复合材料科学与工程

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1. 三维编织复合材料细观结构建模关键问题研究

刘帅, 王真, 卢国盛, 刘芳, 沈敏

复合材料科学与工程 2024, 0 (1): 13-21. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240128.002

摘要（60）

PDF （10364KB）（89）

基于细观力学的数值分析方法是研究三维编织复合材料力学性能的有效方法,其中细观模型的建立是力学分析的基础。纤维束的空间走向和细观结构几何参数表征是细观结构建模中的两个关键问题。围绕这两个关键问题,针对三维四向编织复合材料的三单胞模型开展研究,全面分析了单胞45°划分方式和水平划分方式中纤维束的各种空间走向,获得了详细的三单胞的纤维束方向余弦;针对三种形状的纤维束横截面,分析推导了编织工艺参数与单胞几何参数的复杂关系,利用编织工艺参数作为初始参数对单胞结构进行定量化表征,并获得了纤维束体积分数和纱线填充系数的计算方法。研究工作为三维多向编织复合材料的细观结构建模提供理论参考,具有一定的工程实用价值。

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2. 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）（237）

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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3. 偶联剂对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料界面性能影响研究

张振, 王万杰, 彭运松, 曹艳霞, 李想

复合材料科学与工程 2023, 0 (4): 34-40. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230428.005

摘要（33）

PDF （7719KB）（72）

本文采用偶联剂添加的方法,分别研究了偶联剂种类、偶联剂用量、添加工艺对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料性能的影响。分别使用硅烷偶联剂和大分子偶联剂对复合材料进行改性,结果显示大分子偶联剂对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料的性能提升更为显著。对于不同种类的碳纤维织物,大分子偶联剂的增强效果不同。对于某国产T700碳纤维织物,随着大分子偶联剂的加入,复合材料性能不断提升,当用量为1.5%时,其层间剪切强度提升了41.4%(由24.4 MPa升至34.5 MPa)。而将大分子偶联剂用于某东丽T700碳纤维织物的改性时,其性能呈现出下降的趋势。此外,对比采用不同添加工艺时复合材料的性能提升幅度和数据分散性发现,大分子偶联剂在树脂中添加使用的工艺优于对碳纤维织物表面喷涂使用的工艺。

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4. 挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度的可靠性及灵敏度分析

王轩, 王威, 余芬, 邹润文, 王魁奎

复合材料科学与工程 2024, 0 (1): 5-12. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240128.001

摘要（86）

PDF （3981KB）（98）

以挖补修理复合材料蜂窝夹芯结构为研究对象,考虑胶层性能的不确定性,通过ABAQUS-MATLAB-Python联合仿真,建立挖补修理蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进损伤分析模型,得到随机变量与其所对应的输出响应。基于蒙特卡罗法进行可靠性分析,采用基于方差和失效概率的全局灵敏度分析方法进行参数灵敏度分析。结果表明:外载荷在不同数值区间下结构失效概率具有较大差异,在接近极限破坏载荷时失效概率显著增加;胶层厚度方向的弹性模量和面内两个相互垂直方向上的剪切模量对挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度方差和失效概率的影响较大。

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5. 正交投影在自动铺丝轨迹规划中的应用

常亮, 王显峰, 刘永佼, 马成

玻璃钢/复合材料 2018, 0 (5): 69-74.

摘要（103）

PDF （1712KB）（277）

为满足铺放过程中纤维方向的要求,提出了一种基于网格化曲面正交投影的铺丝路径生成算法。首先利用点到自由曲面正交投影的性质,提出了点的正交投影算法;在此基础上对确定投影曲线过程中出现无效投影的问题提出了相应的解决办法,并将所设计的空间曲线投影到网格化曲面上得到铺丝基准路径,再使其沿着切片界面轮廓曲线等距偏移得到所有路径。通过基于VC++编程实现了文中算法。实验结果表明所提出的正交投影算法的正确性和有效性,基于网格化曲面正交投影的铺丝路径生成算法能满足铺丝工艺要求。

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6. 复合材料无人机滑撬式起落架设计与优化

胡松,祖磊,李书欣,刘萌

玻璃钢/复合材料 2018, 0 (3): 26-32.

