微纳米颗粒改性聚合物复合材料的协同效应研究

Duo to their outstanding mechanical performance, particles reinforced epoxy resin composites are widely used in many fields such as machine, electrical instrument, aerospace and architecture etc. The in-depth research on the failure mechanisms of these materials has important significance for the engineering applications and scientific researches. In this project, an experimental system which could be used to observe the evolution of microstructures in materials will be established. Base on this system, the study on the mechanical behaviors and performances of composites during loading process will be carried out, in order to analyze the synergetic effect of bimodal particle size (micrometers and nanometers) distributions on mechanical performances of filled epoxies. Combined with the mechanical testing results, the effects of micro-parameters such as particle type, size and volume fraction on the mechanical properties and performances of composites will be researched, which will offer useful experimental and theoretical references for the preferences, mechanical prediction and improvements of these materials.

颗粒改性环氧树脂基复合材料由于有着优异的力学性能在机械、电子电器、航空航天、建筑等领域有着重要的应用，深入认识此类复合材料的破坏失效机理，对于工程应用和科学研究具有重要的意义。本项目拟采用MTS、CT和TEM等技术，研究微纳米颗粒协同改性环氧树脂复合材料的破坏失效机理。通过构建一套复合材料内部结构演化三维实验观察系统，观察复合材料破坏（断裂）过程的力学行为与形貌特征，得到其在不同加载条件下的全场变形及裂纹扩展过程，并对复合材料在微纳米颗粒协同增强效应下的破坏机理进行分析。结合力学性能测试结果，探讨颗粒种类、大小、含量等参数对复合材料力学性能和破坏失效机制的影响，从而为此类复合材料的参数优化、宏观力学性能改善以及预测等方面提供实验和理论依据。

颗粒增强复合材料以其优异的力学性能被广泛应用于各工业领域，研究颗粒增强复合材料的破坏机理有重要的理论和实际意义。本项目针对微纳米颗粒协同增强树脂基复合材料的力学行为，开展了实验、理论及数值模拟方面的研究。首先制备了复合材料样品，研究了颗粒的加入对复合材料力学性能的影响，同时加入微米和纳米颗粒协同增强等方式进一步改善了复合材料的力学性能，同时基于细观力学有限元方法，研究了增强相类型、含量等对加载下复合材料应力分布的影响，并探讨了影响复合材料力学性能的因素。设计并加工了针对CT原位观察小试样的力学性能测试装置，其最大加载力为100N，位移精度为1微米。为了处理CT等光学方法获得的实验图像，本项目还研究了数字图像相关算法及其改进方法，提出了一种改进的曲面拟合算法，使算法精度提高了一个量级。此外还研究了权重因子对算法计算性能的影响，提出了一种带高斯函数权重因子的相关函数，改善了算法的计算性能。相关工作为此类复合材料的实验研究方法、参数优化、宏观力学性能改善以及预测等方面提供了参考意义。