复合材料科学与工程

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1. 连续纤维增强热塑性复合材料成型工艺研究进展

王子健, 周晓东

复合材料科学与工程 2021, 0 (10): 120-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210828.031

摘要（192）

PDF （6013KB）（390）

连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有高抗冲击性、高韧性、良好的耐热性能和电性能,无须低温贮存且无贮存期,损伤容限较高,废料可回收再利用等独特优点,在市场上所占比例日益增长,成为应用最广的复合材料之一。本文针对CFRTP成型工艺的不同种类,分别就模压成型、缠绕成型、铺放成型、拉挤成型以及3D打印成型工艺进行了介绍,阐述了各种成型工艺的研究进展与应用现状,并对CFRTP成型工艺的未来发展方向进行了展望。

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2. 基于内聚力模型的复合材料裂纹扩展研究

何振鹏, 邓殿凯, 刘国峰, 孙爱俊, 钱俊泽, 黎柏春, 胡艺馨, 杨帆

复合材料科学与工程 2022, 0 (1): 5-12. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220128.001

摘要（201）

PDF （5239KB）（333）

在内聚力本构模型的基础上发展了三维零厚度内聚力单元的数值计算方法,结合有限单元理论推导双线性内聚力模型和基于势能的内聚力模型的有限元格式,通过运用ABAQUS-UEL用户单元子程序模块开发了一种三维八节点的内聚力单元,与实际的复合材料分层试验结果和有限元软件中的模拟结果进行比较,证明其能较准确地模拟含裂纹的复合材料分层损伤问题。并将数值程序应用在复合材料分层损伤机理的研究中,对比双线性内聚力模型和基于势能的PPR内聚力模型,结果表明基于势能的PPR损伤准则用于计算分层损伤具有计算成本低、收敛性高、准确度高的优点,进一步阐明了峰值强度、内聚区长度、复合材料的铺层角度对内聚力模型数值收敛性和计算精确度的影响规律。

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3. 纤维增强复合材料层间增韧技术研究进展

刘晓军, 战丽, 邹爱玲, 李志坤, 赵俨梅, 王绍宗

复合材料科学与工程 2022, 0 (1): 117-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220128.018

摘要（196）

PDF （15432KB）（333）

连续纤维增强复合材料因轻质、高强等优点被广泛应用于航空航天等领域,提高复合材料层间强度的方式主要有改善树脂基体性能、增加法向材料和层间增韧等。层间增韧方法是一种将纤维、颗粒及薄膜等作为增强相嵌入连续纤维复合材料层间,以达到层间增强效果的方法。采用层间增韧方法无须改变现有的工艺方法,实现过程容易,并且增强效果明显。综合成本、技术难度等方面因素,层间增韧方法为一种切实可行、效果明显的层间增强方法。本文综述了纤维增强复合材料层间增韧技术的最新研究进展,将复合材料层间增韧技术的研究分为纤维层间增韧、纳米材料层间增韧、颗粒层间增韧、薄膜层间增韧等,可为提升纤维复合材料层间性能及纤维复合材料得到更广泛的应用提供支撑。

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4. 蜂窝夹层结构冲击试验与仿真研究综述

李宗权, 张胜兰, 杨稳

复合材料科学与工程 2022, 0 (3): 121-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220328.018

摘要（103）

PDF （2428KB）（329）

蜂窝夹层结构因优异的耐撞性能和吸能能力,被广泛用于航空航天、汽车工业和船舶等领域。然而,蜂窝夹层结构在服役过程中很容易遭受到各种速度的冲击,这些冲击可能会导致蜂窝夹层结构性能的下降甚至损坏。因此对蜂窝夹层结构进行试验以及仿真分析,研究蜂窝夹层结构的抗冲击性能以及冲击过程十分重要。本文从蜂窝夹层结构冲击试验及仿真方面对国内外的研究成果进行了归纳和总结,在试验研究中总结了低速冲击和高速冲击的试验方案,包括摆锤冲击试验、落锤冲击试验以及空气炮试验。在仿真方面,从蜂窝夹层结构的建模、材料的损伤失效、冲击过程以及结构参数对冲击性能的影响等方面进行了汇总分析。最后对蜂窝夹层结构的冲击试验及仿真的研究趋势进行了展望。

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5. 连续纤维增强复合材料增材制造张力双向调控方法研究

刘晓军, 单忠德, 王绍宗, 战丽, 邹爱玲, 刘晓行

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 5-10. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.001

摘要（188）

PDF （2583KB）（297）

针对连续纤维增强复合材料在增材制造过程中存在的无张紧力或张紧力只能单向调节的问题,提出连续纤维增材制造张紧力双向调控方法。搭建了以西门子1200-1217 PLC控制器为核心,以伺服电机为执行元件,以张力传感器为检测元件的连续纤维增材制造张力双向PID闭环调控试验平台。连续纤维增材制造打印喷头的无规则运动由步进电机带动纤维辊正反运动等效模拟。通过PID参数的自动调整及手动整定,得到可使张力稳定控制在一定范围内的PID参数。在无重力稳定模块情况下,研究了张力控制系统在不同收线速度、不同设置张力值下的控制精度,以及收线辊在正向加速、反向加速、正反向混合变速情况下系统的控制能力,增设重力稳定模块后,研究了其在收线速度发生正反向瞬间切换时对张力的稳定作用。研究结果表明系统的控制精度最高可达到±0.22 N,且在收线辊以一定速度正、反向瞬间切换时具有快速调节功能。增设重力稳定装置可减小因速度瞬时变化过大引起的张力突变,对张力控制系统具有稳定作用。