摘要（129）

PDF （1639KB）（525）

根据某型号小型无人机总体要求,建立无人机滑撬式起落架的有限元模型,机身部分采用等效质点简化处理,进行无人机着陆过程的动力学仿真,得到无人机着陆过程中速度衰减趋势、过载值等仿真结果。通过对弓形梁截面尺寸及铺层角度的优化,使无人机落地过程中的过载值达到安全范围,并利用Tsai-Wu失效准则对弓形梁进行强度校核。设计并得到使无人机具有最小过载值且起落架结构不发生失效的弓形梁结构。此外,尝试使用不同的纤维复合材料,进一步提高滑撬式起落架的抗振性能。结果表明,合理的弓形梁尺寸可以提高起落架的抗振性,且芳纶纤维制成的起落架结构相比于碳纤维拥有更好的抗振性能。该研究成果对无人机滑撬式起落架的设计和制造具有重要的指导意义。

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7. 复合材料机翼翼梁的制造及应用概况

方宜武, 王显峰, 孙成, 肖军

复合材料科学与工程 2014, 0 (2): 69-74.

摘要（28）

PDF （2055KB）（383）

机翼翼梁是飞机的主承力结构,西方发达国家在成熟的碳纤维复合材料制造技术的基础上,已在多种先进飞机上采用全部由碳纤维复合材料制造的翼梁;而国内在这一方面的研究才起步不久,尚未形成完善实用的制造技术。本文简述了国外几种先进飞机的复合材料机翼翼梁的制造方法,并指出了这一领域的发展趋势,以作为我国未来复合材料机翼翼梁研制的参考。

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8. 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）（185）

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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9. 环氧树脂固化动力学的研究及应用

李恒, 王德海, 钱夏庆

复合材料科学与工程 2013, 0 (4): 43-50.

摘要（58）

PDF （1282KB）（217）

等温和非等温DSC是研究环氧树脂固化动力学的有效方法,本文综述了采用DSC法研究环氧树脂固化动力学方法(模型拟合法和非模型法)的研究进展,介绍了环氧树脂动力学研究在不同环氧树脂体系中的应用,并展望了动力学研究的发展方向。

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10. 钢筋布设对GFRP-混凝土组合板弯曲性能影响的研究

佟兆杰, 陈宜言, 黄侨, 许翔

复合材料科学与工程 2020, 0 (6): 51-56.

摘要（94）

PDF （1678KB）（156）

钢筋的布设可以提高GFRP-混凝土组合桥面板的弯曲刚度,改善组合板的延性,降低组合板的造价。此外,配筋组合板具有优于钢筋混凝土板的耐久性。本文基于截面分析法对配筋组合板的弯曲性能进行研究。首先基于平截面假定推导配筋组合板的截面分析模型,并通过2片试验板进行验证。然后采用截面分析法对钢筋布设与组合板刚度及延性的关系进行分析。分析表明:钢筋面积、GFRP底板厚度都可以提高组合板的弯曲刚度;钢筋面积越大组合板延性越差,GFRP底板越厚组合板延性越差;可以通过增加钢筋面积、减少GFRP底板厚度的方法提高组合板的刚度,并使组合板具有一定延性;当钢筋面积和GFRP板尺寸不变时,可以使钢筋尽量靠近桥面板底面布置,从而获得较好的弯曲刚度及延性。

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11. 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（191）

PDF （1398KB）（185）

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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12. 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）（328）

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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13. 高性能玻璃纤维发展历程与方向

祖群

复合材料科学与工程 2014, 0 (9): 19-23.

摘要（44）

PDF （872KB）（300）

本文针对近年来不断发展的高强度、低介电、耐高温等高性能玻璃纤维,重点介绍了我国高性能玻璃纤维的发展历程,探讨高性能玻璃纤维发展方向。

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14. 碳纤维复合材料开孔层合板压缩损伤预测和模型比较

唐荆, 陈啸, 杨科

玻璃钢/复合材料 2019, 0 (10): 33-39.

