【摘 要】
：
燃料贮箱作为火箭发动机系统的重要组成部件,是贮存低温推进剂的关键容器。现有的液氢和液氧贮箱多是由金属材料制成,重量大,制约着火箭运载效率的提升。因此,对贮箱轻量化材料的研究显得格外重要,用轻质高强的碳纤维增强复合材料（CFRP）代替金属可使贮箱减重约30%以上,发射成本降低约37%。然而,在液氢/液氧（-183/-253℃）的超低温环境下,CFRP存在树脂基体韧性差及碳纤维/界面脱粘的问题。对此,
【基金项目】
：
国家973项目“碳纤维复合材料液氧贮箱制造过程中的关键基础问题”；
论文部分内容阅读
燃料贮箱作为火箭发动机系统的重要组成部件,是贮存低温推进剂的关键容器。现有的液氢和液氧贮箱多是由金属材料制成,重量大,制约着火箭运载效率的提升。因此,对贮箱轻量化材料的研究显得格外重要,用轻质高强的碳纤维增强复合材料（CFRP）代替金属可使贮箱减重约30%以上,发射成本降低约37%。然而,在液氢/液氧（-183/-253℃）的超低温环境下,CFRP存在树脂基体韧性差及碳纤维/界面脱粘的问题。对此,本文分析了超低温环境下环氧树脂变脆的机理,提出采用氧化石墨烯接枝纳米纤维素改善环氧树脂超低温韧性的方法,表征了超低温环境下环氧和CFRP单向板的基本力学性能,讨论了超低温力学性能的演变规律,从理论上阐释了CFRP的线膨胀系数和碳纤维/环氧（CF/EP）界面热应力对低温性能的影响机制,通过氧化石墨烯/凹凸棒土（GO/ATP）修饰碳纤维实现了CF/EP超低温界面增强。为研究CFRP的超低温力学性能和演变机制,本文测试了-196℃超低温环境下环氧基体和CFRP的基本力学性能和线膨胀系数。在此基础上分析了环氧基体强度、模量和线膨胀系数与温度的变化关系。建立CFRP单胞模型,预测CFRP的线膨胀系数和热应力。在室温到-196℃的范围内,随温度降低环氧基体拉伸强度和模量提高,断裂延伸率下降。CFRP的线膨胀系数测试值与模型计算值相吻合,验证了单胞模型的合理性。超低温CFRP的横向拉伸强度、层间剪切强度和断裂韧性与室温下实验数据相比,分别提高了39.3%,6.5%和27.7%。采用酰胺化接枝法制备一种纳米材料氧化石墨烯接枝纳米纤维素（GO-NCC）改善环氧树脂超低温韧性。通过AFM、红外、XPS和拉曼表征GO-NCC的形貌和化学结构,GO与NCC成功接枝,并且表面含有氨基官能团,与环氧反应形成共价键连接。丁达尔效应表明GO-NCC在环氧树脂中分散均匀。将GO-NCC添加到环氧树脂中,环氧树脂的线膨胀系数降低。室温下,添加量为0.3wt%GO-NCC改性环氧树脂力学性能最佳,与未改性环氧树脂相比,拉伸强度和断裂韧性(KIC)分别增加了68.9%和244%。超低温环境下,0.3wt%GO-NCC的改性环氧树脂的拉伸强度和KIC与未改性环氧树脂提高了39.3%和104%。分析并阐述了GO-NCC的增韧机理。超低温环境下CF/EP界面脱粘是CFRP的主要失效形势之一。对此,本文采用微滴脱粘测试、理论分析和数值模拟的方法研究CF/EP的超低温界面性能。微滴脱粘测试结果表明超低温界面剪切强度（IFSS）比室温IFSS提高了16.7%。将微滴脱粘试样简化为理论模型,计算CF/EP界面平均应变和应力,超低温环境下CF/EP界面收缩热应力升高,IFSS提高。采用数值模拟仿真CF/EP界面热应力分布情况和脱粘过程,结果表明超低温下热应力集中于CF/EP界面,界面脱粘首先发生在环氧微滴半月板处,界面脱粘力与测试值相吻合,理论分析和数值模拟可用于预测CF/EP超低温界面性能。采用GO/ATP化学修饰碳纤维,改善碳纤维表面浸润性,增强碳纤维与环氧树脂的纳米机械啮合作用,超低温CF/EP复合材的IFSS提高。SEM结果表明GO/ATP均匀接枝于碳纤维表面。通过表面能计算证明GO/ATP改善了碳纤维表面浸润性。制备GO/ATP修饰碳纤维/环氧树脂微滴脱粘试样（CF-GO-ATP/EP）,与未修饰CF/EP相比,超低温IFSS提升了53.1%,同样,经过液氮浸泡和超低温/室温热循环后仍具有较高的IFSS值。
其他文献
在钢筋末端设置端板,可有效减小钢筋在混凝土中的锚固长度。当应用带端板钢筋时,存在直锚段钢筋与混凝土间的粘结作用和混凝土对钢筋端板的支承作用。影响带端板钢筋在混凝土工程中应用的主要问题有:（1）钢筋加载端受拉屈服时,带端板钢筋锚固力在直锚段钢筋与混凝土间的粘结作用和端板承压作用间的分配关系,是本文所关注的第一个问题。（2）钢筋端板下混凝土不但承受端板传来的压力,而且承受直锚段钢筋与混凝土间的粘结作用