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6. 基于人工神经网络的热固性树脂基复合材料固化变形预测研究综述

罗玲, 田智立, 张涛, 刘雷波, 李卓达, 李丽英

复合材料科学与工程 2022, 0 (11): 120-127. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20221128.018

摘要（41）

PDF （3584KB）（239）

热固性树脂基复合材料相对于传统材料而言优点众多,如其出色的物理和力学性能,以及其前期设计和后期制造过程中的可设计性,在航空航天行业内极具吸引力。然而其工艺引起的变形缺陷仍是至关重要的问题,该缺陷会造成装配困难、残余应力等。本文报道了热固性树脂基复合材料热压成型工艺过程中产生的固化变形行为研究现状,主要介绍了固化变形机理、固化变形的数值模拟方法、人工神经网络方法及其在固化变形上的应用。重点放在人工神经网络方法在热固性树脂基复合材料固化变形研究的最新进展,为复合材料固化变形的高通量预测和逆向设计提供方向和参考,最后简要讨论其主要发展方向。

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7. 铺层和尺寸对含孔复材层板拉伸性能的影响

杨钧超, 邹鹏, 邓凡臣, 柴亚南, 熊美蓉

复合材料科学与工程 2021, 0 (11): 5-11. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20211128.001

摘要（152）

PDF （12005KB）（230）

基于断裂面失效理论,建立了含孔复材层板渐进损伤数值分析模型。纤维失效后将损伤区的刚度直接折减为原来的0.01%;纤维间失效后基于能量释放率对损伤区的材料性能进行线性软化;同时,模型还考虑了剪切非线性效应对失效分析的影响。随后,模拟了不同孔径、铺层的含孔复合材料层合板的拉伸失效过程,并通过物理试验进行了验证。验证结果显示计算误差小于10%,且预测的失效模式与试验结果一致。最后,讨论了铺层、结构尺寸对含孔层合板破坏模式和强度的影响。同一孔径下,不同铺层的层合板破坏模式相近;同一铺层下,孔径与宽度比一定时,拉伸强度随孔径的增大而迅速减小。

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8. 全复合材料太阳能无人机结构设计与分析

刘峰, 闫清云, 王卓煜

复合材料科学与工程 2022, 0 (4): 32-39. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220428.005

摘要（164）

PDF （24155KB）（212）

设计了一款常规气动布局三机身结构,最大起飞重量为40 kg的复合材料太阳能无人机。基于总体结构设计与气动性能分析,建立了整机有限元模型。基于结构有限元分析,对机翼、平尾、垂尾、太阳能电池组件进行了强度、刚度、稳定性校核。强度校核时采用了最大应力强度准则。计算表明:在设计过载系数为2.5、安全系数为2.0的条件下,无人机外侧翼段、内侧翼段、平尾、中部垂尾、外侧垂尾的强度裕度依次为2.4、0.48、2.13、1.84、1.94,满足强度要求。为提高机翼上蒙皮稳定性,优化后的机翼铺层方案比初始铺层方案增重约12.3%。太阳能电池板贴覆于机翼上翼面,强度校核满足设计要求。

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9. 高超声速飞行器热防护用超高温复合材料的研究进展

刘永胜, 曹立阳, 张运海, 曹晔洁, 王晶, 董宁

复合材料科学与工程 2022, 0 (10): 107-118. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20221028.016

摘要（186）

PDF （14321KB）（204）

热防护系统是高超声速飞行器的关键技术之一,决定了飞行器研制的成败,而高温热防护材料则直接决定了热防护系统的性能。本文综述了以C/C复合材料、C/SiC复合材料、C/UHTC复合材料等为代表的热防护用超高温复合材料的研究进展,并重点分析了近年来超高温复合材料导热和烧蚀性能相关的研究进展,进而提出了未来发展方向,为热防护用超高温复合材料的发展提供参考。

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10. 超薄碳纤维复合材料结构电池制备及其性能评价

杨向涛, 王朝阳, 张金纳, 朱世杰, 郭海伟, 吴海宏, 仝立勇

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 39-47. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.007

