复合材料科学与工程

潘月秀, 于雅琳, 朱世鹏, 祁国成

2015, 0(6): 5-11.

摘要 ( 27 )

PDF (1546KB) ( 71 )

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首先建立了单向复合材料代表性体积单元(RVE)载荷传递的三维有限元模型,阐述了载荷传递系数和载荷传递无效长度的计算方法。其次,基于单丝拉伸强度Weibull分布,引入Monte-Carlo概率随机数,建立了渐进损伤分析和强度预报的解析模型。再次,测量了东丽T700S和T800H以及国产GCT700和GCT800等四种碳纤维单丝拉伸强度,并通过拟合得到Weibull函数,作为力学模型输入;为验证模型有效性,用热压罐成型工艺制造了与碳纤维分别对应的四种单向复合材料,并测量其纵向拉伸强度。最后,模拟了单向复合材料纵向拉伸渐进损伤过程,并对四种碳纤维增强复合材料强度的预报值和实验值进行了对比分析,表明该多尺度力学模型能较为准确地预报单向复合材料损伤过程和拉伸强度。

CBT树脂反应特性及其纤维复合材料力学性能的研究

牟书香, 杜微

2015, 0(6): 12-17.

摘要 ( 49 )

PDF (1203KB) ( 56 )

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分析了环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)-CBT100和CBT160两种树脂的反应特性,研究了三种锡类催化剂对CBT100树脂低粘度适用期和高温反应时间的影响,并对比了采用树脂粉末熔融浸渍成型和高温真空辅助灌注成型(VARTM)方法制备的玻璃纤维增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料的力学性能。研究结果表明,CBT160树脂高温反应速度较快,适合树脂粉末熔融浸渍相类似的成型工艺。CBT100树脂通过外加一定量的单丁基三异辛酸锡或二丁基二月桂酸锡催化剂,可以使其具有合适的适用期和反应聚合时间,适宜用于VARTM过程。含单丁基三异辛酸锡的CBT100树脂通过高温VARTM方法制备的玻纤增强PCBT复合材料的综合力学性能较好,略高于采用CBT160树脂用树脂粉末熔融浸渍成型方法制备的复合材料的力学性能。

改性氰酸酯基复合材料力学和透波性能研究

孙煜, 徐任信, 郑从伟, 王钧

2015, 0(6): 18-22.

摘要 ( 28 )

PDF (7676KB) ( 36 )

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利用低介电改性剂对氰酸酯树脂进行改性,制备了石英纤维/改性氰酸酯树脂复合材料,利用SEM表征了树脂及其复合材料的断面,并对改性氰酸酯树脂的耐热性能、力学性能、复合材料的力学性能及透波性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂的玻璃化转变温度达到200℃以上,树脂拉伸破坏表现为韧性断裂,拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别在27MPa、69MPa和148MPa以上;改性氰酸酯树脂和纤维的界面结合良好,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别达到447MPa、461MPa和259MPa以上;在0.5~18GHz范围内,介电常数为3.1~3.3,4mm试样的S₂₁小于-1.6dB。

拉压状态下预紧力齿连接接头承载力和剪应力分布规律研究

徐龙星, 程营, 陈立, 徐攀峰

2015, 0(6): 23-28.

摘要 ( 30 )

PDF (2091KB) ( 33 )

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复合材料预紧力齿连接是一种新型连接方式,具有较高的连接效率。本文对预紧力齿连接平板单齿试件进行拉伸与压缩试验,研究对比两种荷载状态下的承载力和剪应力分布规律,采用数字散斑和有限元接触建模两种方法分析齿剪切面的剪应力分布。通过研究发现,相同参数的单齿试件在拉伸与压缩荷载下的承载力相差不大,但两种荷载下齿剪切面的剪应力分布规律却不同。该结论可以用于预紧力齿连接接头的设计计算中。

低温等离子处理对玄武岩纤维表面及复合材料性能的影响

靳婷婷, 申士杰, 李静, 赵书平

2015, 0(6): 29-35.

摘要 ( 55 )

PDF (2423KB) ( 119 )

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对玄武岩纤维表面进行低温等离子处理,研究了低温等离子处理纤维对其表面性能、偶联剂吸附量及纤维增强树脂层间胶合强度和力学性能的影响。结果表明,纤维表面经低温等离子处理后,玄武岩纤维表面接触角由未处理时的132.23°降为75.22°,润湿性大大改善;纤维表面偶联剂吸附量在低温等离子处理10遍时达到最大;低温等离子及偶联剂处理纤维表面,处理10遍时,玄武岩纤维增强环氧树脂(BFRP)的拉伸性能、弯曲性能达到最优,而其剪切强度在处理2到10遍范围增加较快,10遍以后几乎不变。

直接预浸法制备预浸纱的展纱宽度研究

谢飞, 文立伟, 肖军, 李志慧

2015, 0(6): 36-41.

