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关键词： 平纹编织CFRP   损伤修复   激光烧蚀   激光切割   挖补胶接  

摘要： 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是一种以树脂为基体、碳纤维为增强相的两相复合材料,具有高强度、轻量化、耐腐蚀、抗疲劳和结构可设计等优点,相比于单向层合板,平纹编织CFRP拥有更为优异的抗损伤能力和机械稳定性,在航空航天领域得到了广泛应用。在服役期间,CFRP构件容易受到恶劣环境影响而产生分层、脱粘、腐蚀坑、边缘损伤、表面鼓泡等缺陷,影响材料性能,难以保证飞行器安全。目前,高效、高性能的CFRP构件损伤修复已经成为应用领域的研究热点。但平纹编织CFRP复杂的多尺度结构特点使得相关研究鲜有报道。有鉴于此,本文开展了基于激光的平纹编织CFRP构件损伤修复工艺基础研究,主要内容如下: (1)针对平纹编织CFRP构件损伤区挖除需求,搭建了紫外纳秒脉冲激光加工平台,开展了表面烧蚀机理与梯形三维结构加工工艺基础研究。通过单激光扫描实验,分析了激光波长对平纹编织CFRP表面剥蚀行为的作用机理,研究表明短波长的紫外激光有利于实现基材的精确、可控烧蚀。在此基础上,探究了紫外激光烧蚀工艺参数(扫描速度、填充间距、离焦量)对表面形貌的影响规律,获得了树脂无残留、纤维完整性好的优质表面。同时,研究了不同工艺条件下激光扫描次数对表面烧蚀深度的作用规律,实现了接近层去除的加工效果。进而,提出了紫外激光混合烧蚀方法,在阶梯状三维结构成形的基础上,实现了大面积树脂清理。上述研究不仅有助于提高损伤区与后续补片的接触面积、增强嵌锁作用,而且有助于提升材料的修复强度。 (2)针对挖除后区域,需将同质基材切割成适宜形状并进行修复补片,因此开展了平纹编织CFRP的高效、低损伤切割机理研究。探究了激光切割速度、激光功率及切割角度等工艺参数对激光热影响区宽度、面积和切缝宽度、深度等的影响规律。结果表明切割速度的提高和功率的下降会导致热影响区宽度、面积及切缝宽度、深度等逐渐减小;且0°/90°与45°/135°切割角度下切缝结构分别具有“窄且深”和“宽且浅”的特点。同时,采用扫描电子显微镜表面形貌表征与X射线工业CT损伤检测相结合的方法,揭示了切割表面及其亚表面特征对切割工艺参数的响应机理。研究发现沿纤维方向切割有助于提高加工效率并获得高完整性、低损伤切割表面。最终,提出了基于热影响区宽度与切缝深度的锥度角计算方法,并实现了工艺参数优化。上述研究为平纹编织CFRP损伤补片的制备提供了理论指导。 (3)为获得优异的挖补胶接质量,需要在补片表面加工出与损伤区梯层轮廓互补的三维结构,不仅要保证补片与挖除区域紧密贴合,而且要有较高的几何精度。因此,搭建了激光辅助铣削实验平台,对比了干铣削与激光-铣削顺序加工、激光-铣削同时加工等工艺对刀具磨损、表面质量及铣削力的影响规律。结果表明激光能场的引入能够抑制刀具磨损、降低铣削力、去除部分树脂。上述研究将为后续补片表面的多梯层确定性加工提供理论参考。

摘要： 《幼儿园保育教育质量评估指南》中指出：“玩具材料种类丰富，数量充足，以低结构材料为主，能够保证多名幼儿同时游戏的需要。”本文从自选、合作与创新三个维度，探究趣味编织活动的实施路径。一、自选：表现材料特征，“自助式”选材（一）投放“材料包”，设置专项区域在编织活动中，教师要结合各类材料的特征，

