中国国际复合材料工业技术展览会 China Composites Expo
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专栏|国际知名复合材料研究中心和大学介绍(八):诺丁汉大学复合材料研究团队
来源:武汉理工大学王继辉教授课题组  2018-09-30 09:57:18
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文章关键词: 诺丁汉大学 科研

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-7170.html       1.诺丁汉大学复合材料研究团队简介

       诺丁汉复合材料课题组是世界一流的复合材料研究团队之一(官网:https://www.nottingham.ac.uk/research/groups/composites-research-group/index.aspx),在复合材料科学与制造领域具有超过25年的研究历史。主要致力于先进纤维复合材料的成型工艺和性能研究。该团队研究工作主要服务于汽车、航空航天、风能、发电和医药等工业领域。

       在EPSRC资助下,诺丁汉复合材料研究团队牵头成立了未来复合材料制造研究中心,为英国复合材料制造科学与技术领域的基础研究和应用技术开发提供支持。

       团队主要研究方向如下:
       • 热固性聚合物基体的低成本快速制造工艺
       • 纺织复合材料
       • 复合材料成型过程仿真
       • 生物复合材料、包括再生植入物的研究
       • 复合材料的全生命周期/回收

       2.研究领域 

       诺丁汉复合材料研究团队工作主要聚焦于聚合物基复合材料的成型工艺与性能研究。研究对象涵盖热固性、热塑性复合材料以及新型金属材料。实验研究包括新工艺开发、材料表征、全寿命周期评估和回收利用。数值分析包括结构性能和成型过程模拟,如借助FEA和CFD软件开展数值分析。

       2.1生物复合材料

       生物复合材料课题组主要从事生物可吸收性玻璃和树脂体系在医疗领域的应用研究。此类材料有望作为生物硬组织修复过程的骨骼支架,并伴随骨细胞的再生过程而人体吸收。目前采用的金属植入物方案会引起应力屏蔽效应,进而导致骨密度下降。而采用聚合物基复合材料植入物可消除这一现象的产生,帮助患者早日康复并确保骨骼修复的长期疗效。

       该课题组拥有开展相关研究的专业设备,包括用于生产新型磷酸盐玻璃的玻璃拉丝设备。

       主要研究课题:
       • 医疗康复用生物可吸收性工程纳米复合材料(BENcH)
       • 生物可吸收性复合材料的原位合成
       • 复合材料成型用新型基体材料
       • 形状记忆功能复合材料的制造
       • 生物可吸收性纤维织物制造技术
       • 长丝束磷酸盐玻璃纤维的商业化制造技术

       2.2复合材料制备技术


       复合材料制备课题组的研究工作包括:
       • 用于非高压罐制备工艺的液体成型技术开发
       • 低劳动力成本的制造过程自动化技术研究
       • 适用于大批量生产的快速成型工艺研究
       • 通过提高复合材料构件制造质量的改善结构性能

       该课题组的研究工作主要服务于汽车、航空、风电和医疗等领域的合作伙伴。主要研究项目包括:
       • EPSRC资助的复合材料创新制造中心项目
       • 先进制造供应链整合计划项目
       • 复合材料创新集群(CIC)项目
       • 先进复合材料集成式结构开发项目
       • 轻量化车身结构的低成本制造技术项目
       • 用于HP-RTM的预成型体设计项目
       • 空客复合材料机翼成本评估项目
       • 可用于降低环境影响的公共交通用耐火生物复合材料项目
       • 基于预成型体自动铺放的低成本轻量化技术项目

       2.3 力学与失效
       力学和失效分析课题组旨在表征复合材料在弹性和非弹性区域的各向异性材料参数。包括复合材料性能测试及用于数值分析的本构关系开发,材料不同失效模式的测量和预测。李曙光教授团队是世界著名的失效模式研究团队之一。