摘要 ( 25 )

PDF (2556KB) ( 33 )

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在直接预浸法制备自动铺丝预浸纱过程中,展纱宽度是影响预浸纱质量的一个关键因素。借助高速数字图像传感器,研究了展纱机构中,纤维束在错位排列的展纱辊/展纱杆上的展开规律和机理。研究结果表明,展纱杆对纤维束的展开作用明显优于展纱辊,纤维张力的增大、纤维束在展纱杆上包角的增大均有利于纤维束的展开;当纤维牵引速率较低时,纤维束的展开宽度随速率的增大而增大;纤维张力利于纤维束的展开,但是过大的张力会使纤维束展开不稳定,宽度波动较大,且易出现劈裂和纤维损伤的缺陷。该研究结果为自动铺丝预浸纱制备工艺提供了指导。

基于计算机实验设计方法的复合材料开孔封头优化设计

杨乐, 富婷婷

2015, 0(6): 42-47.

摘要 ( 24 )

PDF (3003KB) ( 57 )

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对某φ1m碳纤维壳体开孔前封头建立了三维参数化模型。以计算机实验设计方法为基础,构建代理模型及目标驱动优化设计,选取8个封头外表面的坐标值作为设计变量。同时,以开孔前封头质量及孔边顺纤维方向最大Mises等效应变为目标函数,对封头外型面进行了优化设计。计算结果表明,优化后的前封头结构形式协调,开孔周边区域应变分布合理,同原结构相比减重1.85%。

电热载荷对CFRP复合材料冲击后压缩性能研究

纪朝辉, 刘刚, 王志平, 李娜

2015, 0(6): 48-52.

摘要 ( 25 )

PDF (3526KB) ( 41 )

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采用实验室电热载荷试验环境与测试平台,测试了CFRP复合材料在多种电流制度下试样的表面温度分布,并获得了CFRP复合材料电阻在不同电流强度下的变化规律,初步揭示了CFRP复合材料的电阻与电流强度之间呈线性递减的关系;对五种不同电流处理的CFRP复合材料进行了冲击后的剩余压缩强度试验(CAI)测试,试验后采用超声C扫描检测、外观检查与断口侧面宏观观察方法对损伤与失效特征进行了对比分析。研究结果表明,CFRP复合材料的剩余压缩强度随通入电流强度的大小呈先保持不变后下降的趋势,当电流超过20A时,试样表面冲击凹坑深度和冲击损伤面积增长较快,分层损伤与纤维断裂现象越来越严重。

大型风机叶片复合材料的三维拓扑优化设计

谢桂兰, 肖春芽, 贺礼财

2015, 0(6): 53-57.

摘要 ( 58 )

PDF (2835KB) ( 67 )

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为实现大型风机叶片的轻量化,对纤维增强风机叶片复合材料进行三维拓扑优化设计。首先,基于均匀化理论,将碳纤维增强风机叶片复合材料等效为等效均质体,预测其宏观等效力学性能;然后,以单元相对密度为设计变量、实体材料总体积分数为约束条件、等效宏观弹性矩阵主对角线分量或分量的加权组合为目标函数建立优化模型。采用固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)建立设计变量和宏观弹性模量之间的关系,采用灵敏度过滤技术和优化准则法控制材料的分布。在MATLAB平台上编写了相应程序,对大型风机叶片复合材料进行三维拓扑优化,计算得出不同优化目标下的三维最优结构。数值结果表明了该优化模型的正确性和有效性,为实现风机叶片结构轻质高强设计提供了一种参考。

大型风电叶片后缘最大弦长区域稳定性研究

苏成功, 李成良, 鲁晓锋

2015, 0(6): 58-63.

摘要 ( 43 )

PDF (2809KB) ( 72 )

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复合材料风电叶片最大弦长区域后缘通常为板壳结构,在风载作用下发生较大变形,是叶片较频繁出现损坏的区域。采用有限元的特征值屈曲分析方法,分析了蒙皮设计、加筋和安装第三个腹板这几种不同的结构设计形式对屈曲因子及叶片重量(成本)的影响。比较了不同设计下叶片重量与屈曲因子之间的关系,从而找到稳定性最好且成本最优的设计方案。研究结果表明,叶片要达到相同的屈曲因子时,安装第三个腹板是叶片增重最小、成本最优的设计方案。

帽型复合材料梁的稳定性分析与固有频率计算

姜河, 郑波

2015, 0(6): 64-68.

摘要 ( 66 )

PDF (1356KB) ( 74 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

根据经典层合板理论,结合纯弯曲状态下内力与应变的关系,推导了帽型复合材料梁的等效弯曲刚度计算公式,并利用等效弯曲刚度进一步推出了该类型梁的轴向临界载荷与固有频率计算公式,最后用有限元法进行验证,为帽型及其他截面类型的复合材料梁在工程中的应用提供参考。

中小型开式冷却塔热力性能测控软件的对比研究

章立新, 许鹤华, 尹证, 高明

2015, 0(6): 69-72.

摘要 ( 36 )

PDF (890KB) ( 50 )

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针对中小型开式冷却塔热力性能测试过程,提出了基于C#语言和组态软件两种方法编写的数据采集以及计算分析软件。通过对两种软件在热力性能测试过程中的对比分析,得到在数据采集、处理和计算等方面各自的优缺点,继而提出针对冷却塔热力性能测试的更加合理、易于操作的解决方案。

带蒙皮FRP格栅-混凝土组合板设计方法及工程算例

钱震, 方海, 刘伟庆, 欧阳懿桢

2015, 0(6): 73-78.