摘要（174）

PDF （3253KB）（202）

智能系统、无人驾驶等现代交通的不断发展,对传统电池的轻量化、安全性、有效负载和循环寿命都提出了新的挑战。本文利用活性炭、介孔碳以及将两者按50%比例混合制备了三种不同的碳材料电极片,对其进行了微观形貌和电化学性能对比分析。选取性能最优的电极片与超薄碳纤维预浸料集成制备了结构电池,并采用万能试验机对其进行了拉伸、压缩、弯曲测试。实验结果表明:活性炭和介孔碳混杂制成的电极片具有更有利于离子迁移的表面形貌,用其制成的结构电池具有良好的充放电特性。在受载条件下,拉伸测试单位质量载荷小于240 kN/kg时,比电容和能量密度数据波动在15%以下;压缩测试单位质量载荷达到58 kN/kg时,比电容和能量密度提高了39.5%;弯曲测试单位质量载荷为16 kN/kg时,比电容和能量密度提高了12%。超薄碳纤维复合材料结构电池作为一种储能复合材料,在提高结构电池性能和系统轻量化方面具有巨大潜力。

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11. 不同工艺参数和界面改性对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

常舰, 肖海刚, 谢钟清, 毕华阳, 郑金华, 朱姝, 侯进森

复合材料科学与工程 2022, 0 (1): 22-28. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220128.003

摘要（119）

PDF （8075KB）（199）

本文研究了不同工艺参数(温度、压力、降温速率)和界面改性对碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)航空热塑性复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响。试验发现较高成型温度(340 ℃)、较快降温速率(32 ℃/min)和经过界面改性的CF/PPS复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性( G _ⅠC)更高。这是因为较高的温度有利于聚苯硫醚(PPS)分子链发生缠结;较快的降温速率抑制了PPS结晶,使基体韧性更好。利用课题组自制的上浆剂对碳纤维(CF)进行改性,发现经过界面改性的CF/PPS复合材料界面相互作用加强,强界面性能有利于应力和能量传递,因此 G _ⅠC值较未改性的CF/PPS复合材料更高。成型压力对CF/PPS复合材料的 G _ⅠC影响不明显,较高的成型压力反而会导致树脂对纤维的浸渍减弱,大量树脂从模具边缘间隙溢出,不利于复合材料韧性的提高。

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12. 异质多层复合板层间剪切强度测量计算方法

周俊, 王阳, 黄明, 翟孟雷, 陈文广, 张娜, 刘春太

复合材料科学与工程 2023, 0 (11): 5-11. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.001

摘要（136）

PDF （8359KB）（196）

在现有的复合材料层间剪切强度测试方法中,用于计算强度的公式仅含有试样的几何参数而未考虑模量和中性面变化,所以仅适用于各向同性或横观各向同性复合板,对于不同材料非均匀铺设的异质多层复合板,使用该方法会得到不同严重程度的错误结果。鉴于此,本文首先构建了三层异质复合板中性面位置及层间切应力计算方法,进而推导出 n层复合板中性面及层间切应力计算通式,结合短梁剪切法,建立了异质多层复合板层间剪切强度测量计算方法。计算分析表明,对于异质复合板,其最大相对层间切应力会随各层模量的变化而改变,其中性面也不再位于试样几何中心。针对GFRPP/胶/GFRPP和GFRPP/胶/钢这两类三层异质复合板的试验结果表明,本文方法能较准确地测量计算出异质复合板层间剪切强度,而现有方法则会随复合板各向异性程度的增加而逐渐偏离真实值。

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13. 碳纤维平纹与斜纹编织复合材料低速冲击多尺度分析与对比

刘乐, 时建纬, 杨晶晶, 李成

复合材料科学与工程 2023, 0 (1): 16-25. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230128.002

摘要（259）

PDF （8372KB）（189）

为了探究平纹与斜纹编织复合材料的冲击响应,构建了多尺度框架来进行二者的分析与比较。首先构造出介观下的平纹与斜纹编织结构几何模型来探究二者的力学性能,然后将平纹与斜纹编织几何模型进行局部均匀化从而转化为等效交叉层合板模型,最后把二者的等效交叉模型拓展为宏观下的低速冲击仿真模型,在6 J能量下做了冲击仿真模拟并与实验结果做了对比。仿真和实验结果显示,二者仿真下的冲击力变化趋势与实验下的冲击力变化趋势相似,说明了该多尺度框架的可行性。斜纹编织复合材料的冲击力峰值、冲击力震荡时间以及吸收能量都要高于平纹编织复合材料。

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14. 基于各向异性超弹本构的轮胎侧偏分析

孙戬, 陈云辉, 张守京

复合材料科学与工程 2023, 0 (3): 5-10. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230328.001

摘要（133）

PDF （3831KB）（189）

为了准确描述帘线-橡胶轮胎侧偏的力学特性,基于单向纤维增强连续介质力学,给出了一种可用于仿真分析轮胎侧偏的帘线-橡胶复合材料各向异性超弹性本构模型。该模型中应变能被解耦为橡胶基体应变能、帘线拉伸应变能和橡胶与帘线之间的角剪切应变能;结合实验数据标定了模型参数,将标定后的各向异性超弹本构模型用于轮胎接地和侧偏分析;为各向异性超弹性复合材料本构模型的开发以及高精度帘线-橡胶轮胎模型研发提供了重要的研究基础。

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15. 高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析

肖剑雄, 周向, 申政

复合材料科学与工程 2022, 0 (1): 68-72. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220128.010