       课题组拥有完善的力学性能测试实验室,包括以下设备:
       • 用于静态和疲劳性能表征的不同吨位万能试验机,最高测试载荷可达250kN
       • 高分辨率数字图像相关(DIC)测试系统和高速DIC系统
       • 高分辨率电子散斑干涉测量系统
       • 热弹性分析系统
       • 手持式和三脚架式红外线摄像机
       • 高速摄像机
       • 应变仪和引伸计测量设备
       • 数据采集设备

       力学和失效课题组的研究课题:
       • 中航诺丁汉大学创新中心
       • 材料性能表征技术研究
       • 复合材料构件抗冲击性能研究
       • 加筋壁板曲屈分析软件开发
       • 双轴加载测试技术研究

       2.4复合材料的回收与利用


       由Steve Pickering教授领导的复合材料回收课题组的研究工作始于20世纪90年代初,通过与福特公司开展合作研究验证了报废的玻璃/聚酯车身板可实现回收利用,并首次开发了流化床回收工艺。

       随着高价值碳纤维材料用量的增加,回收工作的经济性逐渐提高。如何利用回收的纤维制造出高价值的复合材料是研究项目的关键技术。

       从2012年开始,课题组与波音公司开展战略合作,为报废飞机部件和制造过程的废料开发回收解决方案。波音公司已投资300多万美元,在诺丁汉大学建造了一个拥有专业设备、商业化规模的流化床回收试验工厂。

       复合材料的回收与利用课题组的研究课题:
       • 波音-诺丁汉战略合作项目
       • EPSRC复合材料创新制造中心
       • 未来可实现闭环回收的低碳排放车身结构(TARF-LCV)
       • 流化床回收碳纤维复合材料工艺的市场化推广
       • 常压下碳纤维复合材料的溶剂法回收工艺

       2.5纺织复合材料

       纺织复合材料由聚合物基体(热固性塑料或热塑性塑料)与纺织增强材料结合组成。该课题组的主要研究工作包括:
       • 玻璃/聚丙烯纤维混杂织物
       • 干纤维(织物、经编或编织)与热固性树脂的液体成型技术
       • 碳/环氧热固性预浸料

       应用于高性能航空航天部件和大批量生产的车身结构件等多个领域。

       课题组当前研究工作专注于纺织复合材料加工过程、力学性能和功能特性的预测。基于织物建模软件TexGen开发预测模型, 并在宏观尺度上对后续制造过程和结构性能进行建模分析。

       课题组的研究项目:
       • 大厚度和变厚度复合材料构件中缺陷的产生机制、分析、预测和消除
       • 纺织复合材料的优化
       • 建议项目
       • 考虑随机性的复合材料损伤模拟
       • 成型过程摩擦行为研究

       3. 研究课题

       3.1 先进制造供应链计划
       项目:建议
       项目负责人:Peter Schubel
       共同主持人:Nick Warrior
       领域:航空航天

       3.2 平台资助项目:纺织复合材料的加工过程和性能研究
       资助机构:工程物理科学研究委员会
       项目拨款:44.5万磅
       项目参与者:C D Rudd, A C Long, R Brooks, I A Jones, S J Pickering, N A Warrior, M J Clifford, M S Johnson C A Scotchford, G A Walker

       3.3 紫外光固化纺织复合材料(CURE—TEX)
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划(TP / 2 / MS / 6 / I / 10062)
       合作伙伴:Pera,Uvasol,Composite Integration,VT Halmatic,Ciba,Formax,BI Composites,Litetec
       研究资金:15万英镑(总项目经费105万英镑)
       项目负责人:A C Long,M S Johnson

       3.4 再生碳纤维制备高价值复合材料(HIRECAR)
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划(TP / 2 / MS / 6 / I / 10062)
       合作伙伴:Pera,Uvasol,Composite Integration,VT Halmatic,Ciba,Formax,BI Composites,Litetec
       研究经费:15万英镑(总项目经费105万英镑)
       项目负责人:A C Long,M S Johnson

       3.5 再生碳纤维制备高价值复合材料(HIRECAR)
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划
       合作伙伴:Advanced Composites Group,Ford Motor Company, Technical Fibre Products, Toho Tenax
       研究经费:33.3万英镑(总项目经费92.2万英镑)
       项目负责人:N A Warrior,S J Pickering,E Lester