摘要（116）

PDF （5991KB）（313）

针对平面和弧面开孔层合板采用Abaqus有限元软件建立了壳单元、壳-胶层混合单元以及壳-实体混合单元有限元模型,并分别采用通用的Abaqus内置程序和自定义的用户子程序进行层合板压缩损伤分析。模型选取Hashin、改进Tsai-Wu和Quads失效准则分析了两种层合板在开孔压缩过程中的屈曲变形、层内失效及分层,并与文献中的试验进行对比。结果表明,本文所建的五种模型对弧面开孔层合板的强度预测误差均小于7%,且能捕捉到圆孔周围损伤起始以及承载力下降。仅依靠Abaqus程序内置Hashin失效准则的壳模型即可为弧面开孔层合板提供较为简单高效的强度评估,但在平面开孔层合板中采用改进Tsai-Wu失效准则的自定义子程序对强度和损伤预测更为可靠。

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15. 中低温固化苯并噁嗪树脂的研究进展

康龙昭, 范春燕, 俞海文, 姚亚琳

复合材料科学与工程 2023, 0 (9): 121-128. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230928.018

摘要（30）

PDF （1964KB）（46）

在实际生产中,苯并噁嗪树脂200 ℃以上的固化温度限制了其在先进复合材料领域的大规模应用,研究苯并噁嗪树脂开环聚合机理,优化苯并噁嗪树脂固化特性,从而获取降低苯并噁嗪树脂固化温度的方法具有重要意义。因此,对国内外近些年关于降低苯并噁嗪树脂固化温度的研究进展进行了综述,并对通过向苯并噁嗪单体中引入活性官能团以及添加固化催化剂来实现苯并噁嗪树脂中低温固化的方法进行了详细介绍,分析了其反应机理,明确了其固化反应影响因素,并对比分析了这两类方法的特点。从分子角度出发,向单体中引入活性基团具有更高的灵活性,但改性工艺相对复杂,大批量工程化生产存在难度;相比较而言,添加合适的催化剂可显著降低苯并噁嗪树脂的固化温度,操作工艺较易实现,是目前最简单有效的方法之一。综述涵盖了多种催化剂的研究,对于优化苯并噁嗪树脂的固化条件,制备高性能苯并噁嗪树脂具有借鉴意义。

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16. 金属/复合材料柱壳胶接头扭转声发射行为

庞艳荣, 刘然, 周伟, 龚婧

复合材料科学与工程 2015, 0 (5): 33-37.

摘要（23）

PDF （3536KB）（84）

采用声发射技术对扭转加载作用下金属/玻璃纤维复合材料柱壳试件的破坏损伤全过程进行实时监测,通过实验方法与数值分析共同研究螺栓以及壳体尺寸对柱壳试件胶接接头损伤破坏的扭转特性及其声发射响应特征的影响。结果表明,柱壳试件的扭转加载曲线基本表现为线性,主要的失效模式为内聚破坏且伴随着纤维断裂和基体开裂。增大螺栓直径,能有效增强金属/玻璃纤维复合材料柱壳的抗扭性能。柱壳试件的损伤破坏与其声发射信号的相关参数相对应,较大螺栓直径的柱壳试件损伤破坏对应着较高的声发射幅度、相对能量、持续时间和较多的撞击累计数。因此,可将声发射信号的动态变化特征作为风电叶片叶根结构安全评估的重要依据。

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17. 基于深度学习的复合材料铺层优化方法

白国栋, 童小燕, 姚磊江

复合材料科学与工程 2020, 0 (7): 68-73.

摘要（142）

PDF （1837KB）（306）

复合材料在航空工程中有着广泛的应用,其中铺层优化对提高结构承载能力至关重要。本文中首先运用基于神经网络的深度学习方法快速预测设计结果,然后依据预测结果,通过遗传算法搜索复合材料层合板设计问题的最优解,提高铺层设计效率,最后对比应用深度学习技术与传统优化算法得到的优化结果,证明了深度学习技术在层合板铺层优化中的便捷性和有效性。

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18. 基于微CT-RVE模型和Mori-Tanaka模型的短切碳纤维增强尼龙力学性能预测方法研究

刘颖, 马艺涛, 刘强

复合材料科学与工程 2021, 0 (6): 5-11. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210628.001

