明，相同阻燃剂含量条件下，不加玻璃纤维复合材料的结晶度最高，横向收缩率与纵向收缩率最大,但横向/纵向收缩率比最小,复合材料翘曲度最小;相同玻璃纤维含量条件下，扁平玻璃纤维复合材料翘曲度明显优于普通圆形玻璃纤维,其横向/纵向收缩率比明显小于普通圆形玻璃纤维;力学性能方面，扁平玻璃纤维复合材料的拉伸强度和弯曲强要低于圆形玻璃纤维体系;不同形态玻璃纤维对阻燃增强PA66复合材料结晶性能影响小,其结晶度和结晶峰温度非常接近;相同阻燃剂含量条件下，随着扁平玻璃纤维含量增加，复合材料横向收缩率与纵向收缩率均降低,但横向/纵向收缩率比呈增大趋势，导致复合材料翘曲度随玻璃纤维含量增加而变大。
关键词：翘曲度;漠系阻燃;圆形玻璃纤维;扁平玻璃纤维;聚酰胺66；收缩率中图分类号：TQ323.6文献标识码：B文章编号：1001-9278(2021)01-0019-06DOI：10.19491/j.issn.1001-9278.2021.01.004Study on Warpage of Flame-retardant PA66CompositesYIXin"2，ZHANG Yong1，WU Changbo1，ZHOU Hualong2,XU Hongji1，DING Chao1(1.Shanghai Engineering Research Center of Functionalizing Engineering Plastics,Shanghai Kingfa SCI TECH DVPT Co,Ltd, Shanghai201714,China；2.Jiangsu Polymer Alloy Matterials Engineering and Technology Research Center, Jiangsu Kingfa SCITECH Advanced Materialls Co,Ltd,Kunshan215300,China)Abstract:The warpage of brominated flame-retardant PA66composites was investigated in terms of the compositions without glass fiber and with the circular and flat glass fibers.The warpage of the composites was analyzed on the basis of their mechanical properties,crystallization properties,shrinkage rate and transverse/longitudinal shrinkage ratio.The results indicated that the composites without glass fiber had the highest crystallinity，transverse shrinkage and longitudinal shrinkage，but the lowest transverse/longitudinal shrinkage ratio and warpage.At the same content of glass fibers，the warpage of the composites with the flat glass fiber was obviously better than that of the composite with the circular glass fiber due to a lower ratio of transverse/longitudinal shrinkage .In the case of mechanical properties，the tensile strength and bending strength of the composites with flat glass fibers were lower than that of the composites with the circular glass fiber.The different types of glass fibers had little effect on the crystallization of the composites，and their crystallinity and crystallization peak temperature were very close to each other.At the same content of flame retardant，both the transverse shrinkage and the longitudinal shrinkage of the composites decreased with an increase in the content of the flat glass fiber.However，their transverse/longitudinal shrinkage ratio increased，leading to an increase in the warpage of the composites.Key words：warpage；bromine flame retardant；circular glass fiber；flat glass fiber；polyamide66；shrinkage0前言PA树脂是一种半结晶树脂,具有非常优异的力学性能、耐化学腐蚀性能,经过改性的PA复合材料是一种优异的工程塑料，广泛应用于汽车、电子、机械等领域［14］o随着PA在汽车连接器、工业连接器、家用电器、建筑材料等各领域，使用过程中可能遇到电流短路或者明火而产生火灾事故，所以越来越多材料有阻燃要求，溴系阻燃体系由于其优异的力学性能、灼热丝性能、可配色性等优点，目前仍是阻燃PA材料中主流的体系［56］。
水泥基复合材料固化铬污染盾构渣土性能及其机理研究
第 55 卷第 2 期2024 年 2 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.2Feb. 2024水泥基复合材料固化铬污染盾构渣土性能及其机理研究魏贺1, 2，贺勇1, 2，阳栋3，张可能1, 2，娄伟4，史继彪5，冯德山1, 2(1. 中南大学 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083；2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083；3. 中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙，410004；4. 湖南省和清环境科技有限公司，湖南 长沙，410221；5. 徐州中矿岩土技术股份有限公司，江苏 徐州，221116)摘要：为了实现铬污染盾构渣土的资源化利用，解决单一水泥固化材料用量大、排放量高以及固化效果不理想等问题，研制水泥基有机−无机复合固化剂固化铬污染盾构渣土。
