Development of a Novel Functionally Gradient Composite Material

新型功能梯度复合材料的开发

基本信息

  • 批准号:
    0726723
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-09-01 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A novel lightweight functionally graded polymer based composite material will be developed in this project. This material will have substantially higher energy absorption in quasi-static and dynamic loading conditions compared to other lightweight materials. The proposed functionally graded material (FGM) is based on creating a dispersion of hollow micro-particles of glass according to their wall thickness in a polymeric matrix. The gradient in wall thickness will provide a better control over properties of these FGMs compared to the existing FGMs that are based on creating a gradient of particle volume fraction. The new FGM structure will be designed and optimized through extensive theoretical and experimental analysis. The experimental research will include development of processing methods, characterization of mechanical properties and development of structure-property correlations. Analytical models for two- (matrix and particles) and three-phase (matrix, particles and air voids) composite materials will be developed using homogenization techniques. These models will be applicable to hollow and solid particle filled composites and will provide significantly enhanced predictive capabilities over the currently available models.This project is the first comprehensive attempt to unify the concept of solid and hollow particle filled composites by defining solid particles as a special case of hollow particles. The mew FGM will open up several possibilities for future research in smart composites, self healing composites, bio-compatible materials and highly damping materials. The immediate applications of the new FGMs are expected to be in higher damage withstanding structures. Future possibilities lie in automobile structures, bio-medical implants, sports equipment and self healing components. Extensive educational activities are planned for graduate, undergraduate and high school students as part of the project. The results will be disseminated widely through journal publications, conference presentations and inclusion in the relevant courses.
该项目将开发一种新型轻质功能梯度聚合物基复合材料。与其他轻质材料相比,这种材料在准静态和动态负载条件下具有更高的能量吸收。所提出的功能梯度材料(FGM)基于根据聚合物基质中的壁厚创建玻璃空心微粒的分散体。与基于创建颗粒体积分数梯度的现有 FGM 相比,壁厚梯度将更好地控制这些 FGM 的特性。新的 FGM 结构将通过广泛的理论和实验分析进行设计和优化。实验研究将包括加工方法的开发、机械性能的表征以及结构-性能相关性的开发。将使用均质化技术开发两相(基体和颗粒)和三相(基体、颗粒和空隙)复合材料的分析模型。这些模型将适用于空心和实心颗粒填充复合材料,并将比当前可用的模型提供显着增强的预测能力。该项目是通过将实心颗粒定义为特殊的复合材料来统一实心和空心颗粒填充复合材料概念的首次全面尝试。空心颗粒的情况。新的 FGM 将为智能复合材料、自修复复合材料、生物相容材料和高阻尼材料的未来研究开辟多种可能性。预计新型 FGM 的直接应用将用于承受更高损伤的结构。未来的可能性在于汽车结构、生物医学植入物、运动器材和自愈组件。作为该项目的一部分,计划为研究生、本科生和高中生开展广泛的教育活动。研究结果将通过期刊出版物、会议演讲和纳入相关课程来广泛传播。

项目成果

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