基于陶瓷管网载体的智能结构损伤双机制协同自修复

基本信息
批准号:51365012
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:52.00
负责人:李鹏
学科分类:
依托单位:华东交通大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王薇薇,杨超,谢三毛,郝勇,唐赣,蔡莉,刘波,吁安山
关键词:
陶瓷管网自修复智能结构双重固化修复剂双机制协同
结项摘要

Self-healing continues to be one of key strategies for solving structural failure and safe service problems. With E-51/glass fiber composite as study object, the research work will be carried out revolving around healing agent, healing carrier, and dual-mechanism synergy self-healing, including specifically following contents: (a) Proceeding from ceramic composite toughening and surface modification mechanism,design and preparation of a ceramic capillary network with interconnected features based on the foam ceramic technology, and an evaluation of the compatibility between the carrier and composite. (b) Proceeding from dual-curing mechanism and photo-initiated theory, preparation of a dual-curing healing agent, which will introduce the visible light curing and the chemical curing into the self-healing process concurrently. (c) Establishment of a dual-mechanism synergy self-healing model by using the ceramic capillary network and the dual-curing healing agent to investigate the efficiency of self-healing scheme under different damage states. This project puts forward a kind of dual-mechanism synergy self-healing method based on ceramic capillary network,and aims at making up the structural limitation of existing carriers and the lack of a single healing mechanism. This study is motivated by previous work by the proposer. This work lays the theoretical and technical foundation for research of smart structures, and has important scientific significance and application prospects.

智能结构损伤自修复是解决结构失效与安全服役问题的关键策略之一。本项目以E-51/玻纤复合材料为研究对象,拟围绕陶瓷管网载体、双重固化修复剂、双机制协同自修复等损伤自修复的核心问题展开研究。具体包括:1)从研究陶瓷复合增韧和表面改性机理出发,基于泡沫陶瓷技术,研究具有相互贯通结构特点的陶瓷管网载体,并分析载体与材料的兼容性;2)从探讨双重固化机理出发,基于光引发原理,研究双重固化修复剂,将可见光固化和化学能固化同时引入损伤自修复过程;3)提出基于陶瓷管网载体的损伤双机制协同自修复方案,研究各类损伤条件下,可见光和化学能协同自修复的性能。 本项目提出的基于陶瓷管网载体的可见光-化学能双机制协同自修复方法,旨在突破现有载体相互孤立、互不贯通的结构局限性和弥补单一修复机制的不足,为智能结构损伤自修复研究奠定理论和技术基础,具有重要的科学意义和应用前景。

项目摘要

复合材料损伤修复问题已成为结构失效与安全服役科学中迫切需要解决的关键问题之一。随着材料工程、应用力学和仿生学等学科的交叉、融合和发展,复合材料损伤自修复研究现已逐渐成为国内外工程与材料学科中最活跃的前沿课题之一。研究以E-51/玻纤复合材料为对象,为实现该复合材料的损伤自修复,围绕陶瓷管网载体、光自修复、双机制协同自修复等内容展开研究:1)为满足修复剂传输、更换和填充裂纹的要求,研制了具有相互贯通结构的陶瓷管网载体。研究基于危险截面理论和哈迪-克劳斯迭代法,以最大载荷和沿程水头损失为优化目标,采用非劣分层遗传算法,对管网结构进行了优化。在此基础上,制定三步低温烧结制度,制备了陶瓷管网载体,并针对管网与复合材料的力学兼容性和内置修复剂的流动效率进行了仿真和实验研究。2)为保证自修复的实时修复性能,研究了损伤光修复。根据固化速度、粘度、粘结力学性能等修复剂设计要求,对光修复剂各组分及其配比进行了研究,并以陶瓷管网为载体,制备了光修复模型,进行了光修复实验,分析了其实时修复性能。3)为实现双机制协同损伤自修复,在光修复剂研究基础上,将环氧基团引入不饱和光敏树脂,研制含有双键和环氧基两种官能团的光解自由基-环氧体系双重固化修复剂,并分析其组分配比对光固化、化学固化、粘度、粘结力学性能和存储时间的影响。同时设计了修复剂循环补给装置,以陶瓷管网为载体,制备了双机制协同自修复模型,进行了自修复实验,分析了其损伤自修复性能。本项目研究成果可为结构损伤自修复研究提供理论和技术基础,具有重要的理论意义和应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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