由于当今社会对于减重、节能减排以及环境保护的要求越来越高,镁合金作为最轻的且可回收的金属结构材料,扩大其应用变得越来越迫切。但是经过了几十年的发展与研究,镁合金的低强度与较差的成形性能始终难以完全克服,因此限制了其广泛应用。稀土镁合金的开发使得高性能镁合金的制备与应用变得更加可能。然而,由于大量合金元素的加入,使得稀土镁合金的组织往往比较复杂,无论是固溶处理还是时效处理均会引起材料组织与性能的显著
目标追踪是计算机视觉领域的重要组成部分,其所衍生的应用产品为人们的工作与生活带来了极大的便利。本文研究工作的核心为单目标追踪任务,该任务的目的是根据第一帧或前几帧图像所提供的信息对后续视频序列中待追踪物体的尺度和位置进行预估,而较高的鲁棒性则会使得追踪器能够较好地应对各种因素（诸如:遮挡、光照变换和脱离视角等）对其的影响,从而使得其所预测的结果更为准确。因此,如何使得所设计的追踪器具有更好的鲁棒性
制药污泥被认为是一种主要的、复杂的、有毒的工业废物。一般含盐量高,且含有种类繁杂的病原微生物及顽固的抗生素药物残留。直接填埋或者土壤应用会导致严重的环境问题并危害人类和动物的健康安全。因此,制药污泥必须经过有效的处理降低其危害。然而目前国内外缺乏针对制药污泥热解处理技术的研究。基于此,本论文在分析了制药污泥的基本性质后,通过热解炉探讨了热解终温、停留时间等对制药污泥热解产物产率的影响以及生物油和生
淡水资源短缺问题日益严重,全球面临十分严峻的水危机,正渗透膜分离技术因低能耗、出水水质好等已成为污/废水处理再生回用、海水淡化等多水源开发的重要技术手段。聚酰胺薄膜复合膜（TFC）制备简单、分离性能好是半渗透膜处理工艺的首选材料,但膜污染问题仍然限制着该技术在实际工程中的推广应用。本研究以提高TFC膜的抗污染能力为导向,基于已有研究提出的膜污染机理,设计并制备抗污染TFC膜,解析改性TFC膜的有机
人体的骨组织始终处于不断的重建过程中,显示出一定的自愈能力。然而,骨创伤和肿瘤等疾病造成的骨缺损远远超过了其自身愈合的能力范围,在这种情况下,骨修复材料的研究具有重要意义。乳铁蛋白（Lactoferrin,LF）是一种多功能的糖蛋白,可以促进成骨细胞的增殖分化,作为一种新型的骨生长因子,在骨组织工程领域有较大的应用潜力。因此,本研究以LF在骨缺损修复领域中的应用为出发点,考察了LF在羟基磷灰石表面
Al-Cu-Li系合金由于具有低密度、高比强度、高比模量以及良好的耐腐蚀性等优点,因而被广泛应用于航天器和飞机的关键结构部件上。随着航空航天领域的进一步发展,对飞行器减重的需求越发迫切,为了能够更大规模地应用铝锂合金来替代传统的铝合金,亟需进一步提高Al-Cu-Li系合金的综合性能。热处理工艺和成分能够直接决定该类合金性能的好坏。然而,目前热处理工艺及成分影响Al-Cu-Li系合金组织和性能的机制
超材料是一种由人工构造的亚波长结构单元组成的材料,可以产生超乎寻常的光学特性,能够以非常规的方式对入射电磁波振幅、相位和偏振态进行调制。它的应用包括负折射率、人工磁性、超透镜、完美吸收和纳米激光等。特别地,超表面完美吸收在近些年来引起了广泛关注,其在太阳能采集相关应用、隐身、传感等应用中至关重要。超表面完美吸收的应用波段包括紫外、可见光、红外光至太赫兹波段,甚至包括声波等。尽管超表面完美吸收体表现
随着以电子作为信息传输载体的硅基器件逐渐逼近摩尔定律的极限,光子成为下一代信息传输器件的重要载体。寻找高效率、易集成的非线性光学器件组分材料成为当今构建高效率全光信息处理系统亟待解决的问题。低维材料的量子限域效应赋予了其独特的电学和光学性质。随着石墨烯、二硫化钼和黑磷等二维材料制备技术逐渐成熟并在光电领域应用的迅速拓展,低维材料在非线性光学器件领域的发展逐渐得到重视。量子力学的紧束缚方法和第一性原
随着城市化进程的加快,城市污水排放总量逐年增加,而相关排放标准日趋严格,因此开发“高效节能”的污水处理技术具有重要的现实意义。电絮凝（Electrocoagulation,EC）技术是一种电化学污水处理方法,具有适用范围广、反应时间短、絮体稳定易分离、污泥产率低、无二次污染等优点,受到研究者的广泛关注。但是其高能耗、电极钝化导致水处理效率降低等缺点限制了其广泛应用。基于此,本论文将金属电池应用于电