ISBN: (纸本)9787550334021

关键词： 纺织编织技术   光热蒸发   碳纤维   仿生结构  

摘要： 淡水资源短缺已成为阻碍现代文明可持续发展的严重问题。界面太阳能蒸汽发生（ISSG）系统通过光热转换在材料表面产生热量用于海水淡化,已被证明是有希望投入实际应用。纤维材料具有独特的柔韧性、耐久性、加工性、实用性和多功能性,在ISSG领域引起了相当大的关注。本文以碳纤维作为光吸收材料,天丝纤维作为供水材料,利用成熟的纺织编织工艺将两者的特性相结合,制备了耦合光热及电热的复合编织织物和仿生树型纤维骨架的蒸发器件,并通过扫描电镜、3D显微镜、紫外-可见-近红外光谱仪等测试仪器对蒸发器件的基本情况进行表征,探究其光热转化蒸发性能、拒盐性能、应对恶劣环境等能力,研究内容如下: （1）在本章研究中,将碳纤维与天丝进行混编,所制得的复合编织纱线具有高光热转化性能和良好的柔性,可盘绕成蚊香状作为蒸发器件。在混编中加入电热丝后,对其结构与性能并无影响,可通过纺织技术编织成复合编织布并作为蒸发器件。天丝经PPy涂层后与碳纤维编织成的复合纱线能进一步加工成仿生树型纤维骨架,通过模仿树木的结构层次来进行太阳能蒸发。虽然PPy涂层对天丝的吸水量略有影响,但并不影响其在光热过程中对仿生树型纤维骨架的供水。依托于成熟的纺织工艺,复合纱线可以进行低成本的生产,用于满足不同尺寸的复合编织蒸发器件的尺寸。 （2）在本章研究中,将碳纤维/天丝复合编织织物应用于具有上级光热转换能力的海水淡化技术中。通过调节编织工艺参数,可调节其脱盐性能。由于碳纤维中的水保持在毛细状态,因此水分更容易形成团簇从而蒸发,因此将水从复合织物中蒸发所需的能量更少。在1个太阳光强的照射下,平均蒸发速率和蒸发效率分别为1.84 kg·m-2·h-1和88.8%。当施加少量电力（3V）时,编织织物的蒸发速率保持在1.88 kg·m-2·h-1以上,并且在白天实现了上级脱盐性能。在全天连续运行的情况下,大部分有机物、金属离子和污染物被有效地去除,满足WHO饮用水标准。 （3）在本章研究中,受生物启发的仿生树型纤维骨架（BCFF）,灵感来自自然树木的生态结构,采用光热转化性能好的碳纤维和经聚吡咯涂层后亲水的天丝,通过纺织编织技术,设计了一种新型的光热碳纤维复合材料。通过模拟树干粗壮、树叶繁茂的树木形态,调控BCFF的微观/宏观结构分布和光照面积。BCFF通过分布式光热转换在一个太阳光强照射下表现出4.58 kg·m-2·h-1的高蒸发率。重要的是,考虑到由于供水和蒸汽蒸发不平衡而导致的盐沉积,提出了合理的BCFF设计,以实现稳定的脱盐。实验结果表明,BCFF可以实现稳定的太阳能蒸发拒盐,即使在质量分数为15%的盐水在运行几个周期。此外,拒盐和净化性能在实际环境中具有竞争力,每日水收集量超过20 L·m-2。

