基于径向模量分布表征的国产碳纤维离散性研究
批准号:
52073076
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
郝立峰
依托单位:
学科分类:
关键工程材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郝立峰
中文摘要
碳纤维是航空航天、军事工业以及众多民用领域中应用广泛的国防战略材料之一,是实现各种飞行器轻量化的最重要手段。然而国产碳纤维领域长期受到离散性问题的困扰,如何从宏观力学性能及尺寸形貌等表观离散现象出发,确定离散性的微观机理是解决这一问题的关键环节。本项目拟在前期针对日本东丽碳纤维研究的基础上,采用自主开发并得到充分验证的径向剖析法,以纤维单丝横截面内径向模量分布测量为切入点,量化表征纤维内部典型离散结构的微观特征、种类及其分布规律,进而通过有限元分析、数值拟合等方法建立上述微观因素与单丝力学性能、束丝力学性能等宏观物理量离散性之间的对应关系。最终揭示宏观离散现象产生的微观机理,确定影响纤维性能的核心因素,为工艺优化提供目标与理论支撑,为加速国产碳纤维产业的发展做出贡献。
英文摘要
Carbon fiber is an important material widely used in aerospace, military and civil industries, and is the most efficient method to realize lightweight structures for aircrafts. However, domestic carbon fibers have suffered from the mechanical property scattering for a long period of time. To address the problem, it is critical to determine the mechanism of scattering from the microscopic point of view. In the project, a custom developed method, named as radius profiling, will be used to measure the radius distribution of the modulus for carbon fiber monofilaments. From the distribution, typical discrete structures will be identified together with their properties, quantities and positions. Next, the mechanical properties of the monofilament and bundles will be measured subsequently. Finally, the correlations between the typical discrete structures and the macroscopic mechanical behavior will be established via finite element analysis and numerical fitting. The work will help to figure out the mechanism behand the discrete behavior of domestic carbon fibers, and will contribute to the development of domestic carbon fiber industry.
本项目严格按照计划书的研究内容和进度安排开展研究工作,截止目前已圆满实现全部研究目标。改进了径向剖析法表征系统,实现了具有纳米尺寸精度的碳纤维径向模量分布原位测量功能,并通过针对低温等离子体数值模拟、碳纤维刻蚀支架设计、等离子体刻蚀工作气体选择、刻蚀速率测试等刻蚀系统优化及刻蚀参数设计,获得了等离子体处理的碳纤维表面形貌、表面化学组成、碳纤维晶体结构变化,揭示了空气等离子体对碳纤维的作用机制和刻蚀机理。开发了基于Tikhonov正则化以及基于Weibull离散性分析的碳纤维径向剖析数据分析及离散型分布统计处理技术,为从海量的离散型测试数据中寻找规律提供了保障。完成T系列高强型碳纤维径向模量分布与拉伸性能的相关性表征,获得了包括T300、T700、T800、T1000等多种碳纤维聚集态结构分析、晶体结构分析、晶体结构与性能关系分析、建立并完善了碳纤维电性能与模量关系模型。针对具有迫切需求的典型国产T800级碳纤维的性能离散性开展研究,发现国产G800S碳纤维拉伸强度的离散性主要受到微观结构缺陷在径向离散分布的影响,其结构波动分散在从峰值到斜率最值位置的碳纤维皮层区域,是导致G800S碳纤维拉伸强度离散性高于T800S碳纤维的主要因素。
基于铁磁微丝-碳纤维增强树脂基复合材料的反射型超构表面研究
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批准号:51303039
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2013
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负责人:郝立峰
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依托单位:
国内基金
海外基金