摘要（134）

PDF （3097KB）（186）

对于表贴式结构的高速永磁电机,其转子永磁体在高速旋转时产生的较大离心力作用下易于发生破坏。采用张力缠绕技术制备的碳纤维复合材料转子护套可以有效确保电机转子安全稳定运行。通过ANSYS Workbench对一台高速永磁电机表贴式转子碳纤维护套张力缠绕进行了有限元仿真分析。结果表明,通过等效温度场法与生死单元法建立的有限元模型较为准确地模拟出了缠绕过程中受应力松弛效应作用下的护套应力场,从而为后续转子运行工况仿真计算提供了输入条件。此外,在纤维缠绕预应力作用下,护套对转子产生的预紧压力可以确保在转子运行过程中永磁体与转轴始终处于压紧状态,并且护套与永磁体仍处于强度安全范围内,转子保持安全稳定运行。

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16. 碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数测量及理论计算方法

邱雪琼, 陈琳

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 28-32. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.005

摘要（192）

PDF （1398KB）（186）

随着复合材料在飞机结构中的应用增加,复合材料与金属混杂结构中复合材料与金属材料的热膨胀系数不匹配带来的热应力问题越来越不容忽视。为了分析结构中的热应力,材料的热膨胀系数必不可少,而复合材料热膨胀系数的各向异性、铺层依赖性以及纤维方向的低热膨胀率给其热膨胀系数的测量及层压板的热膨胀系数计算带来不便。依据ASTM E831标准和ASTM E289标准,分别采用热机械分析和剪切散斑干涉两种方法,测量了不同铺层T800级碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数。研究了各种铺层层压板的热膨胀系数规律,给出了复合材料层压板面内热膨胀系数的理论计算公式。此研究结果有利于飞机结构设计阶段有限元分析中复合材料层压板热膨胀系数的快速计算。

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17. 塑料内胆复合材料气瓶有限元分析与爆破试验

胡正云, 陈明和, 翁益明, 潘勃

复合材料科学与工程 2021, 0 (10): 89-95. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20211028.013

摘要（124）

PDF （2748KB）（184）

本文针对塑料内胆70 MPa碳纤维全缠绕气瓶进行铺层设计、模拟仿真分析与爆破试验研究。首先,基于网格理论对塑料内胆气瓶进行铺层设计;接着,采用ABAQUS建立气瓶的内胆模型与复合材料层模型;然后,通过UMAT子程序定义了气瓶筒身段与封头位置复合材料属性,基于Hashin损伤理论定义了渐进损伤模型,用于预测气瓶爆破压力;最后,对气瓶进行了爆破试验,并在试验过程中使用应变片采集了气瓶加载过程中的应变情况。结果表明,渐进损伤模型预测的爆破压力与试验结果的误差在10%之内,且预测的爆破位置与试验结果一致。

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18. 复合材料Ⅱ型分层ENF试验数据处理方法对比分析

王雅娜, 赵魏

复合材料科学与工程 2022, 0 (7): 81-92. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220728.013

摘要（149）

PDF （2284KB）（180）

Ⅱ型分层是复合材料层板结构中常见的一种层间裂纹扩展模式,因此Ⅱ型层间断裂韧性是评估材料层间性能以及复合材料结构设计、分析不可或缺的力学性能参数。复合材料Ⅱ型层间断裂韧性测试有多种试验方法,其中以基于端部缺口梁三点弯曲(ENF)的试验方法最广泛。鉴于ENF试验中Ⅱ型分层驱动机制的复杂性和众多的影响因素,国内外研究人员提出了许多Ⅱ型层间断裂韧性的数据处理方法,在同一个ENF试验中采用不同的数据处理方法可能得到不一致的Ⅱ型层间断裂韧性测试结果。为了便于工程人员深入理解不同Ⅱ型层间断裂韧性数据处理方法的差异,本文首次系统地梳理了现存的各种基于ENF试验的Ⅱ型层间断裂韧性数据处理方法的力学原理、简化条件、推导过程,讨论了不同Ⅱ型层间断裂韧性数据处理方法的精度和适用范围,可为复合材料研制、测试、设计人员提供有用的指导。

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19. 大型双曲蜂窝夹层结构短舱成型工艺研究

王莹, 肖光明, 贺韡

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 99-104. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.015

摘要（109）

PDF （3140KB）（178）

大型双曲蜂窝夹层结构是复合材料制件中一种较复杂的结构形式,它具有尺寸大、型面复杂等特点,但是其力学承载特性好、整体重量轻、抗变形能力强,应用较广。本文以大型双曲蜂窝夹层结构短舱制件为研究对象,详细论述了其结构特点以及加工工艺方法,重点解决了蜂窝芯易收缩、难固定,装配区要求高等技术难点,通过实验方案验证及实验数据分析,综合比对实验结论以及工程差异性,最终得到了一套行之有效的成型方法。

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20. 中国工业复合材料发展回顾与展望

薛忠民, 王占东, 尹证

复合材料科学与工程 2021, 0 (6): 119-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210628.019