       3.6. 新型无斜纹纺织品技术开发
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划(TP / 3 / SMS / 6 / I / 16992)
       合作伙伴:Cunningham Covers,Monarch,JD Wilkie,Montgomery,William Clark&Sons,Soltex,Pera
       研究经费:22万英镑(项目总经费141.2万英镑)
       项目负责人: A C Long

       3.7 纺织复合材料的疲劳、阻尼和抗冲击性能
       资助机构:EPSRC(EP / C538137 / 1)
       合作伙伴: Dowty Propellers, Rolls Royce, J R Technology Ltd, Cambridge University, Cranfield University, Auburn University, University of Alabama at Birmingham
       研究经费:16.8万英镑
       项目负责人:I A Jones, A C Long,N A Warrior

       3.8 结构复合材料用3D织物的模拟和建模(3DSimComs)
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划(TP / 3 / DSM / 6 / I / 16666)
       合作伙伴:Rolls Royce,Advanced Composites Group,BAE Systems,Deepsea Engineering,Dowty Propellers,Sigmatex,Bristol University,Ulster University
       研究经费:18.9万英镑(项目总经费185万英镑)
       项目负责人:N A Warrior,A C Long,I A Jone

       3.9 纤维增强医疗制品
       资助机构:通过NIMRC的EPSRC(EP / E001904 / 1)
       合作伙伴:University of Leeds, EPFL, Smith and Nephew1, UCL
       研究经费:47.7万英镑
       项目负责人:C D Rudd,I A Jones,G S Walker,C A Scotchford

       3.10 高性能柔性材料的多尺度集成建模技术
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划(TP / 5 / MAT / 6 / I / H0558C)
       合作伙伴:Unilever, OCF, Croda, Scotweave, Remploy, Carrington Career & Workwear, Hield Brothers, Airbag International, Technitex Faraday, University of Manchester, Heriot-Watt University
       研究经费:31.8万英镑(项目总经费170.3万英镑)
       项目负责人:M J Clifford,A C Long,H Lin

       3.11 先进预成形体成型过程(AMAPP)分析与建模
       资助机构:通过NIMRC的EPSRC(EP / E001904 / 1)
       合作伙伴:Airbus UK,BAE Systems,Bentley Motors,Carr Reinforcements,Dowty Propellers,ESI Software,Rolls Royce
       研究经费:49.5万英镑
       项目负责人:A C Long

       3.12 复合材料层压板制造中的翘曲补偿(WILMA)
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划(TP / 5 / MAT / 6 / I / H0473F)
       合作伙伴:FEA Ltd,Advanced Composites Group,BAE Systems,Bombardier Aerospace UK
       研究经费:24.2万英镑(项目总经费225.6万英镑)
       项目负责人:I A Jones,A C Long
      
      
3.13 碳纤维回收-材料和产品开发
       资助机构:波音公司。
       研究经费:26万英镑
       项目负责人:S J Pickering, N A Warrior

       3.14开发包括纺织复合材料和减震层的新型混杂结构/材料的损伤模型
       资助机构:通过NIMRC的EPSRC(EP / E001904 / 1)
       合作伙伴:AIGIS Ltd,Carr Reinforcements,St-Gobain Vetrotex,Security Composites
       研究经费:37.8万英镑
       项目负责人:R Brooks

       3.15 低成本海上风电叶片创新快速生产工艺(AIRPOWER)
       资助机构:英国贸易工业部技术发展计划
       合作伙伴:Insensys Limited,Gamesa Innovation&Technology SLU,BAE Systems,GE Aviation,NaREC,Solent Composite Systems,Hexcel Composites,Magnum Venus,Plastech,Wind Force GmbH,      WindSupply
       研究经费: 30.2万英镑(项目总经费140.5万英镑)
       项目负责人:P J Schubel,N A Warrior