关键词： 手术缝合线   聚乳酸   抗菌性能   制备工艺  

摘要： 可吸收手术缝合线是当今全世界范围内使用最为广泛的医疗器械之一，在医院临床、外科手术以及医美整形等行业屡见不鲜，其作为闭合组织伤口的医用材料在医学领域中发挥着不可忽视的作用。此外，可吸收手术缝合线独特的自降解性能相较于不可吸收手术缝合线有着巨大优势，可吸收手术缝合线可免除患者二次拆线的痛苦，并能够有效保持受患部位闭合所需的张力要求。然而，手术部位感染（SurgicalSiteInfections，SSIs）是手术过程中常见的并发症，约占医院中各类获得性感染的20%，使死亡率增加2~11倍，大大影响了患者的生存质量。因此，亟待研发一种具备优异力学性能的同时，兼顾抗菌免疫附加功能的可吸收手术缝合线。　　首先，本课题选用编织结构作为缝合线基材制备的主要结构，采用聚乳酸（PLA）单丝作为编织缝合线的原料来源，通过改变编织工艺，包括编织速度，编织目数以及编织锭数的选取，以此制备出系列编织型PLA手术缝合线基材。其次，对于手术缝合线抗菌功能的附加，本课题采用“乳化-溶剂挥发法”来制备W/O/W型乳液，进而制备缓释微球，制备过程中通过改变载体配比以及载药量的大小，可成功制备出具有不同缓释性能的系列载药微球，最后对上述制备出的编织型PLA缝合线基材以及缓释载药微球进行复合，其中利用多巴胺为缝合线构筑二级反应平台，使载药微球能够成功负载至缝合线表面而制备出编织型PLA抗菌手术缝合线。另外，本课题严格参照《中华人民共和国医药行业标准（可吸收手术缝合线）YY1116-2020》国家标准，对制备出的缝合线进行了全面的测试与表征，并综合性探究了缝合线的释药性能以及抗菌性能。　　通过实验探究，具体结果与结论如下所述：　　（1）通过改变编织工艺，制备出系列编织型PLA手术缝合线基材，其中编织锭数设置为16锭与8锭，编织目数设置为100目，110目以及120目，编织速度设置为50rpm、70rpm以及90rpm，各编织工艺下制备出的缝合线线径分别位于0.250mm~0.261mm以及0.325mm~0.358mm区间内，对应国家行业标准，本文所制备缝合线隶属于2-0/T号以及2-0号线;当编织目数为110目，编织锭数为16锭且有芯纱存在时，缝合线的力学性能最佳，最高无结强力与打结强力分别为30.11N与28.31N，当编织目数为100目，编织锭数为8锭且无芯时，缝合线的断裂强力最低，无结强力与打结强力分别为22.50N与22.44N，在此时的编织工艺下，缝合线的力学性能仍然符合国家标准。此外，所有规格缝合线其线径大小以及断裂强力大小均符合国家标准。　　（2）通过改变载体配比以及载药量的大小，制备出系列载药微球，载体配比为聚乙醇酸（PGA）/聚己内酯（PCL）=7/3时，微球的微观形貌最佳，微球表面光滑且无过多聚集现象;不同载体配比载药微球的平均载药量为14.25%，平均包封率在70.56%，具有一定的包封效果;不同规格载药微球表现出较为理想的释药性能，各规格载药微球前期突释较小，1d内释药率小于40%，各规格微球释药速率不一，可达到控制释放的目的，释药周期可达18d左右，其释药模型属于一级释药模型，药物扩散类型为一级扩散;另外，载药微球也具有良好的抗菌效果，对大肠杆菌（***）和金黄色葡萄球菌（***）均有一定的抗菌性能，最小抑菌圈宽度分别为24.9mm和26.1mm，抗菌效果优异。　　（3）利用多巴胺的自聚沉积作用来配置抗菌功能整理液，为编织型PLA缝合线进行载药微球的负载，微球浓度和整理时间对负载效率会产生较大的影响，当微球浓度为4g/L，整理时间为16h时，该条件下负载的微球数量最多;整理后缝合线的力学性能有一定的改善，当整理时间为24h，缝合线的无结强力以及打结强力分别为32.88N与32.34N，相较于未整理缝合线力学性能分别提高9.2%和14.2%;另外，整理后的缝合线可以实现药物的缓释，优选整理时间为16h的缝合线，通过改变微球浓度来探究缝合线释药规律。结果显示，载不同微球浓度缝合线表现出释药速率不一的缓释效果，释放周期可到17d左右，并表现出前期突释较小的特性，符合缓释性能。另外，对载不同微球浓度缝合线进行药代动力方程拟合，结果显示，缝合线释药规律与Higuchi方程拟合较好，药物扩散类型属于Fick扩散;此外，经抗菌整理后的缝合线，其线径没有太大的改变，与原线数据持平，但是缝合线重量有一定的增加，其平均重量由4.3mg增加到4.46mg，涨幅约为3.7%。最后，整理后的缝合线表现出优异的抗菌性能，对***以及***的抑菌带宽度分别为11.43mm和10.08mm。

