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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划不饱和聚酯复合材料,开题报告中北大学毕业设计开题报告学生姓名：学院、系：专业：设计题目：指导教师:XX年03月04日武文斌学号：材料科学与工程学院、材料科学系复合材料与工程颗粒物料输送复合管道的设计陈剑楠毕业设计开题报告1选题的依据及意义复合材料是由两种或两种以上的不同化学性质或不同组织相的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料。复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳性能好等优点，广泛应用于航空航天技术、空间技术、武器装备技术、能源工程、海洋工程、生物工程乃至民用建筑和交通
2、运输等领域1。在航空方面，目前各发达国家的飞机中，机翼蒙皮、机身、垂尾、副翼、雷达罩、翼肋等主承力构件都已经使用复合材料，大量使用复合材料能够大幅度减轻飞机的自重，改善飞机的总体结构。另外由于复合材料构件大多采用整体成形，又极大地减少了连接件，从而有效提高了飞机结构整体的可靠性。随着制造成本的不断下降，成型工艺机械化、自动化程度不断提高，民用飞机也越来越多的使用复合材料，波音787和空客A350飞机复合材料用量都已达到机体结构重量的50%。而更加注重先进性能的军用飞机，复合材料的用量往往更高，如美国的B2战略轰炸机，其复合材料用量占到了整体的80%，一些最新的无人侦察飞机更是采用了全复合材料设
3、计概念。建筑工业中，复合材料广泛应用于各种轻型结构房屋，建筑装饰、卫生洁具、冷却塔、储水箱、门窗及其门窗构件、落水系统和地面等；化学工业中，复合材料主要应用于防腐蚀管、罐、泵、阀等。交通运输方面，如汽车制造业中，复合材料主要应用于各种车身结构件、引擎罩、仪表盘、车门、底板、座椅等；在铁路运输中用于客车车厢、车门窗、水箱、卫生间、冷藏车、储藏车、集装箱、逃生平台等；造船工业中，复合材料用于生产各种工作挺、渔船、摩托艇、扫雷艇、潜水艇、救生艇、游艇以及船上舾装件等；此外，复合材料在电气工业、军械、体育用品、农渔业及机械制造工业等都有较广泛应用。但是其结构在制造、使用和维修过程中很容易受到低速冲击引
4、起的损伤，这种损伤主要发生在材料内部不容易被肉眼发现，称之为“难以察觉的冲击损伤”。低速冲击引起的损伤破坏了复合材料夹层结构的完整性，使其强度刚度大幅下降，引起人们的广泛重视。复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。基体采用各种树脂或金属、非金属材料；增强材料采用各种纤维或颗粒等材料。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，主要用于控制其性能。基体材料起配合作用，它支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维，防止磨损或腐蚀，改善复合材料的某些性能。复合材料的力学性能比一般金属材料复杂的多，主要有不均匀、不连续、各向异性等特点2。根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为
5、三大类：(1)颗粒复合材料，由颗粒增强材料和基体组成；(2)纤维增强复合材料，由纤维和基体组成；(3)层合复合材料，由多种片状材料层合而组成。单层复合材料中纤维起增强和主要承载作用，基体起支撑纤维、保护纤维，并在纤维间起分配和传递载荷作用，载荷传递的机理是在基体中产生剪应力，通常把单层材料的应力-应变关系看作是线弹性的。绝大多数情况下，单层复合材料并不单独使用，而是作为复合材料层合板的基本单元使用。叠层材料由上述单层板按照一定的纤维方向和次序，铺放成叠层形式，进行粘合，经加热固化处理而成。层合板由多层单层板构成，各层单层板的纤维方向一般不同。层合板也是各向异性的不均匀材料，但比单层板复杂的多，