摘要（143）

PDF （2191KB）（170）

本文系统回顾了我国工业复合材料的发展历程以及原材料和行业组织的发展情况,详细介绍了我国复合材料在典型工业领域上的应用,并对未来国内工业复合材料的发展方向进行了展望。

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21. 基于蚁群算法的变刚度层合板角度优化分析

张桂明, 沈志强, 祖磊, 王华毕, 张骞, 夏献钊, 耿洪波, 潘杰, 邹李清

复合材料科学与工程 2023, 0 (1): 5-15. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230128.001

摘要（145）

PDF （8327KB）（165）

为了对变刚度复合材料层合板进行刚度分析,基于微分求积法(DQM)对层合板振动方程进行离散单元化处理,从而便于进行频率分析。同时,将基频作为振动的重要研究参数,将蚁群算法(ACA)与DQM联合使用,通过蚁群算法随机生成初始角度,从而实现在进化迭代过程中对DQM计算所得的频率值进行改进。分析结果表明:通过ACA的进化迭代过程,可以很好地对铺层始末角进行选择优化。通过信息素的逐代更新,并对ACA进行适当改进,实现最终角度收敛,寻找到最优铺层始末角为[<38°|62.75°>,<90°|72°>,<0°|5°>,<0°|5°>] _S,对应频率值为11.712 57 Hz。同时对数据进行统计,表明初始角主要集中在0°、38°和90°附近;终止角分布较为松散,但主要集中在10°~90°附近。

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22. 不等极孔纤维缠绕线型轨迹及工艺研究

祖磊, 肖康, 张骞, 张桂明, 吴乔国, 李德宝

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 48-54. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.008

摘要（130）

PDF （5757KB）（153）

本文针对不等极孔纤维缠绕容器进行均匀布满线型轨迹设计及工艺研究,首先通过优化滑移系数使其左右封头的缠绕角在筒身处平滑连续过渡,研究了为实现均匀布满时中心转角所满足的必要条件,运用连分数原理实现了线型切点数的计算,利用优化算法求解了同时满足稳定缠绕和均匀布满的左右两端的滑移系数,基于等轮廓约束条件分析了四轴缠绕机的运动轨迹方程并转换成相应格式的机器代码用于实际缠绕,实验结果表明:纤维在不等极孔芯模表面实现了稳定缠绕,缠绕一定的循环圈数后实现了均匀布满,缠绕效果与仿真一致,从而验证了设计参数和优化算法的可行性。

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23. 酚醛树脂的耐冲击增韧改性及其固化动力学研究

许国娟, 贾晨辉, 陈敬菊, 田谋锋

复合材料科学与工程 2022, 0 (4): 104-110. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220428.017

摘要（105）

PDF （4274KB）（153）

选用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、核壳橡胶、丁腈橡胶及环氧树脂作为增韧剂,对酚醛树脂进行增韧改性;通过制备复合材料试板进行耐冲击性能评价,研究了不同增韧剂体系及增韧剂添加量对酚醛树脂增韧效果的影响;通过流变、DSC测试结合非等温动力学方法研究了增韧改性酚醛树脂的固化动力学;并通过SEM观察试板冲击后的断面形貌,对增韧机理进行了解释。结果表明:以PVB为增韧剂改性酚醛树脂的韧性效果提升最为显著,且PVB的加入不会对该酚醛树脂体系的固化动力学造成影响;PVB添加量为15%时,改性酚醛树脂复材试板的耐冲击性能达到最大值23.72 J,且通过SEM分析,增韧改性酚醛树脂中加入的PVB使树脂基体在受到外力冲击时呈现出较好的韧性断裂。

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24. 面芯增强泡沫夹芯结构复合材料工艺技术及力学性能

杜昀桐, 熊健, 张睿, 刘惠彬, 张超, 朱烨, 钟海罡, 王继辉, 李旭

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 111-120. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.017

摘要（156）

PDF （9742KB）（151）

结构轻量化是航空航天、车辆、船舶等领域发展的永恒主题,复合材料泡沫夹芯板是轻量化结构中的重要组成部分,一般由强度高、模量大的复合材料作为上下面板,由轻质多孔泡沫作为中间芯材。但是泡沫夹芯结构面芯脱胶失效成为制约其工程应用的主要原因。本文将对面芯增强泡沫夹芯结构复合材料的设计、制备和力学性能表征方面的最新研究成果进行总结,重点介绍缝合、簇绒和Z-pin等泡沫夹芯结构面芯增强手段以及对应的设计和制备工艺,重点从力学性能试验表征和面芯增强前后的性能对比等角度评述了面芯增强后的性能改进效果。

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25. 碳/玻混杂复合材料层合板单钉螺栓连接孔边应力分析

仇刚, 朱福先, 朱兴民, 徐先宜

复合材料科学与工程 2023, 0 (3): 18-26. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220628.032