       4.研究团队具备的能力


       4.1复合材料成型
       • 成型技术(例如:高性价比复合材料的成型技术)
       • 复合材料制备
       • 液体成型技术
       • 回收(例如碳纤维复合材料)
       • 纤维增强复合材料成型工艺

       4.2设计和模拟
       • 预测模拟
       • 复合材料设计
       • 纺织复合材料的模拟
       • 多尺度模拟(例如先进纺织物的加工和性能预测)
       • 三维纺织结构

       4.3力学
       • 计算力学
       • 光弹性能分析
       • 生物复合材料与材料力学
       • 结构和热管理解决方案

       4.4分析
       • 有限元理论与计算
       • 边界元分析
       • 材料表征
       • 裂纹,损伤和失效分析
       • 微观力学分析(例如颗粒增强复合材料)
       • 热电分析
       • 聚合物和弹性体分析
       • 宏观和微观表征

       5.出版物(节选)

       [1] ENDRUWEIT, A., ZENG, X., MATVEEV, M. and LONG, A.C., 2018.Effect of yarn cross-sectional shape on resin flow through inter-yarn gaps in textile reinforcementsComposites Part A: Applied Science and Manufacturing. 104, 139-150
       [2] GOMMER, F., ENDRUWEIT, A. and LONG, A.C., 2018.Influence of the micro-structure on saturated transverse flow in fibre arraysJournal of Composite Materials. (In Press.)
       [3] P. KHALILI, K.Y. TSHAI and I. KONG, 2018.Comparative Thermal and Physical Investigation of Chemically Treated and Untreated Oil Palm EFB FiberMaterials Today: Proceedings. 5(1), 3185-3192
       [4] S.C. KOAY, M.Y. CHAN, M.M. PANG and K.Y. TSHAI, 2018.Influence of filler loading and palm oil based green coupling agent on torque rheological properties of polypropylene/cocoa pod husk compositesAdvances in Polymer Technology. (In Press.)
       [5] MING MENG PANG, SEONG CHUN KOAY, JIUN HOR LOW, KIM YEOW TSHAI and YOSE FACHMI BUYS, 2018. Study on the Plasticiser Type for Biobased Microcrystalline Cellulose Filled Polylactic Acid Composite In: 5th International Conference on Process Engineering and Advanced Materials (ICPEAM2018). (In Press.)
       [6] V. LIEW, K.Y. TSHAI, M.M. PANG, E.H. YAP, L.C. YONG and S.C. KOAY, 2018.Effects of Expandable Graphite on Flammability, Thermal and Mechanical Performance of Palm Empty Fruit Bunch Fibre Reinforced CompositeJournal of Engineering Science and Technology. 13(7), 2211-2223
       [7] M.C. LEE, S.C. KOAY, M.Y. CHAN, M.M. PANG, P.M. CHOU and K.Y. TSHAI, 2018.Preparation and Characterization of Durian Husk Fiber Filled Polylactic Acid BiocompositesIn: MATEC Web of Conferences. 152. 02007
       [8] S.C. KOAY, V. SUBRAMANIAN, M.Y. CHAN, M.M. PANG, K.Y. TSHAI and K.H. CHEAH, 2018.Preparation and Characterization of Wood Plastic Composite Made Up of Durian Husk Fiber and Recycled Polystyrene FoamIn: MATEC Web of Conferences. 152. 02019
       [9] A.H.P. TAN, K.Y. TSHAI, J-H. HO and E.H. YAP, 2018. A Conceptual Framework for Assessing Malaysia's Water, Energy and Food (WEF) Security Nexus Advanced Science Letters. (In Press.)
       [10] NAJIHAH MOHD NOOR, YUMI ZUHANIS HAS-YUN HASHIM, YUSILAWATI AHMAD NOR, KIM YEOW TSHAI, WAN WARDATUL AMANI WAN SALIM and IIS SOPYAN, 2018. Electrospun Poly(Vinyl Alcohol) (PVA) Fiber Mats as Carriers for Extract from Agarwood Branch In: International Conference on Halal Innovation in Products and Services.
       [11] MUHAMMAD NUR AMIR AZMAN, YUSILAWATI AHMAD NOR, MA'AN FAHMI RASHID ALKHATIB and KIM YEOW TSHAI, 2018. Improvement of mesoporous carbon nanoparticles physiochemical properties using UV-ozone system IIUM Engineering Journal. 19(1), 1-11
       [12] LIEW, V., TSHAI, K. Y., PANG, M. M., YAP, E. H., YONG, L. C. and KOAY, S. C., 2018.Effects of expandable graphite on flammability, thermal and mechanical performance of palm empty fruit bunch fibre reinforced composite: Journal of Engineering Science and TechnologyJournal of Engineering Science and Technology. 13(7), 2211-2223
       [13] AVGOULAS, E. I., MULVIHILL, D. M., ENDRUWEIT, A., SUTCLIFFE, M. P. F., WARRIOR, N. A., DE FOCATIIS, D. S. A. and LONG, A. C., 2018.Frictional behaviour of non-crimp fabrics (NCFs) in contact with a forming tool: Tribology InternationalTribology International. 121, 71-77
       [14] ZHAO, Q., QIAN, C. C., HARPER, L. T. and WARRIOR, N. A., 2018.Finite element study of the microdroplet test for interfacial shear strength: Effects of geometric parameters for a carbon fibre/epoxy system: Journal of Composite MaterialsJournal of Composite Materials. 52(16), 2163-2177
       [15] CHEN, S., MCGREGOR, O. P. L., HARPER, L. T., ENDRUWEIT, A. and WARRIOR, N. A., 2018.Optimisation of local in-plane constraining forces in double diaphragm forming: Composite StructuresComposite Structures. 201, 570-581