摘要（125）

PDF （6752KB）（98）

本文研究了基于微CT图像的纤维增强复合材料代表性体积元模型(CT-RVE)建构方法和性能预测方法。基于四种尺寸的CT-RVE模型对碳纤维增强尼龙(PA66CF)弹性性能开展了预测,并与Mori-Tanaka模型(M-T)预测结果进行了对比。采用注塑成型工艺制备了10wt%纤维含量的PA66CF拉伸样件,使用扫描电子显微镜(SEM)获取样件拉伸断面信息,使用X射线CT断层扫描获取内部微观结构信息,综合运用ImageJ、Photoshop、Mimics、Cero、HyperMesh、ABAQUS等工具,建立了四种尺寸的CT-RVE模型,并与具有相同几何参数的M-T模型在性能预测结果方面进行对比分析。研究结果表明:RVE模型中纤维的随机分布具有规律性,纤维数量与RVE体积呈线性增长关系,纤维取向以 X方向为主;CT-RVE模型对弹性性能的预测结果略低于M-T模型,当RVE尺寸为114.4 μm×114.4 μm×77 μm时,CT-RVE模型与M-T模型对弹性性能预测结果相近。本文的研究可为短纤增强复合材料的性能精确预测提供指导。

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19. 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）（181）

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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20. 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）（388）

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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21. 环氧树脂与胺类固化剂当量比对固化物性能的影响

汪澎, 隋刚, 杨小平

复合材料科学与工程 2013, 0 (2): 22-27.

摘要（31）

PDF （1688KB）（125）

环氧固化物在许多工业领域有非常重要的应用价值。使用不同分子结构和不同用量的固化剂能够影响环氧树脂交联网络结构,进而影响环氧固化物的性能。通过对不同TDE-85 环氧树脂固化配方体系进行了反应动力学分析,静态和动态力学性能分析,考查固化剂种类和用量对环氧树脂浇铸体和碳纤维复合材料性能的影响。研究发现,含DDS 和DETDA 体系的固化反应均为接近一级反应,DDS 固化剂的反应活化能较高于DETDA 固化剂。随着固化剂活泼氢当量与环氧当量比值r的增加,树脂的固化度提高,拉伸强度和伸长率也相应增大,但其模量有所降低。同时,树脂体系的玻璃化转变温度随着r 值的增加先升高再降低。实验研究发现,树脂基体模量增加,相应的碳纤维单向复合材料样品的断裂模式从基体破坏为主转变为界面破坏,层间剪切强度也高。随着浇铸体基体模量的提高,复合材料层间剪切破坏模式由基体破坏转为界面破坏。

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22. 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）（152）

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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23. 我国复合材料拉挤成型技术及应用发展情况分析

陈博

复合材料科学与工程 2014, 0 (9): 34-41.

摘要（45）

PDF （4404KB）（134）

2013年,我国拉挤制品产量达28万吨,约占全球产量的50%。拉挤型材广泛用于电气/器、耐腐蚀解决方案、建筑、运输、军事及消费品领域。本文分析了我国拉挤成型技术及应用的发展历程、主要成就,指出行业发展存在的主要问题,并对今后发展提出建议。

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24. 含分层CFRP层合板结构的振动频率与剩余压缩强度的关联性研究

郭静静, 张芝芳, 罗子微, 刘文迪

复合材料科学与工程 2024, 0 (1): 38-44. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240128.005

摘要（29）

PDF （5215KB）（57）

纤维增强复合材料层合结构在生产和使用过程中容易出现分层损伤,为研究分层损伤对复合材料层合结构压缩强度的影响,本文对含有不同预制分层缺陷的复合材料层合板进行了模态测试,提取固有频率,并通过静强度压缩试验得到剩余压缩强度。主要研究了在复合材料层合板的中间界面预埋不同尺寸的穿透型分层对其固有频率及剩余压缩强度的影响。基于ABAQUS平台建立了含预制分层的复合材料结构有限元模型,将仿真结果与试验结果进行对比,验证了仿真模型。采用有限元模型进一步分析分层损伤对频率以及剩余压缩强度的影响。结果表明:试件的固有频率随预制分层损伤面积增加而下降;与无初始损伤试件相比,含有预制分层的试件,其压缩破坏的位置主要集中在预制分层缺陷的铺层,且随预制分层的尺寸变化呈现不同程度的分层扩展;改变层合板的铺层时,随着分层损伤尺寸增加,复合材料层合板的压缩强度与其固有频率均逐渐下降;试验和仿真分析皆表明复合材料层合板的固有频率与其剩余压缩强度具有定量的关联性,但关联性受铺层影响,改变铺层将导致二者的指数关系发生变化。

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25. 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）（332）

