《多尺度增強FMLs的力學性能及其增強機理研究》是依託重慶大學，由寧慧銘擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多尺度增強FMLs的力學性能及其增強機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：寧慧銘
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
由於具有很高的比強度和比剛度，並同時兼具纖維增強塑膠（FRP）及金屬材料的優點，纖維金屬層板（FMLs）在航空航天、汽車、軍工等高科技領域具有廣泛的套用前景。然而其相對較弱的層間力學性能限制了其進一步的套用。本項目旨在開發新的FMLs多尺度增強方法，揭示其增強機理，最佳化其增強效果。為此：在實驗方面通過在FRP層的基體及FRP與金屬層間添加表面改性碳納米管/氧化石墨烯（SCNT/GO）混合納米相進行協同增強；在金屬表面進行基於仿生原理的多尺度階層紋理結構加工對FMLs 的綜合力學性能尤其是層間力學性能進行改進。為了揭示其增強機理，在理論上通過結合分子動力學（MD）、細觀力學、有限元模擬發展一種全新的多尺度模擬方法對多尺度增強FMLs的力學性能進行分析評價並與實驗結果進行對比驗證。以此在納觀、細微觀、巨觀等不同尺度進一步指導最佳化實驗。該研究將為新型高性能FMLs的開發及套用提供技術和理論基礎。
結題摘要
由於具有很高的比強度和比剛度，並同時兼具纖維增強塑膠（FRP）及金屬材料的優點，纖維金屬層板（FMLs）在航空航天、汽車、軍工等高科技領域具有廣泛的套用前景。然而其相對較弱的層間力學性能限制了其進一步的套用。本項目旨在開發新的FMLs多尺度增強方法，揭示其增強機理，最佳化其增強效果。為此：在實驗方面通過在FRP層的基體及FRP與金屬層間添加碳納米材料進行協同增強；在金屬表面進行基於仿生原理的多尺度階層紋理結構加工對FMLs 的綜合力學性能尤其是層間力學性能進行改進。為了揭示其增強機理，在理論上通過結合分子動力學（MD）、細觀力學、有限元模擬對多尺度增強FMLs的力學性能進行分析評價並與實驗結果進行對比驗證。以此在納觀、細微觀、巨觀等不同尺度進一步指導最佳化實驗。通過三年的研究，取得的重要代表性結果包括在試驗研究方面，通過結合金屬表面處理技術及在層間添加表面改性的納米碳纖維對纖維金屬層板GFRP/Al 的層間力學性能進行改進研究，取得了良好的增強效果使得其臨界載荷及II型斷裂韌性分別提高了135.51% 和425.16%，層間剪下強度提高了153.33%，並對其增強增韌機理進行詳細分析。在理論計算方面，通過分子動力學模擬研究了雜化石墨烯和碳納米管（hybrid graphene-carbon nanotube）與高分子基體的界面力學性能，得到了一系列重要的研究結論如： hybrid GR-CNT相比GR具有更好的與高分子基體的界面力學性能。並對其增強機理進行相應的分析和揭示。在本項目的支持下共發表高水平SCI論文10餘篇，申請專利3項。該項目的研究成果將為新型高性能FMLs的開發及套用提供技術和理論基礎。
