自修复技术在复合材料刹车片中的应用研究

摘要

本文根据微胶囊自修复机理，针对目前盘式汽车刹车片制动过程中的问题，将自修复微胶囊加入复合材料刹车片中，对微胶囊自修复技术应用于复合材料刹车片进行基础研究。主要研究内容包括：设计配方，研制出内含微胶囊的复合材料汽车刹车片；进行性能测试实验；进行模态分析与模态实验。 根据刹车片尺寸，设计制造模具，通过改变加入的微胶囊的含量及分布，设计了五种配方。按照优化的生产工艺条件，制备了含微胶囊的复合材料刹车片。 对刹车片的摩擦系数、磨损率、冲击强度、硬度进行了性能测试实验。通过比较分析得出以下结论：含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的性能符合国家标准对摩擦材料的要求。因此，将自修复微胶囊应用于复合材料汽车刹车片是可行的。 模态分析部分，测定新型摩擦材料的弹性模量、泊松比和密度，采用ANSYS软件分别对含微胶囊的复合材料刹车片和不含微胶囊的复合材料刹车片进行自由模态分析。通过对比，得出结论：加入微胶囊后，刹车片的固有频率略有下降。 模态实验部分，通过实验的方法测得含微胶囊的复合材料刹车片和不含微胶囊复合材料刹车片的固有频率、阻尼和振型系数等模态参数，验证了模态分析的结论，为进一步研究含自修复微胶囊的复合材料刹车片提供了参考数据和理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1自修复复合材料的研究现状

1.2智能自修复材料的自修复原理

1.2.1分子间相互作用的修复机理

1.2.2液芯纤维自修复机理

1.2.3内置胶囊仿生自修复机理

1.2.4热可逆交联反应修复机理

1.3微胶囊自修复技术的研究进展

1.4本论文的主要工作

1.4.1课题来源

1.4.2课题研究的目的和意义

1.4.3课题创新点

1.4.4本论文的主要工作

第二章 微胶囊技术简介

2.1微胶囊概念及功能

2.2微胶囊原料的选择

2.2.1芯材

2.2.2壁材

2.3微胶囊的制备方法

2.3.1微胶囊合成方法简介

2.3.2常用的微胶囊合成方法

2.3.3自修复微胶囊合成方法

第三章 断裂力学的应用

3.1断裂分析的力学基础

3.1.1断裂力学及裂纹基本形式

3.1.2断裂韧性和应力强度因子

3.1.3 Irwin应力强度因子理论

3.2自修复材料断裂判据

3.2.1均质材料的断裂判据

3.2.2弹性夹杂问题的断裂力学分析

3.2.3自修复材料中微胶囊壳的断裂判据

第四章 含微胶囊复合材料刹车片的研制与性能测试

4.1配方设计

4.1.1基体树脂

4.1.2增强体

4.1.3填料

4.1.4微胶囊

4.1.5配方设计

4.2模具设计

4.3工艺设计及模压成型

4.3.1混料

4.3.2模压成型

4.3.3工艺条件

4.4性能测试

4.4.1摩擦磨损性能测试

4.4.2冲击强度性能测试

4.4.3硬度性能测试

4.4.4摩擦过程中的噪声测试

4.5结论

第五章 微胶囊破裂验证

5.1材料断裂时微胶囊破裂的证明

5.2含模拟胶囊试件裂纹扩展的有限元模拟分析

5.2.1材料参数

5.2.2有限元模型的建立

5.2.3划分网格

5.2.4加载和求解

5.2.5结果及讨论

5.3结论

第六章 复合材料刹车片的模态分析与模态实验

6.1刹车片的模态分析

6.1.1模态分析理论基础

6.1.2 ANSYS软件简介

6.1.3基于ANSYS的模态分析

6.2刹车片的模态试验

6.2.1模态实验基本假设

6.2.2实验方案与测试技术

6.2.3实验数据处理及结论

6.3模态实验与模态分析结果比较

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

发表论文及科研成果清单

附录