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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26. 碳纤维复杂构件LCM成型工艺技术发展综述

李先阳, 刘彬, 于雅琳, 周何乐子, 周华民

复合材料科学与工程 2023, 0 (11): 116-121. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.016

摘要（37）

PDF （2682KB）（44）

复合材料液体成型工艺(Liquid Composite Molding,LCM)是纤维增强树脂基复合材料的主流成型工艺之一。随着航空航天工业的发展,高端装备对复合材料构件的性能以及复杂性提出了更多的要求,需要对当前LCM成型工艺进行创新,为此,新型复合材料成型工艺成为研究热点。本文按成型工艺类别划分,分别概述了复合材料LCM成型、自动铺放-液体成型、三维纺织预制体液体成型以及共固化液体成型的工艺原理、工艺特点与工业应用。最后对复合材料LCM成型工艺未来发展方向提出针对性建议。

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27. 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）（150）

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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28. 洋麻/芳纶混纺织物增强复合材料的力学性能研究

王春红, 贾瑞婷, 白肃跃, 徐磊

复合材料科学与工程 2015, 0 (3): 15-19.

摘要（36）

PDF （2138KB）（44）

为了探究四种洋麻/芳纶不同混纺比对其混纺织物增强复合材料力学性能的影响,对以环氧树脂为基体,精细化处理的洋麻和对位芳纶不同混纺比机织物为增强体的复合材料进行力学性能测试,并对洋麻纤维扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶红外光谱(FTIR)测试分析纤维表面粗糙度及极性变化,从而来分析力学测试结果。结果表明,洋麻/芳纶30/70混纺织物增强复合材料弯曲强度最高,为248.81MPa,弯曲模量为12.91GPa,与纯芳纶织物增强复合材料相比,分别提高4.9%和7.1%;而洋麻/芳纶20/80混纺织物增强复合材料剪切强度最高,为24.58MPa,与纯芳纶织物增强复合材料相比,提高18.6%。SEM及FTIR表明洋麻纤维精细化处理后,纤维表面粗糙度增加,极性降低,提高了增强体与树脂的界面结合力,从而改善了复合材料的弯曲、剪切性能。

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29. 不同冲击角度对复合材料层合板低速冲击损伤特点的影响

林逸, 刘玲

复合材料科学与工程 2024, 0 (1): 30-37. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240128.004

摘要（31）

PDF （9021KB）（43）

复合材料结构在服役过程中常受到低速冲击影响,产生不可目视的内部损伤,这将降低结构的承载能力。实际工程中,低速冲击物与结构相互作用时,可能呈现不同的冲击角度。因此,本文针对一种典型铺层的碳纤维/环氧复合材料层合板,采用ABAQUS建立90°和不同倾斜角度的低速冲击数值模型,以分析不同冲击角度对层合板接触力与损伤的影响,以及冲头旋转造成的二次接触对损伤的影响。在数值模型中,采用连续介质损伤力学模型和三维Hashin准则模拟层内的失效,并采用内聚力模型与双线性牵引-分离本构关系模拟层间分层。对90°模拟结果与试验结果进行对比分析,结果证明了所建立数值模型的可靠性。不同冲击角度冲击模拟结果表明:在冲击角度从30°升至90°过程中,法向接触力始终增大,切向接触力先增大后减小;随着冲击角度的减小,损伤的整体偏移逐渐明显,并且基体拉伸损伤面积始终较大。不同冲击能量下的二次接触模拟结果表明,随着冲击能量增大,产生二次接触的冲击角度范围减小,且二次接触对层合板顶部造成了新的损伤。

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30. 碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

李玉玲, 万里强, 黄发荣, 杜磊

复合材料科学与工程 2014, 0 (11): 36-41.

摘要（18）

PDF （2158KB）（86）

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10 ^-6mm ²/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。

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31. 编织机及编织工艺的发展

赵展, Md. Hasab Ikbal, 李炜

复合材料科学与工程 2014, 0 (10): 90-95.

