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科技前沿

专栏| 国际著名复合材料研究中心与大学介绍(二):特拉华大学复合材料中心(UD-CCM)
来源:武汉理工王继辉教授课题组  2018-06-25 15:04:06
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6670.html       特拉华大学复合材料中心University of Delaware-Center for Composite Materials(UD-CCM)创建于1974年,是世界上最早从事复合材料研究的中心之一,隶属于工程学院,是国际上公认跨学科复合材料研究和教育的著名机构。(官网:https://www.ccm.udel.edu/)

       复合材料研究中心有八个研究室,涵盖六个研究领域和四个卓越研究中心。六个研究领域分别为材料和合成、力学和设计、加工科学、传感和控制、性能测评以及多功能材料的研究,而四个卓越研究中心则包括轻质多功能装甲材料的陆军研究项目、复合材料应用研究和技术协作项目、TACOM复合结构研究计划、VARTM成型技术和航空运输用先进材料研究项目。

       背景

       UD-CCM在20世纪70年代中期便开始与航天、汽车、民用领域以及耐用品工业的终端用户和材料供应商合作。迄今,中心已经和超过3500多家大、中小型企业进行了合作,UD-CCM 是大学——产业合作的先锋,已建立首屈一指的技术转化网络,将研究成果转化为工业产品。自1986年以来,基于成熟的项目实施及保障措施,UD-CCM已八次被国家科学基金会(NSF)和国防部(DoD)认定为卓越研究中心。

       研究

       在其44年的历史中,UD-CCM的核心竞争力在于拥有一系列复合材料学科和工程领域的先进技术。包括液体成型、传感和控制、再造工程、界面科学、可回收复合材料、热塑性材料加工和成本预测模型等。

       UD-CCM拥有价值超过2500万美元的先进设备和仪器,占地58,000平方英尺,在"虚拟制造"环境中开发模型,进行模拟计算,以优化工艺和仪器设计,提高复合材料产品的质量、创新性和经济性。通过控制现有材料和下一代材料的微观结构和分子结构,设计出新型复合材料,在一个独立系统中实现多个性能目标。中心还开发了在线传感器和设备,用于监测复合材料从生产到失效的关键过程,并利用模拟和制造单元验证控制方案的准确性。独特的制造科学实验室有完整的仪器设备可用于合成新材料,纳米尺度到宏观尺寸的结构,化学和力学表征、计算、设计和制造,这些工作单元将用于优化现有和下一代复合材料成型工艺。


 
       技术转化

       中心的研究人员将企业和政府视为合作伙伴,而不是单纯的客户。因此,技术转化非常顺利。UD-CCM目前的研究项目是在业界的支持和协作下进行的,包括一些联邦机构,例如AFOSR(空军科学研究局), ARL(美国陆军研究实验室),ARO(陆军研究办公室), DARPA(美国国防部高级研究计划局), DOE(美国能源部), DOT(美国交通运输部), NASA(美国国家航空和太空管理局), NSF(美国国家科学基金会),ONR(海军研究办公室), TARDEC(美国陆军坦克发展工程中心)以及特拉华州政府等。 最新的技术转让例子包括协助美国最大的碳纤维预浸料用户利用感应加热技术完成热塑性复合材料自动化层压成型、各种车辆部件的设计和原理样机开发、以及在12个生产基地实施智能模塑工艺成型。

       在众多研究复合材料的美国高校中,特拉华大学是开展复合材料研究和教学较早的大学,由于受到美国国家科学基金会、美国军事研究实验室、陆军研究处、海军研究处及杜邦、福特、帝国化学工业、波音等大工业集团的资助,发展非常迅速。

       教育

       该中心的学生和教师都隶属于特拉华大学化学与生物分子工程学院、土木与环境工程学院、电气与计算机工程学院、材料科学与工程学院、机械工程学院 、物理与天文学院、化学与生物化学学院以及经济与商业学院。所有UD-CCM的学生都积极参与跨学科的研究。除了学习扎实的基础理论知识外,UD的学生还能获得培养解决实际工程问题能力的机会。

       他们也有机会与来自美国或其他国家的企业、政府机构和其他大学的访问学生、教师和研究人员进行交流。相关的继续教育机会包括工程拓展和UD-CCM研讨会、专题讨论会和系列研讨会。