6、因此对其进行力学分析计算也将大大复杂化。复合材料层合板可以根据结构件的承载要求，设计各单层板的纤维铺设方向及其铺层顺序。复合材料属于各向异性材料，沿纤维方向具有很高的强度和刚度，而在垂直于纤维方向力学性能相对很弱。根据受载和功能要求而设计的交叉铺层复合材料层合板的力学性能能够达到甚至超过金属材料3。人们通常采用不饱和聚酯树脂为基体材料制作复合材料层合板，而不饱和聚酯树脂又是热固性树脂中最常用的一种，它是由饱和二元酸、不饱和二元酸和二元醇缩聚而成的线形聚合物，经过交联单体或活性溶剂稀释形成的具有一定黏度的树脂溶液。可以在室温下固化，常压下成型，工艺性能灵活，特别适合大型和现场制造玻璃钢制品。迄今
7、，国内外用作复合材料基体的不饱和聚酯基体基本上是邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型和乙烯基酯型、卤代不饱和聚酯树脂等。不饱和聚酯树脂是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。不饱和聚酯树脂的相对密度在左右，固化时体积收缩率较大，固化树脂的一些性质如下4：耐热性绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在5060，一些耐热性好的树脂则可达120。热膨胀系数1为10-6。力学性能不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。耐化学腐蚀性能不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结
8、构和几何开关的不同，可以有很大的差异。介电性能不饱和聚酸树脂的介电性能良好。玻璃纤维复合材料目前广泛应用于军工民用中的多个领域，在使用过程中不可避免的承受不同程度的冲击载荷，如火车开车停车时承受的冲击，汽车相撞时车体的受撞变形等。复合材料在使用过程中受到低能冲击时，大部分情况并没有明显的目视损伤，但却在层合板内部会生成不可视的分层，从而形成潜在的危险，内部损伤的存在可造成复合材料在强度和刚度上的很大损失。如何提高它们的耐冲击性能是复合材料领域研究的一个重点内容。随着科技的发展，一些高性能纤维相继问世，像碳纤维，芳香族聚酞胺纤维，聚乙烯纤维，硼纤维等。其中有冲击性能和综合性能较好的纤维，如聚乙烯
9、纤维，碳纤维。但它们的价格比较贵，远没有玻璃纤维复合材料具有的良好性价比。而且玻璃纤维增强复合材料的理论体系相对比较完善，因此被广泛应用到各行各业中。复合材料中泡沫夹层结构的最初应用从上世纪初的航空航天业开始，逐步发展到今天的船舶、交通运输、运动器材、风力发电、医疗器材等领域。常用的芯材有泡沫、巴萨木和蜂窝等多孔固体材料。巴萨木目前主要的用途集中在风电、船舶、铁路车辆等行业。相对而言，因为其密度选择范围小，面层破坏以后，吸水腐烂的缺点，已经逐步被PVC泡沫取代。但是因为其价格优势，目前还有一定的市场。常用的泡沫芯材有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、丙烯腈-苯乙烯、聚醚酰亚胺及聚甲基丙烯酰亚胺等。硬
10、质聚氨酯PUR泡沫与其他泡沫相比，其力学性能一般，树脂/芯材界面易产生老化，从而导致面板剥离。作为结构材料使用时，常用作层合板的纵、横桁条或加强筋之芯材。有时PUR泡沫也能用于受载较小的夹层板中，起到隔热或隔音的作用。该类泡沫的使用温度为150左右，吸声性能良好，成型非常简单，但是机械加工过程中易碎或掉渣。PUR泡沫价格相对便宜，发泡工艺也比较简单，采用液体发泡。目前主要在运动器材，例如网球拍、冰球棒中用做工艺芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在冲浪板中也普遍使用PUR泡沫或EPS泡沫作为芯材。复合材料夹层结构的破坏对应着多种不同的破坏模式，复合材料夹层结构在外载荷作用下的破坏模式及强度是人们一