摘要（112）

PDF （20769KB）（148）

基于经典层合板理论和复合材料机械连接结构螺栓孔边应力计算公式,推导了碳/玻混杂复合材料单钉螺栓连接结构孔边应力的计算方法。以碳/玻混杂复合材料层合板单钉螺栓连接结构为例,计算了各纤维铺层孔边径向应力、环向应力和剪切应力的分布规律。同时,采用ABAQUS有限元软件建立了碳/玻混杂复合材料层合板单钉螺栓连接结构的有限元模型,分析了层合板孔边的应力。结果表明,理论计算结果与有限元结果吻合较好,验证了解析方法的有效性。

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26. 基于非线性有限元理论的复合材料壳体缠绕参数优化设计

祖磊, 范文俊, 张骞, 牟星, 吴世俊, 张桂明, 吴乔国, 耿洪波

复合材料科学与工程 2022, 0 (10): 5-12. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20221028.001

摘要（168）

PDF （4991KB）（144）

本文基于非线性有限元理论,对承受内压载荷的复合材料壳体进行缠绕参数优化设计。采用截锥壳单元和薄壳理论建立了复合材料壳体强度分析模型,取得了与固体火箭发动机壳体水压试验吻合的结果,与商业有限元软件ABAQUS的对比结果表明该模型具有较高的计算效率,可以用于复合材料壳体的应力分析及爆破压力预测;采用该强度分析模型与遗传算法相结合对复合材料壳体螺旋层的非测地线缠绕滑移系数进行优化设计,得到在滑移系数为0.19时壳体的爆破压力最高,与测地线缠绕相比提高了10.7%。结果表明在设计复合材料壳体时,借助该平台可以针对螺旋层的滑移系数进行优化设计,使产品达到最佳的力学性能。

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27. PMI泡沫在微带天线阵面上的应用研究

刘秀利

复合材料科学与工程 2022, 0 (4): 87-91. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220428.014

摘要（77）

PDF （4851KB）（144）

为了实现某毫米波微带天线的低损耗透波这一设计需求,开展PMI泡沫夹层结构的微带天线阵面制造研究。选用硬性封孔结构PMI泡沫作为天线阵面上下两层微带之间的介质夹层材料,采用热固性导电半固化片作为胶接材料,并通过PCB真空热压工艺实现上述PMI泡沫夹层结构的胶接成型。详细论述了PMI泡沫夹层微带天线阵面的工艺流程、PMI泡沫选材方案、PMI泡沫加工注意事项及夹层结构胶接等工艺技术。根据提出的工艺方案试制了样件,并对样件进行电性能指标测试和拉力试验,试验结果表明:PMI夹层结构指标性能优异、胶接强度良好,满足微带天线阵面设计要求。

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28. 复合材料残余应力与固化变形机理及控制研究进展

何靓, 朱攀星, 俆小伟, 王金云

复合材料科学与工程 2022, 0 (7): 121-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220728.020

摘要（152）

PDF （2027KB）（143）

复合材料因其高强轻质等特点被越来越广泛地应用于航空航天、船舶、车辆等领域,但复合材料的固化变形是阻碍其快速发展和应用的主要障碍之一。本文针对复合材料残余应力及固化变形的问题,阐述了引起残余应力和变形的机理,包括热膨胀属性的不匹配、聚合反应/结晶收缩、模具-零件的相互作用、树脂的流动压实、纤维褶皱或屈曲、温度和固化度的梯度分布,提出了包括固化参数的优化、模具补偿、零件-模具的相互作用优化、新型树脂的开发、新的固化工艺五种控制残余应力产生和固化变形方法,总结了控制固化变形方法中存在的问题,并展望了未来的研究方向。

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29. 大长径比固体火箭发动机壳体轻量化设计

冯彬彬, 袁金, 胡旭辉, 张雄军, 陆金虎

复合材料科学与工程 2021, 0 (5): 43-48. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210528.006

摘要（161）

PDF （2356KB）（139）

针对目前对大长径比碳纤维复合材料壳体封头部位补强及壳体轻量化减重问题,基于网格理论,完成 ϕ180 mm固体发动机燃烧室壳体的铺层设计,然后设计壳体螺旋缠绕层厚度减薄,采用碳布、碳纤维编织预浸封头帽两种方式对封头补强;根据三次样条公式,计算出封头位置厚度曲线;通过有限元ABAQUS仿真软件对三种结构形式进行模型分析计算,研究壳体应力状态及爆破压强;进行壳体试制及水压爆破试验,研究分析碳布补强和碳纤维编织预浸封头帽对封头补强的影响。结果表明:碳布补强效果不明显,而按照一定纵环比编织的碳纤维预浸封头帽强度远大于碳布增强,其补强强度与螺旋缠绕强度基本一致;采用碳纤维编织预浸料封头帽补强较基础样本成型方式重量降低14.1%。

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30. 国产CCF800H碳纤维增强耐高温双马树脂基复合材料的力学性能

王迎芬, 潘翠红, 周洪飞, 孙占红

复合材料科学与工程 2022, 0 (11): 114-119. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20221128.017

