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基于多层次结构的结晶聚合物纳米复合材料有效性能--体积分数和等效模量的关系研究

谢桂兰 , 张平 , 龚曙光 , 曹尉南 , 安小军

高分子材料科学与工程

原位聚合法制备的尼龙6/纳米SiO2复合材料具有很好的综合力学性能.加入相当低的纳米颗粒体积分数,可使纳米复合材料性能明显提高,但在其体积分数超过某一较小的临界值后,继续增加纳米颗粒体积分数,不再有增强效果.这一实验发现与以往的细观力学预测不一致,一直没有合理的解释.本文从材料的微观结构特点出发,揭示了上述现象的微观物理机制,将结晶聚合物纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经四次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物纳米复合材料的有效性能,揭示了聚合物纳米复合材料有效模量随纳米颗粒体积分数增加出现先增大后减小的变化规律.

关键词: 纳米复合材料 , 结晶聚合物 , 渐近均匀化方法 , 有限元分析 , 多层次结构 , 有效性能

原位生长碳纳米管增强复合材料风机叶片性能预测

谢桂兰 , 吴涛 , 赵锦枭 , 曹尉南

材料科学与工程学报

本文采用均匀化理论,结合有限元方法,预测了碳纤维表面原位生长碳纳米管增强复合材料风机叶片的等效性能.根据实验分析,将碳纳米管/碳纤维增强复合材料风机叶片内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用APDL编写的均匀化计算程序,分析了碳纳米管的长度、直径以及弹性模量对复合材料等效性能的影响.计算结果表明,随着碳纳米管长度的增加,复合材料的等效性能增加;当长度一定时,增加碳纳米管的直径和弹性模量,也能提高复合材料的性能.本文结果对复合材料风机叶片的制备有一定的指导作用.

关键词: 复合材料风机叶片 , 等效性能 , 碳纳米管 , 碳纤维 , 均匀化方法

结晶聚合物基纳米复合材料多层次结构及有效性能预测

谢桂兰 , 张平 , 龚曙光 , 曹尉南 , 安小军

高分子材料科学与工程

根据结晶聚合物基纳米复合材料实验分析,将结晶聚合物基纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经二次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物基纳米复合材料的有效性能.并用FORTRAN语言编写了计算程序.具体分析了聚合物的结晶度、聚合物结晶相的弹性模量、纳米颗粒的弹性模量和纳米颗粒的体积分数等参数对结晶聚合物基纳米复合材料有效性能的影响,得到了一些有意义的结论,对指导结晶聚合物基纳米复合材料的制备有一定的指导作用.

关键词: 纳米复合材料 , 结晶聚合物 , 渐近均匀化方法 , 有限元分析 , 多层次结构 , 有效性能

铝蜂窝胞元结构参数对其宏观等效表征性能的影响

刘叶花 , 谢桂兰 , 曹尉南 , 汤亚男

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2011.11.007

将均匀化理论与有限元方法相结合,建立了预测铝蜂窝宏观等效特征参数的细观力学模型,研究铝蜂窝胞元结构参数对其宏观等效表征性能的影响,并采用MATLAB语言编程,计算了不同高长比、不同厚长比及不同胞璧夹角的不规则正交各向异性蜂窝铝芯的等效弹性参数,得到了胞元结构参数对铝蜂窝宏观力学性能的影响规律,所得结果对蜂窝铝芯的结构设计及其在风力机叶片的工程应用中具有一定的指导意义.

关键词: 均匀化 , 蜂窝铝芯 , 结构参数 , 等效性能

碳纳米管增强风机叶片复合材料多尺度模型及性能预测

谢桂兰 , 郭锦 , 曹尉南 , 田杰

玻璃钢/复合材料

将均匀化理论与有限元法相结合,应用于真空树脂转换成型风机叶片碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的性能预测.根据实验分析,将碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述,建立了碳纳米管增强风机叶片复合材料的多尺度模型,编写了MATLAB程序,并运用二次均匀化预测了材料参数(体积份数、长径比、弹性模量等)对碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响.当分别增大碳纳米管弹性模量、长径比和体积份数时,碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的性能均能得到提高.本文结果对风机叶片复合材料的制备有一定的指导作用.

关键词: 风机叶片 , 碳纳米管复合材料 , 等效性能 , 均匀化 , 有限元

基于多尺度模型的复合材料层合板性能预测

谢桂兰 , 赵锦枭 , 曹尉南

材料导报

运用均匀化理论与有限元相结合的方法,预测了风机叶片复合材料层合板的性能.将复合材料层合板内部结构分为宏观、细观和纳观3个层次,建立了复合材料层合板的多尺度模型.通过3次均匀化方法,并编写AP-DL程序输入商业软件ANSYS,预测材料各参数(碳纳米管体积分数、长径比、弹性模量,纳米薄层体积分数、弹性模量)对复合材料层合板性能的影响.结果表明,当分别增大碳纳米管体积分数、长径比、弹性模量以及纳米薄层体积分数、弹性模量时,风机叶片复合材料层合板的性能均能得到提高.同时表明加入一定量的碳纳米管可以适当提高复合材料层合板的性能.实验结果对风机叶片复合材料的制备有一定的指导作用.

关键词: 风机叶片 , 复合材料层合板 , 性能预测 , 碳纳米管 , 纳米薄层 , 均匀化理论 , 有限元

曹楚南的研究工作生涯

张鉴清

腐蚀科学与防护技术

关键词:

曹家埠金矿缓倾斜薄矿体回采实践

滕建军 , 何顺斌 , 李威 , 张益岭

黄金 doi:10.3969/j.issn.1001-1277.2008.02.007

针对曹家埠金矿缓倾斜薄矿体,概述分析了其采矿方法的演变过程和存在问题;介绍了适合该类型矿体回采的小进路全面采矿法和短壁式崩落采矿法的试验应用情况,试验取得了较好的技术经济效果,为推广应用奠定了基础.

关键词: 缓倾斜 , 薄矿体 , 采矿方法

岩温对曹家洼金矿深部开采热环境的影响

赵小稚 , 崔嵛 , 王敬志

黄金 doi:10.11792/hj20140608

曹家洼金矿小尹格庄矿段已进入深部开采，岩温是影响采场热环境的主要热源；根据热传导理论分析，采用浅孔测量岩温的方法合理可行，通过测量得出了曹家洼金矿岩温随深度变化的规律；在此基础上，计算分析了岩温对井下风流温度升高的作用，认为该矿深部开采存在一定程度的热害，热环境有进一步恶化的趋势，需加强通风降温措施，切实改善井下作业环境。

关键词: 深部开采 , 岩体温度 , 热环境 , 热害

远程控制自动风门在曹家洼金矿的应用

王敬志 , 李念占 , 张朋伟 , 王永志

黄金 doi:10.11792/hj20160911

曹家洼金矿井下的主要进风巷、主回风巷绝大部分都是井下运输的主要通道。因井下通风的需要，需在这些巷道设置风门，进行风量调节、阻断风流。以远程控制自动风门为研究载体，从安全、生产、设备方面进行探索，重点分析远程控制自动风门在曹家洼金矿开采中的应用。生产实践表明：该远程控制自动风门系统降低了作业强度，降低了生产成本，提高了安全性，可为同类型矿山提供借鉴经验。

关键词: 曹家洼金矿 , 通风系统 , 远程控制 , 自动风门 , 安全生产