以14 d 养护龄期固化土无侧限抗压强度和浸出毒性为评判指标，通过设计“五因素四水平”正交试验确定复合固化剂最佳配比；采用极差分析法对各影响因素进行主效应分析，并结合XRD 和SEM 试验探究复合有机−无机固化剂的作用机理。
研究结果表明：无侧限抗压强度和浸出毒性评判指标的最优解均为11%(质量分数，下同)水泥、5.50%生石灰、0.25%聚丙烯酰胺、1.10%硅酸钠和0.05%海藻酸钠；14 d 养护龄期的试验13(A 4B 1C 4D 4E 1)固化土无侧限抗压强度达1 217.58 kPa ，重金属铬浸出质量浓度为2.4 mg/L ，满足相关规范要求；水泥、海藻酸钠和硅酸钠为固化土无侧限抗压强度评判指标的主要影响因素，水泥、海藻酸钠和生石灰为浸出毒性评判指标的主要影响因素；固化土无侧限抗压强度与重金属铬浸出质量浓度密切相关，具体表现为固化土无侧限抗压强度越大，重金属铬的稳定化效果越明显；大量的自由水被消耗、pH 升高、新矿物的生成、土体微观结构改变及土颗粒间胶结作用增强是盾构渣土性能提高的主要原因；当固化土强度增大时，重金属铬的物理封闭作用增强；此外，发生水化反应形成的较高pH 也促进三价铬生成难溶于水的氢氧化物沉淀，从而降低固化土重金属铬浸出毒性。
WO3@PANI_复合材料的制备及其pH_传感性能
包 装 工 程第45卷 第9期·120·PACKAGING ENGINEERING 2024年5月收稿日期：2024-02-25基金项目：江苏自然科学基金（BK20201142）；国家自然科学基金（51605280）；江苏省高等教育教改研究立项课题（2021JSJG464）；江苏省产学研合作项目（BY2019043） WO 3@PANI 复合材料的制备及其pH 传感性能魏昌洲1*，唐霞1，张韬1，张一帆1，陈晓刚2（1.无锡职业技术学院 机械工程学院，江苏 无锡 214121； 2.湛江卷烟包装材料印刷有限公司，广东 湛江 524000）摘要：目的 通过简单快捷的方法制备氧化钨（WO 3）/聚苯胺（PANI ）复合材料，获得高性能pH 传感器。
方法 WO 3和PANI 都是通过原位聚合法制备，在溶液中混合后旋涂在柔性碳基底上。
通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、XRD 等技术对复合材料进行表征，证明复合材料的成功合成并进一步解释其传感增强原理。
结果 WO 3@PANI 可以在pH=2~10内工作，与单体材料相比具有较高的灵敏度（−53.13 mV ），较低的滞后度（3.8%）和较快的反应速度（16 s ），在10次酸碱循环测试后响应性保持在95%以上，且在12 h 的连续测试中可以保持稳定。
结论 一方面PANI 为WO 3提供了导电网络，并将WO 3均匀包裹在内；另一方面两者的p-n 结构共同作用，使得WO 3@PANI 的pH 传感性能进一步提高。
关键词：聚苯胺；氧化钨；pH 传感；复合材料中图分类号：TB48/TQ342 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)09-0120-09 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2024.09.015Preparation of WO 3@PANI Composites and Their pH Sensing PropertiesWEI Changzhou 1*, TANG Xia 1, ZHANG Tao 1, ZHANG Yifan 1, CHEN Xiaogang 2(1. School of Mechanical Engineering, Wuxi Institute of Technology, Jiangsu Wuxi 214121, China;2. Zhanjiang Cigarette Packaging & Printing Co., Ltd., Guangdong Zhanjiang 524000, China)ABSTRACT: The work aims to demonstrate a high-performance pH sensor based on tungsten oxide (WO 3)/polyaniline (PANI) composites. Both WO 3 and PANI were prepared by in-situ polymerization, mixed in solution and spin-coated onto a flexible carbon substrate. The composite was characterized by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, XRD and other techniques to prove the successful synthesis of the composite and further explain its sensing enhancement principle. WO 3@PANI could work at pH=2~10, with higher sensitivity (–53.13 mV), lower lag (3.8%) and faster reaction (16 s) compared with the monomeric material. The response remained above 95% after 10 acid-base cycle tests and remained stable during 12 h of continuous testing. On the one hand, PANI provides a conductive network for WO 3, and evenly wraps WO 3 in it; and on the other hand, the p-n structures of them work together to further improve the pH sensing performance of WO 3@PANI.KEY WORDS: polyaniline; tungsten oxide; pH sensing; compositespH 传感器提供氢离子浓度的对数测量，是实验室、诊所和工业中必不可少的分析工具[1-3]。
FRP与FRR复合材料阻尼性能试验研究
在 层 与钢板 交替 叠合 、 胶接 为整 体 承担 纵 向荷 载 ， 并 满 足水 平 变 位 的要 求 。纤 维增 强 复 合
材 料具 有高 比强 、 高 比模 量 以及 材 料 的 可设 计 性 好
纤 维能 比碳纤 维提供 更好 的阻尼 性能 。而 提高 聚合
响、 粘 弹性对 阻尼 的影 响等 。其 中第 一 种影 响 因素
荷０ ． １ Ｎ， 动载荷 用位 移控 制 ， 幅值 为 １ ５ ． ０ ０ １ １ ｍ， 由于 地 震波频 率 一 般 为 ０ ． １—１ ０ Ｈ ｚ ， 故选 取 其 测 试 频 率 为１ Ｈｚ ， 升温 速率 为 ３ ￣ Ｃ ／ ｍ ｉ ｎ 。温度 范 围选 择与 测试