关键词： GFRP复合材料螺栓   力学性能   微-宏观多尺度模拟   三维螺栓结构数值模拟   渐进损伤过程  

摘要： 在机械、航空航天等应用领域,不同的纤维增强复合材料结构件需要通过各种连接方法进行装配。在众多的连接方法中,螺栓连接因其成本低、维护方便、易于拆卸等优点而得到广泛应用。但是随着航空航天等高精度和尖端领域的快速发展,对具有增强性能的材料的需求显著增加。通常用于复合材料连接的传统金属螺栓,由于其固有的缺点,如易受腐蚀、重量大和易氧化等问题从而不能满足严格的质量要求和特定工作条件(包括强酸或强碱)。因此,对具有轻质、高强度、耐腐蚀和高透波的FRP紧固件的研究势在必行,以此全面满足必要的连接要求和标准。 本课题以GFRP复合材料螺栓为研究对象,建立了GFRP复合材料螺栓三维数值模拟模型。该模型考虑了GFRP复合材料螺栓中玻璃纤维、环氧树脂基体以内聚力单元界面的材料特性以及螺纹的精细几何结构,通过微-宏观多尺度模拟建立了GFRP复合材料螺栓的三维多尺度数值模型。基于VUMAT Hashin准则描述宏观复合材料螺栓的损伤演化行为,建立了层状编织复合材料螺栓在拉伸、剪切、扭转三种工况下的宏观数值模拟模型。 分别开展了层状编织平纹和斜纹两种层状编织结构GFRP复合材料螺栓的拉伸、剪切、扭转实验和螺纹拉伸实验。数值模型不仅验证了两种螺栓的拉伸、剪切载荷-位移曲线和扭矩-转角关系,而且验证了螺栓拉伸、剪切、扭转下的渐进损伤过程与不同速度下的螺纹拉伸损伤过程,模型与实验结果吻合良好。基于两种螺栓的微观断裂形貌和渐进损伤过程,揭示了两种螺栓在不同工况下的应力传递特点和微观纤维断裂机制。研究表明,两种螺栓内部的纤维排布方式影响了两种螺栓在同一工况下的应力传递特性,纤维排布方式和主要承载纤维的不同是两种螺栓出现不同拉伸、剪切、扭转强度和不同损伤失效形式的根本原因。 最后提出了将两种不同层状编织方式的螺栓在三种工况下(拉伸、剪切、扭转)的强度进行对比分析,研究表明,斜纹螺栓的强度总体小于平纹螺栓,但各强度之间差值较小,所以在强度要求不高的工作下可以优先考虑层状斜纹编织螺栓。通过综合分析揭示了两种螺栓在不同工况下的综合稳定性,为GFRP纤维增强复合材料螺栓应用到实际工作中提供安全性理论指导。

ISBN: (纸本)9787572515378

摘要： 一门有着100年历史的工艺如何才能变得现代？位于喀尔巴阡山脉的心脏地带，靠近古老的城市科西夫（Kosiv），坐落着GUSHKA——一个基于传统手工艺的现代创意工作室给出了他们的答案。他们的设计一直基于一种在当地备受喜爱但日渐衰落的手工艺，工作室的创始人通过应用该地区独特的古老工艺，创造出了一系列当代家居用品，重新点燃了人们对编织的热爱。