11、直研究的重点，其研究范围涵盖了泡沫夹层结构的理论分析、夹芯的细观结构理论分析、试验、数值模拟以及增强技术等。随着计算机分析软件的发展，用有限元分析软件来模拟预测夹层结构的破坏过程成为目前研究的一个热点方向，也具有及其重要的实用价值，如果能够正确评估复合材料泡沫芯夹层结构的破坏，就可以为夹层结构的检修更换提供依据，也能为设计师提供参考数据，对于了解复合材料夹层结构的损伤容限很重要，所以具有较大的工程意义。低能量冲击损伤是纤维增强复合材料在实际结构应用中经常遇到的主要损伤形式8。相对于中、高能量的冲击，低能量冲击损伤对复合材料结构件的危害更加致命。高能量和中等能量的冲击可以在复合材料结构表面造成明
12、显或易见的损伤，相对容易检测，并及时进行维修；低能量冲击往往导致结构产生目视不可检的内部损伤，复合材料结构表面没有损伤，或只有轻微的压痕，而内部已产生大量的基体开裂和大面积的分层扩展，有时还伴有少量纤维断裂5-7。这些目视不可检的内部损伤将使层合板的力学性能严重退化，其结构剩余强度会大幅度下降，其中剩余压缩强度(CAI)下降尤为显著，甚至达到60以上9，图1-6列出了各种影响因素下复合材料层合板的剩余强度值9。在日常飞机、船舶、汽车等维护检测时，低能量冲击损伤往往难以被及时发现、修理，从而引发突然事故，给它们安全留下致命的隐患。此外，复合材料结构低能量冲击损伤后的剩余强度评估、疲劳寿命分析，以
13、及结构的日常检测维护与损伤修复等问题，也都要在此基础上进一步展开深入的研究工作。因此，研究复合材料夹层结构的低能量冲击损伤问题具有重要的理论价值和现实意义。2国内外相关研究进展复合材料的冲击损伤研究开始与上世纪七十年代，在八十年代逐步得到发展13。至今，已有许多研究者针对复合材料低能量冲击损伤问题进行了研究，并取得了一定的进展。不少研究者提高耐冲击性能的主要措施是通过对填料的选择和表面进行改性来提高复合材料抗冲击性能。填料改性是对表面性质进行优化，赋予其新的功能，开拓新的应用领域，提高工业价值和附加值的重要技术手段之一【10】。填料改性是为了改变填料表面原有的性质，改善矿物填料与有机聚合物的相
14、容性以及加工流动性，提高填料树脂相界面之间的结合力，促进复合材料物理机械性能的提高，使非功能填料转变为功能填料。提高增韧不饱和聚酯树脂的综合性能，使不饱和聚酯树脂增韧朝着功能化、精细化、高性能化的方向发展，一直是不饱和聚酯树脂增韧研究的主要方向。增韧改性途径：改变不饱和聚酯树脂的化学结构有其局限性；弹性体增韧虽然可以提高冲击强度，碳纤维增强不饱和聚酯复合材料结构与性能的研究摘要：本文采用浓硝酸处理的碳纤维增强不饱和聚酯。测量了CF/UPR复合材料的力学性能，分别研究了不同纤维用量和不同的纤维表面处理对复合材料力学性能的影响。并通过SEM分析了拉伸断面纤维与基体材料的纤维结构和断裂情况。结果表明
15、，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都随着碳纤维处理时间的增长而增长。拉伸强度在少量碳纤维加入的时候略有降低，而后随短纤维加入量的增加而增加。关键词：不饱和聚酯,碳纤维,表面处理,力学性能StudyonstructureandperformanceofunsaturatedpolyestercompositereinforcedcarbonfiberAbstract:Inthisarticle,thecarbonfiberreinforcedunsaturatedpolyesterandthecarbonfiberwastreatedbysurfacesoakagewithconcentratednitricacid.Themechanicalperformances(Tensilestrength,FlexuralstrengthandImpactstrength)ofCF/UPRcompositewereeffectsofthecontentsofdifferentfibersandtheprocessingtimeofdifferentfibersonthemechanicalpropertiesofCF/UPRcomposites.Aswellasthefracturesurfacesofthecomposite,werestudiedby