       6.实验设施



       复合材料研究团队拥有8个核心实验室,分别位于A03,A04,A05,A08,A08a,AM01,AM02,AM03,AM04和AM08a。

       其中包括以下设备:
       • Bridgeport Eztrak磨床
       • 新型Brookfield粘度计DV-11
       • Brookfield粘度计
       • 大型冰柜
       • 洁净室
       • 手动/数控金刚石切割机
       • 门联锁实验室双门宾利室
       • 门联锁聚碳酸酯门宾利室
       • 手动/数控钻削磨削机床
       • 混合室萃取台
       • Fanuc M16-1机器人
       • Fanuc M16-1机器人闭环控制L/H接口
       • Fanuc M16-1机器人闭环控制R/H接口
       • Fanuc M16-1机器人工具联动控制L/H接口
       • Fanuc M16-1机器人工具联动控制R/H接口
       • 通风橱
       • IFT纤维拉丝机
       • 加热真空台
       • 手动/数控琼斯和希普曼表面磨床
       • 库卡六轴机器人宾利房
       • 缝编机器(布鲁克斯博士)
       • Meddings柱式钻床
       • 托盘车
       • 手动/数控远程控制打磨机
       • 手动/数控Rondol双螺杆挤出机
       • 12吋SIP盘式砂光机
       • 手动/数控小型金刚石切割机
       • 352 Startrite带锯
       • 手动/数控Struver DAP-7抛光机
       • 真空烘箱
       • 蔡司显微镜

       7.复合材料研究团队负责人
       负责人:Nick Warrior
       工程学院机械工程系教授
       研究方向:
       结构复合材料,主要面向汽车和航天工程领域。采用有限元方法,从微观、界观和宏观尺度角度预测非连续和纺织复合材料的力学性能,以及采用隐式和显式算法分析静态、疲劳和冲击载荷工况下的结构响应。
实验研究课题关注于成型工艺的开发,通过直接采用纤维预成型体制造技术开发低成本碳纤维复合材料构件。包括采用新纤维和再生纤维制造部件和预成型体。
       以往的研究工作:
       用于工程结构的隐式和显式有限元分析。
       未来的研究方向:
       静态和动态条件下复合材料结构的性能计算与实验分析。

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-7170.html

文章关键词: 诺丁汉大学 科研

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