       研究中心人员结构


       研究中心主任
John W. Gillespie Jr.Director, Center for Composite Materials University of Delaware  

       UD-CCM年均研发开支超过1170万美元,研究中心团队人员超过150人,包括52名附属机构教师、30名研究专家、20名研究生、14名访问学者、25名本科生研究助理、9名实验技术人员、6名管理人员。拥有超过2000名世界各地优秀校友。

       合作伙伴


 
       实验设备

       CCM的仪器设备与时俱进,不断更新换代,使得研究中心能完成与企业和政府赞助者的合作项目。2017年,研究中心的设备在三个领域进行了重大的扩展和升级:高性能计算、材料加工和材料表征。

SGI共享内存超级计算机(Veyron)

       据其制造商Silicon Graphics International(SGI)称,Altix UV1000是世界上最快的共享内存超级计算机,CCM的研究人员利用Veyron模拟织物冲击,在多个长度尺度下,对聚合物复合材料的渗透率、固结性和浸润性条件下进行建模、模拟;并且通过非均匀材料和流体结构相互作用来模拟电磁和热效应、冲击和波传播。

织物原型设计和丝束定型装置
纤维铺放机器人

SC6100和A615红外摄像机

SkyScan 1172微CT扫描仪

高负载冲击塔

TA混合流变仪

Instron 5985力学试验机

VK-X200 3D彩色激光扫描显微镜

Bruker D8二维广角X射线衍射仪

微尺度挤压注塑机

水浴热塑性预浸料生产线

原子力显微镜(AFM)

       最新研究项目DARPA

       TuFF: Tailored Universal Feedstock for Forming


       美国国防部高级研究计划局(DARPA)与UD-CCM开展了一项价值高达1490万美元的为期三年的合作项目,目标是开发一种新型的低成本碳纤维复合材料原料和制造工艺。这种被称为凝灰岩(TuFF)的新材料可能会彻底改变全球复合材料格局,其可作为航天性能要求的小型金属部件的低成本替代品。该原料添加入在可改进的微观结构设计性碳纤维热塑性基体复合材料中,成型薄板,已优化航空航天级别的单、双弯曲部件的机械性能、损伤耐受性,且更易于成型。

       Materials in Extreme Dynamic Environments(MEDE)极端动态环境下的材料


       特拉华大学复合材料中心(CCM)和约翰霍普金斯大学(JHU)、加州理工学院(Caltech)、罗格斯大学和陆军研究实验室(ARL)组成了联盟管理委员会(CMC),该委员会拥有MEDE合作研究联盟(CRA)的最终决策权。来自全国各地的CCM专家与来自国家实验室、私营企业和大学的工程师合作,帮助美国陆军开发新的轻质材料,以更好地保护士兵和车辆。这项工作正在通过霍普金斯极端材料研究所(HEMI)开展,该研究所为此获得了高达9000万美元的奖励。该项目刚刚完成了一项为期五年的初步研究,并被延长了五年。MEDE项目的重点是加深对高应力应变条件下材料特性的基础理解,以发展这种极端环境下材料的可设计性为目标。


 
       DOE Vehicle Technologies Programs 美国能源部车辆技术项目

       UD-CCM的研究人员与工业企业和其他高校密切合作,共同参与了美国能源部的一个项目,旨在设计、制造和展示一种碳纤维增强的热塑性复合材料超轻车门,使得汽车制造商在达到美国企业平均燃油经济性标准的情况下,将汽车门的重量减少42.5%,力图推进汽车节能技术。投资先进的汽车技术能提高汽车的效率,同时支持下一代混合动力汽车和电动汽车。

       U.S. Department of Transportation National Highway Traffic Safety Administration NHTSA Releases High Performance Computing Studies Report 美国交通部国家公路交通安全管理局发布了高性能计算研究报告

       UD-CCM与NCMS、NHTSA和BMW共同研究了汽车侧框架结构的热塑性碳纤维增强材料。所提出的的B-柱设计能够满足结构和碰撞安全要求(例如,FMVSS 214冲击壁障),与热固性复合材料相比,热塑性复合材料具有显著的优势(例如,回收、连接、>60%延伸率,提高延展性和能量吸收率),具有提高碰撞性能的潜力。 文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6670.html