摘要 ( 27 )

PDF (1208KB) ( 38 )

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采用一种新型的带蒙皮FRP格栅,在其上浇筑混凝土制备桥面板。采用换算截面法推导了带蒙皮FRP格栅-混凝土组合板截面在使用阶段的截面有效抗弯刚度,并通过材料力学的方法推导了板件跨中挠度的计算公式。依据相关规范进行带蒙皮FRP格栅-混凝土组合桥面板的设计并给出设计实例及计算方法。验算结果表明,带蒙皮FRP格栅-混凝土桥面板应用于混凝土-复合材料组合桥梁结构较为可行。

酚醛树脂基预浸料挥发物含量分析条件探讨

郑张宜, 黄志雄, 丁杰, 罗海涛

2015, 0(6): 79-83.

摘要 ( 35 )

PDF (1025KB) ( 56 )

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为了得到分析酚醛树脂基预浸料挥发物含量的最佳条件,对酚醛树脂基预浸料的生产工艺、组成成分和固化机理进行分析,设计了在80℃、90℃和100℃试验温度下的一系列保温时间的对比实验,确定了精确分析酚醛树脂基预浸料挥发物含量的分析条件。以此为前提,进一步探讨得到了在酚醛树脂可发生部分固化反应的较高温度条件下快速分析酚醛树脂基预浸料挥发物含量的最佳条件。其中精确分析酚醛树脂基预浸料挥发物含量的条件为:试验温度80℃,保温时间80min;快速分析条件为:试验温度110℃,保温时间15min。并得出了酚醛树脂基预浸料挥发物含量的测试条件与基材的品种无关的结论。

含缺陷钢管复合材料修补抗内压疲劳性能研究

肖红波, 蔡浩鹏

2015, 0(6): 84-87.

摘要 ( 27 )

PDF (2352KB) ( 53 )

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制备出带有壁厚减薄缺陷的钢管,研究了玻璃纤维复合材料环向补强对钢管抗内压性能的影响。结果表明,缺陷面积决定复合材料的补强面积,复合材料补强边界宽度超过缺陷轴向长度的80%时,补强效果较好,爆破时复合材料断裂,可充分发挥其性能;通过合理的设计,补强钢管的短时爆破压力大于30MPa,达到无缺陷钢筒爆破压力水平,同时疲劳次数大于15000次,补强效果优异。

光固化碳纤维布/CEP-ES复合材料粘接修理金属损伤结构

赵培仲, 魏华凯, 黄旭仁, 戴京涛

2015, 0(6): 88-92.

摘要 ( 40 )

PDF (1151KB) ( 47 )

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设计了具有紫外光辐照引发自蔓延固化特性的脂环族环氧树脂(CEP)与有机硅树脂(ES)的混合树脂体系(CEP-ES),并以它们为基体实现了碳纤维增强复合材料的快速光固化。研究了以光固化碳纤维复合材料为补片粘接修理金属损伤结构的影响因素。结果表明,有机硅树脂的引入不仅可以有效提高粘接修理的效果,而且可以改善粘接修理结构的耐湿热性能,当ES的质量比为20%~30%时,粘接修理结构具有最好的承载能力;适当增加复合材料补片的长度和层数可以有效提高粘接修理的效果;双面贴补修理比单面贴补修理具有更好的粘接修理效率。

盐溶液干湿循环下GFRP管约束混凝土柱耐久性试验研究

吕珍莹, 单鲁阳

2015, 0(6): 93-96.

摘要 ( 23 )

PDF (1304KB) ( 43 )

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对11根短柱,包括6根素混凝土圆柱和5根GFRP管约束混凝土柱,在盐溶液干湿循环作用下的轴心受压性能进行了试验研究。测试了盐溶液干湿环境下素混凝土圆柱和GFRP管混凝土柱轴压作用下的极限承载力和变形性能,研究了盐溶液干湿循环次数的影响,试验结果表明盐溶液干湿循环对素混凝土柱和GFRP管混凝土柱的强度以及延性都有影响,且随着干湿循环作用次数的增加,GFRP管对混凝土柱的约束作用有一定程度的降低。

纤维变角度牵引铺缝技术的研究进展

邓媛, 刘东, 祝颖丹, 黄斌

2015, 0(6): 97-100.

摘要 ( 49 )

PDF (1789KB) ( 65 )

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纤维变角度牵引铺缝技术(VAT技术)是一种新颖的先进纤维铺放技术,能够实现复合材料层合板单层面内纤维角度的连续变化,充分发挥纤维材料优异的力学性能。简要介绍了VAT技术的基本概念以及曲线纤维路径的定义,重点概括了VAT技术中几种常用的纤维轨迹优化方法,并结合目前的现状对VAT技术的应用与前景进行了分析与展望。

行业资讯目录

2015, 0(6): 101-128.

摘要 ( 11 )

PDF (5285KB) ( 19 )

当期目录