现 出良好 的减震 阻尼性 能。为 了选 出适合用 于隔振器 中的复合 材料板 ， 本文 中通过 对热 固性树脂 、 热塑性树 脂以及橡胶 基体 等基体材料 制成的连 续纤维增 强复合材料层板进行动 态力学热分析 （ Ｄ Ｍ Ａ） 。比较 并分析所得 结果显 示， Ｆ Ｒ Ｒ复合材 料层合
板 最 适 合 应 用 于 减 隔震 支座 中 。 关 键 词 ：Ｆ Ｒ Ｐ ；Ｆ Ｒ Ｒ； 热 塑性 复 合 材 料 ； 阻尼 性 能 中 图分 类号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ ；Ｔ Ｂ ３ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３— ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ２ ０— ４ ０
材 料有关 ， 见 图 １～图 ４所 示 。采 用 的试 样 尺 寸 为
长３ ５ ｍ ｍ， 宽 １ ２ ｍ ｍ， 厚 度为层板厚 度， 只 要 控 制 在
５ ｍ ｍ 以内即可 。
即基体 、 纤维 材 料 的粘 弹 性 被认 为 是 最 主要 的影 响 因素 ， 而 目前 的研 究 重 点 也 主 要 集 中 于 此 。 杨 霜 等 对纤 维 总含 量 、 混 杂纤 维 中碳 纤 维 与玻 璃 纤维 含量 比等对 阻 尼性 能 的影 响进 行 了研究 ， 表 明玻 璃
非均质秸秆纤维复合材料保险杠蒙皮刚度分析
第14卷第3期精密成形工程刘军舰1，胡豪胜2a,2b，周磊1，李伟1,2a（1. 上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007；2. 武汉理工大学 a. 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室；b. 汽车零部件技术湖北省协同创新中心，武汉 430070）摘要：目的研究非均质秸秆纤维复合材料保险杠蒙皮的刚度性能。
方法采用试验与模拟分析的方法，通过共混挤出与化学发泡注塑工艺制备微发泡秸秆纤维/聚丙烯（SF/PP）复合材料试样，通过试验测试非均质结构试样的力学性能与微观结构，通过有限元分析手段建立非均质微发泡秸秆纤维/PP复合材料结构分析模型，并分析非均质材料保险杠蒙皮的刚度性能。
结果微发泡秸秆纤维/聚丙烯（SF/PP）复合材料的微观结构有明显的“三明治”结构特点，秸秆纤维主要分布在外皮层，泡孔主要分布在芯层。
将非均质秸秆纤维复合材料保险杠蒙皮近似为3层复合板结构，建模的刚度分析结果与试验测试相差约6%。
结论非均质秸秆纤维复合材料汽车注塑件可近似为3层复合板结构进行数值分析，简化了分析过程，研究结果可用于指导产品性能评估，提高产品开发效率。
关键词：微发泡；植物纤维复合材料；非均质；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.03.014中图分类号：U465.4 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)03-0107-09. All Rights Reserved.Stiffness of Heterogeneous Bumper Fascia Made by Straw Fiber CompositesLIU Jun-jian1, HU Hao-sheng2a,2b, ZHOU Lei1, LI Wei1,2a(1. SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou 545007, China; 2. a. Hubei Key Laboratory of Advanced Technology forAutomotive Components; b. Hubei Collaborative Innovation Center for Automotive ComponentsTechnology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)ABSTRACT: The work aims to research the stiffness of bumper fascia made of micro foamed straw fiber/polypropylene (SF/PP)composites. Micro foamed SF/PP composites were prepared by blending extrusion and chemical foaming injection processes.The mechanical properties and microstructure of heterogeneous samples were tested by experiment. A structure analysis modelof heterogeneous micro foamed straw fiber/PP composite was established through finite element analysis. The stiffness per-formance of the composite bumper fascia was analyzed. The results showed that the microstructure of micro foamed SF/PPcomposites had obvious "sandwich" structure characteristics. Straw fibers were mainly distributed in the outer skin layer andbubbles were mainly distributed in the core layer. The difference between the analysis results and the experimental test wasabout 6%. The automobile injection parts of heterogeneous straw fiber composite can be approximated to a three-layer compos-ite plate structure for numerical analysis, which simplifies the analysis process. The research results can be used to guide productperformance evaluation and improve product development efficiency.KEY WORDS: micro foamed; plant fiber composite; heterogeneous; mechanical property收稿日期：2021-09-02基金项目：国家自然科学基金（51605356）；中央高校基本科研业务费专项资金（WUT 2019Ⅲ116CG）作者简介：刘军舰（1982—），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为汽车零部件先进制造。