摘要（123）

PDF （3145KB）（133）

采用热熔法制备预浸料,采用热压罐固化工艺制备了CCF800H/QY260E耐高温双马树脂基复合材料。首先测试了QY260E双马树脂的黏温特性,然后通过纤维表面扫描电镜测试、吸湿前后玻璃化转变温度测定、复合材料基本力学性能测试及断口形貌分析等方法,综合考察了国产CCF800H碳纤维复合材料的界面粘接性能、韧性和湿热性能。结果表明:QY260E树脂在较长的温度和时间范围内具有较低黏度。CCF800H/QY260E复合材料在71 ℃水浸14 d后的饱和吸水率仅为0.66%,其 T _g仅比干态(286 ℃)下降了21 ℃,230 ℃湿态时0°拉伸强度较室温干态保持率大于80%,开孔拉伸强度较室温干态保持率大于90%,260 ℃湿态时0°拉伸强度较室温干态保持率大于70%,开孔拉伸强度大于90%,230 ℃及260 ℃湿态下,层间剪切强度、开孔压缩强度较干态下保持率均大于40%,冲击后压缩强度接近国外先进复合材料IM7-5250-4的水平,且90°拉伸试样和层间剪切试样纤维与树脂结合紧密。实验结果表明CCF800H/QY260E复合材料具有良好的力学性能和湿热性能。

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31. 酚醛树脂增韧改性研究进展及应用现状概述

许国娟, 贾晨辉, 刘晶, 田谋锋

复合材料科学与工程 2021, 0 (9): 118-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210928.018

摘要（144）

PDF （1298KB）（132）

综述了近年来国内酚醛树脂增韧改性工作的研究进展,简要介绍了化学反应型增韧和物理共混型增韧两种不同增韧方式及各类常用增韧剂改性酚醛树脂的作用机理和研究现状,概述了国内酚醛树脂工业应用领域的现状。

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32. 酚醛树脂耐热改性的研究进展

许国娟, 陈敬菊, 潘天池, 张力

复合材料科学与工程 2021, 0 (8): 120-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210828.019

摘要（123）

PDF （2421KB）（132）

酚醛树脂具有优异的耐热抗烧蚀性能、良好的力学性能、突出的阻燃性能,在航空航天、摩擦材料、防火阻燃等领域得到了广泛地应用。提高酚醛树脂的耐热性一直是业内研究的热点,本文对近年来酚醛树脂的耐热改性方法进行了综述,包括结构改性、纳米掺杂、捕捉挥发分、可陶瓷化,其中,重点总结了结构改性方法。最后,对该领域所存在的问题进行了概述,并展望了其发展前景。

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33. 碳纤维复合材料低温下螺栓连接疲劳研究

李桦, 郑晖, 王共冬, 刘月, 要淞洋

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 17-21. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.003

摘要（148）

PDF （5289KB）（129）

本文主要围绕碳纤维复合材料(CFRP)与2024Al的连接件,研究低温环境下螺栓连接的拉-拉疲劳问题。首先进行不同环境下的拉伸实验,从中获得最大静力载荷,并通过静载破坏曲线探究不同温度下异质材料连接层合板接头的损伤过程,通过观察不同温度下的拉伸破坏现象,对比复合材料层合板纤维分层与撕裂程度,以此为依据研究低温环境对异质材料螺栓连接疲劳的影响,选用不同温度分组的层合板接头分别在各自85%、80%、75%的最大静载条件下进行常温与低温疲劳实验,实验结果拟合常温与低温下的 S-N曲线。结果表明,在其他实验条件相同时,低温环境下层合板接头拉伸破坏强度相比于常温环境增强。分析疲劳曲线得出低温环境下层合板接头受疲劳载荷能力更强。

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34. 复合材料滑橇式起落架落震性能分析

吴玉根, 毛春见, 周忠斌, 钟茂平

复合材料科学与工程 2021, 0 (7): 68-75. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.011

摘要（125）

PDF （3750KB）（127）

针对复合材料滑橇式起落架,设计落震平台试验系统,并进行落震试验。基于ABAQUS/Explict分析模块,二次开发定义材料用户子程序VUMAT,引入损伤判据以及材料刚度折减方案,建立复合材料滑橇式起落架的渐进损伤分析方法,数值结果与试验结果吻合较好,验证了模型的有效性。结果表明:复合材料滑橇式起落架在落震过程中,机身与滑橇连接处和复合材料铺层变厚度区域应力应变偏高。在工况二下,复合材料滑橇式起落架在着陆之后,抱箍连接处会产生一定的基体损伤。

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35. 基于改进SSD的风机叶片缺陷检测

朱佳伟, 文传博

复合材料科学与工程 2022, 0 (3): 38-44. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220328.005

摘要（213）

PDF （6796KB）（126）

针对传统算法检测精度低、耗时长的问题,本文提出一种基于改进SSD的风机叶片缺陷检测方法。首先,采用霍夫变换对处于倾斜状态的风机叶片进行校正,并裁剪为统一的大小形成完整的数据集。接着,通过两种残差网络(ResNet,ResNext)替代传统VGG作为SSD算法的Backbone进行特征提取。最后,通过预测网络实现缺陷类别和边界框定位的预测。实验结果显示,改进SSD算法较传统SSD算法在mAP值上提升了7%,同时,检测效率也大幅提升。