摘要（31）

PDF （1929KB）（178）

编织是一种重要的预制件成型技术。编织构件具有不分层整体结构、沿编织方向截面可连续变化、复杂结构构件一次成型等特点,具有耐冲击、抗分层、抗蠕变等优异性能。编织物在工程、航空航天、汽车制造等领域广泛应用。本文系统地介绍了编织机、工作原理、各种编织结构及编织结构中具有代表性的单胞结构,讨论了编织机的应用及主要研究方向。

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32. 基于预制分层损伤方法的复合材料三次冲击损伤研究

许良, 胡鸿铭, 周松, 宋万万

复合材料科学与工程 2023, 0 (11): 21-27. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.003

摘要（68）

PDF （7883KB）（95）

在ABAQUS/Explicit中建立复合材料层合板三次冲击的三维仿真模型,采用预制分层损伤的方法,将前一次冲击损伤的状态变量预制进下一次冲击模型中,并将三维Hashin准则和刚度退化方案编入VUMAT子程序中。对层合板三次冲击过程中的层内损伤、层间损伤和接触力进行分析。结果表明,仿真结果与冲击试验结果吻合良好,所建立的模型可以较好地反映复合材料层合板三次冲击下的损伤演化过程。和后续冲击相比,第一次冲击的最大接触力最小,分层损伤的形状主要由第一次损伤形成,后续冲击仅增加分层损伤的损伤面积。

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33. 基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究

兰总金,祖磊,惠鹏,胡兰馨

玻璃钢/复合材料 2018, 0 (3): 45-51.

摘要（181）

PDF （4229KB）（735）

纤维与树脂的界面对复合材料的整体力学性能有着显著的影响。基于NOL环的宏观力学测试一般被用来反映复合材料的界面粘结性能,因此适用于评价纤维与树脂之间的宏观力学性能匹配性。为了探究高性能碳纤维T700SC、T800HB及高强玻璃纤维与环氧树脂的宏观力学性能匹配性,本研究首先根据GB/T 1458—2008国家标准制备NOL环试样,再借助NOL环的拉伸和层间剪切强度测试分析了高性能纤维与环氧树脂不同匹配组合宏观力学性能差异的原因,并寻找出最佳匹配组合。结果表明:玻璃纤维与环氧树脂的界面存在最佳的粘结强度,而且不同粘结强度导致拉伸强度和破坏机理不同,而碳纤维复合材料界面性能较差,容易分层破坏;T800HB与环氧树脂的宏观力学匹配性优于T700SC,环氧树脂力学性能、碳纤维的表面微观结构与性质以及环氧树脂与碳纤维之间的相互作用关系是影响界面粘结性能的根本原因。该研究在高性能纤维单向复合材料的材料选择与设计方面具有现实意义。

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34. PMI泡沫夹层碳纤维复合材料的制备及力学表征

原崇新, 董青海, 何斌

复合材料科学与工程 2021, 0 (4): 89-92. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210428.013

摘要（158）

PDF （6570KB）（255）

由于具有较好的力学性能和工艺稳定性,聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层结构在航空领域得到了大量的应用。目前飞机上通常采用预浸料与泡沫热压罐固化制造夹层结构,这种工艺成本较高且只能保证贴模面的表面质量。本文中采用闭模液体成型工艺制备了质量稳定的泡沫夹层结构,对比了同时注胶与交替注胶的制备方法,结果表明交替注胶可以得到更好的成型质量。并对泡沫芯材的力学性能进行了测试,在此基础上建立了泡沫材料的失效模型,并通过有限元分析了其三点弯曲、侧压屈曲等力学性能,有限元模型分析结果与实际测试结果基本一致,有限元模型可揭示在这些加载条件下夹层结构的破坏机理及渐进损伤过程,研究结果可推动高性能的航空用复合材料夹层结构的低成本化制备以及结构服役的虚拟试验。

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35. 复合材料风机叶片无损检测技术应用综述

孙久亮

复合材料科学与工程 2014, 0 (4): 81-84.

