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谭力豪/刘特斌/颜立波 共同主持专刊 | 纤维增强复合材料的多尺度研究

已有 828 次阅读 2021-6-10 18:19 |个人分类:前沿专刊|系统分类:论文交流

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在社会高速发展的今天,随着日益频繁的人口流动与交通运输活动,对建筑结构与交通基础设施的承载力有了更高的要求。

本专刊将针对纤维增强复合材料研究领域,在科学研究和工程应用方面的前沿进展进行探讨, 分享从微观纤维、基体的分子结构,到宏观复材的工程结构等多尺度的结构设计、性能表征和创新应用。


该研究领域的现状

现有建筑结构与基础设施中有许多已投入使用多年,有的甚至接近服役年限。对这些结构与设施的维护与加固成为了十分紧迫的问题。与混凝土、钢材和木材等传统的建筑材料相比,纤维增强复合材料(FRC)具有轻质高强、优良的耐久性能等特性,契合工程领域倡导的节能环保、经久耐用的主题。因此,纤维增强复合材料在建筑结构与交通基础设施的建设以及维护与加固中有着越来越多的应用。


该研究领域的重要性

纤维增强复合材料以纤维或者纤维织物作为增强体,以聚合物树脂、水泥材料等作为基体,通过复合工艺制成,被越来越多地用于建筑与基础设施中的增强结构以及承力构件。

纤维增强复合材料的优异性能来源于其多尺度结构,从宏观尺度的纤维、基体等组分,到微观尺度各组分的分子结构。其中,纤维能够有效提升 FRC 的刚度、强度、韧性等性能,而纤维与基体二者分子间的紧密连接保证了粘结界面的强度,对 FRC 在宏观尺度呈现的优异性能起着决定性作用。

所以,对纤维增强复合材料进行多尺度的结构设计与性能表征,有助于深入探索 FRC 在不同尺度之间结构与性能的相互关系,为其耐久性能预测以及优化设计建立试验与理论基础,从而推动 FRC 在建筑结构与交通设施的建设以及维护与加固等领域的创新应用。

对纤维增强复合材料的研究手段,涉及从纳米尺度到宏观尺度的分子模拟、理论计算、试验测试、以及人工智能等方法。然而,由于纤维增强复合材料的种类多样,目前关于不同 FRC 在各尺度下的性能表征还没有形成系统的研究框架,阻碍了该材料朝着标准化、规范化、智能化的方向发展。因此,目前亟需开发出针对组分-材料-结构的多尺度分析设计方法。

综上所述,在多尺度的框架下对纤维增强复合材料进行研究,根本意义在于促进高性能复合材料的研发、优化设计及工程应用。


该研究领域的发展趋势

目前,国内在科学研究方面主要集中在结构设计、长期耐久性能表征方面,工程应用主要集中在材料选择、制备工艺和结构形式方面。

而在未来,该领域的发展趋势是:纤维增强复合材料正在向着标准化、规范化、智能化的方向发展,结合从纳米尺度到宏观尺度的多种研究手段,开发出由低价高性能纤维与基体材料组成的复合材料,具备例如自感应、自修复、自愈合等功能化特性,并有望实现工程中的广泛应用。

征稿信息

专刊旨在深入理解纤维增强复合材料的多尺度结构与性能之间的相互关系,探索复合材料与结构的长期耐久性能,并开发设计新型高性能复合材料。围绕纤维增强复合材料的结构设计、性能表征和工程应用的论文和综述均可投稿。

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此前沿专刊发布在:

  • Frontiers in Materials

    (IF:2.705 / CiteScore: 2.2)


此专刊仍接受投稿,截稿时间:

  • Abstract - 2021 年 07 月 31 日

  • Manuscript - 2021 年 11 月 30 日


关于更多此前沿专刊的详细信息及投稿方式,请点击链接查看:https://www.frontiersin.org/research-topics/22019/multi-scale-investigation-on-fiber-reinforced-composite-materials-from-structural-design-property-ch


客座主编团队

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谭力豪

北京航空航天大学

助理教授

刘特斌

香港城市大学

副教授

颜立波

德国布伦瑞克工业大学

教授


客座主编对于前沿专刊模式的看法:

这种前沿专刊的形式十分新颖,通过汇集同一主题的不同研究成果,对于系统性研究关键科学问题很有帮助。同时还有利于跨学科、跨领域学者的交流与合作。


原文内容整理自谭力豪博士的文字采访


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