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36. 民用客机短舱进气道唇口抗鸟撞试验研究与仿真分析

冯荣欣, 邢运, 倪阳, 杨先锋, 汲生成, 邓志

复合材料科学与工程 2022, 0 (9): 102-108. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220928.015

摘要（184）

PDF （4462KB）（124）

为了研究民用客机短舱进气道结构的抗鸟撞性能,本文针对复合材料层合板结构的短舱进气道开展了鸟撞试验研究,试验研究结果表明:短舱进气道结构出现了唇口与搭接带板铆接处发生撕裂、唇口与前墙连接处紧固件发生拉脱、前墙与内外壁板连接处发生凹陷变形、进气道外壁板出现裂纹等损伤。此外,采用PAM-CRASH软件对短舱进气道结构进行鸟撞试验的有限元仿真验证,数值仿真结果表明:鸟体撞击模式、撞击过程、唇口结构损伤形貌、进气道前墙以及内外壁板上的应变与试验结果基本一致,表明建立的鸟撞数值仿真模型能够较好地模拟短舱进气道唇口的变形和失效行为。鸟撞试验及数值仿真分析研究结果表明短舱进气道唇口尽管损伤严重但前墙未被击穿,验证了结构的抗鸟撞性能。该研究所得结果可为短舱进气道的结构设计提供参考。

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37. 高效弹性波波型转换复合材料设计研究

王恬, 杨雄伟, 柴怡君, 耿谦, 李跃明

复合材料科学与工程 2021, 0 (12): 5-11. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210727.031

摘要（125）

PDF （2807KB）（123）

复合材料具有优异的力学性能和丰富的可设计性,在各领域得到了广泛的应用。各向异性超材料由于其独特的各向异性,可实现弹性波传播的超常操控,具有重要的工程应用和科学研究价值。为将二者相结合,以复合材料自身的各向异性为出发点,探索具有弹性波超常操控功能的复合材料设计新思路,针对高效波型转换这一超常现象,基于法布里珀罗干涉理论及复合材料经典层合板理论研究了其效率与单层板纤维铺设角度之间的关系,建立了波型转换复合材料超结构的设计方法,最终实现了可达89%的高效波型转换效率。

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38. 配合间隙对蜂窝夹层结构板芯胶接质量的影响与研究

刘志杰, 张艳芳, 刘安黎, 冷卫红, 何凯

复合材料科学与工程 2021, 0 (5): 104-109. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210528.016

摘要（96）

PDF （4470KB）（119）

设计制作了一系列带有不同配合间隙的蜂窝夹芯结构试验件,并对试验件的内部性能和机械性能进行了测试,分析了配合间隙对蜂窝夹层结构胶接性能的影响。研究发现当蜂窝芯与面板的配合间隙大于胶膜的厚度时就会发生板芯脱粘;当使用发泡胶对配合间隙部位进行局部补偿时,可以获得合格的板芯胶接质量,且不降低结构的机械性能;对配合间隙使用胶膜校验检测时,低真空度有利于校验结果的可靠性,从而确保板芯的胶接质量;且蜂窝芯型面加工成阶梯状相比斜平面更有利于板芯胶接的质量。

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39. 石墨烯及其衍生物在碳纤维增强复合材料中的处理技术及应用

王淑霞, 于航, 商云龙, 郭建军

复合材料科学与工程 2021, 0 (5): 120-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210528.018

摘要（135）

PDF （4410KB）（118）

石墨烯及其衍生物(GRM)因其独特的二维片层全碳芳族结构,高纵横比、柔韧性好、机械强度优异等特性,可显著提高碳纤维增强复合材料(CFRP)的界面浸润性和界面粘接力,并赋予复合材料多种功能性,近年来受到人们的广泛关注并对其开展了相关研究。本文从GRM和碳纤维起源入手,聚焦GRM在CFRP中的处理技术,分别对GRM添加到聚合物基体中和GRM在碳纤维表面改性中处理技术的国内外研究现状进行了文献综述,并对CFRP-GRM在不同领域中的应用前景和难点进行了探讨,最后展望了CFRP-GRM的应用潜力和研究趋势。

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40. Abaqus二次开发在变刚度层合板屈曲分析中的应用

董明军, 曹忠亮, 韩振华, 范广宏

复合材料科学与工程 2022, 0 (3): 24-28. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220328.003

摘要（170）

PDF （9097KB）（118）

变刚度层合板的屈曲性能是分析其力学性能的主要评判标准之一。本文基于Python语言对Abaqus进行二次开发,建立Python交互式界面,构建变刚度开孔/不开孔层合板的有限元模型,达到快速建模、自动提交分析和采集目标数据的目的。最后,通过算例讨论了二次开发模型的调用、数据的读取以及结果的输出,验证了二次开发的可行性。本研究为后续Python的变刚度层合板屈曲仿真二次开发应用提供了借鉴思路,具有一定的指导意义。

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