摘要（51）

PDF （993KB）（129）

随着国内风电装机容量越来越大,在运行的叶片不断增多,加强对叶片的维护变得日益重要。本文对主要的几种复合材料无损检测方法进行了综述,重点对超声波检测方法进行了论述。经过综合对比,超声波无损检测方法比较适合工厂内半成品缺陷检测和运行现场的破坏预测。

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36. 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）（179）

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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37. 国产T800级高韧性环氧树脂基预浸料的TTT图绘制

何靓, 俆小伟, 胡大豹, 雷杨, 李尧

复合材料科学与工程 2023, 0 (5): 25-31. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230528.004

摘要（59）

PDF （6550KB）（88）

预浸料的固化动力学研究及TTT图绘制可指导相关制品的成型工艺设计及优化,保证制品的最佳力学性能。以国产T800级高韧性AC531环氧树脂基预浸料为对象,采用DSC测量法研究了其固化反应动力学,并根据固化反应特点,拟合得到了固化反应动力学的自催化模型表达式;针对预浸料的相转变行为,测试并拟合得到了玻璃化转变温度与固化度之间的关系,通过线性回归分析得到了凝胶时间与温度的关系式;绘制了TTT图,为国产T800级高韧性环氧树脂基预浸料的固化工艺优化提供理论支持。

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38. 成型温度对CF/PPEK复合材料的缺陷和力学性能影响

王孟, 刘程, 张玉, 贾航, 乔越, 蹇锡高

复合材料科学与工程 2024, 0 (3): 5-12. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240328.001

摘要（17）

PDF （11092KB）（20）

分别采用溶液浸渍法及真空热压成型法制备了连续碳纤维增强含杂萘联苯结构聚芳醚酮(CF/PPEK)预浸料和复合材料,对不同成型温度制备的复合材料进行了超声相控阵和三维X射线显微镜(XRM)无损检测,利用旋转流变仪、电子万能试验机、动态力学分析仪(DMA)、红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜对CF/PPEK复合材料进行了表征,系统研究了成型温度对纤维的浸润质量以及复合材料孔隙率、弯曲行为和层间剪切性能的影响,通过力学性能分析和断口形貌表征研究了断裂机理及缺陷对其性能产生的影响。试验结果表明:成型温度为350 ℃时,CF/PPEK复合材料的弯曲模量和层间剪切强度分别为125 GPa和64 MPa;成型温度为360 ℃时,CF/PPEK复合材料的缺陷最少,弯曲强度可达1 376 MPa;而370 ℃高温下,复合材料出现明显缺陷,各方面性能急剧下降。

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39. 多工位数控纤维缠绕机的研究与设计

徐东亮, 王成, 徐征, 朱炯滔

玻璃钢/复合材料 2018, 0 (6): 89-93.

摘要（104）

PDF （2934KB）（282）

通过对已知的纤维缠绕机进行研究,并对其工作原理和结构特性进行分析,发现在当前的系统之中,存在纤维制品生产过程不连续、效率低下等问题,然后改进了纤维缠绕机,并制定出改进后的工作流程,设计出多工位纤维缠绕机成型结构,采用Solidworks完成了三维建模,并将处理完毕后的三维模型导入Workbench中进行仿真分析。在原有纤维缠绕机的基础上进行优化,采用了龙门式布局结构、机械手装卸芯模方案、床头箱动力分离输出装置、两列芯模交替协同作业等技术措施,既保证了结构的整体性,节省了人工成本,又提高了纤维缠绕机的自动化水平,使缠绕小车在机械手的协助下能够最大限度地实现连续缠绕生产,大大提高了制品的生产效率。同时对横梁进行响应曲面的优化设计以减少横梁的重量,节省了成本,并对纤维缠绕机的横梁进行静力学分析,判断设计是否合理。

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40. 红外加热缠绕成型工艺参数对CF/PEEK复合材料层间剪切性能的影响

单毫, 陈宇, 李俊杰, 姚钱

玻璃钢/复合材料 2020, 0 (1): 39-46.

摘要（127）

PDF （3183KB）（227）

为获得层间粘结性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)缠绕成型制品,以粉末浸渍法制备的CF/PEEK单向带为原料,采用自制的高功率红外加热热塑性复合材料缠绕成型设备,进行缠绕成型工艺的研究。以层间剪切强度(ILSS)作为评价缠绕制品性能的主要依据,分别研究了缠绕成型过程中的送料张力、下压辊压力、缠绕速率、加热温度、预热时间和冷却速率等关键工艺参数对CF/PEEK环制品性能的影响。实验结果表明,成型温度为410 ℃,预热为40 min,送料张力为8 kg,下压辊气缸压力为0.30 MPa,芯模转速为6 r/min,缓慢冷却条件下制得的缠绕制品性能最优,层间剪切强度达到(82.29±1.27) MPa,并据此制备出了CF/PEEK缠绕管道。

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