复合材料科学与工程

邱求元, 范海蓉, 林振能

2015, 0(4): 5-10.

摘要 ( 10 )

PDF (6309KB) ( 23 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

实际工程结构中存在大量的大曲率的曲面复合材料结构,因其特殊的外形和气动性要求,其复合材料补片胶接修理参数不能简单等同于平面复合材料结构。针对尺寸(长度L×曲率半径R×圆心角θ)为300mm×50mm×π/3rad、中心位置含Ø20mm穿透型孔洞损伤的单曲层压壳结构,采用两种不同类型补片进行胶接修复试验,并对其力学性能进行测试与分析。结果表明:损伤孔的存在极大地降低了层压壳结构失效载荷、强度及模量,其损失率高达61%以上,而经胶接修复后其失效载荷、强度及模量可以得到明显改善,甚至恢复到完好程度;同时,采用楔形补片进行修复对改善修复结构中补片和损伤母板局部应力状态是十分有利的。

风电叶片后缘粘接胶理想宽度的模拟

薛彩虹, 李成良, 朱小芹

2015, 0(4): 11-15.

摘要 ( 8 )

PDF (1126KB) ( 29 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

近年来,随着风电行业的快速发展,叶片后缘粘接开裂成为一种主要的失效形式。因此,后缘粘接胶理想宽度的模拟成为一种必要。计算结果表明,后缘实体粘接胶最理想的粘接宽度范围为100~150mm。

某无人机复合材料主翼盒准等强度设计与有限元分析

刘峰, 马佳, 张春, 喻辉

2015, 0(4): 16-21.

摘要 ( 8 )

PDF (1517KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以某无人机复合材料主翼盒准等强度设计与优化为目标,研究了主翼盒基于载荷分段的包络设计方法与铺层优化方法。采用等步长载荷包络设计方法计算了准等强度翼盒前梁的分布载荷,给出了前、后梁的初步铺层设计。建立了主翼盒的有限元模型,基于有限元分析结果校核了主翼盒的强度、刚度和稳定性。给出了主翼盒前、后梁以及蒙皮的铺层优化方案。研究结果表明,等步长载荷包络设计方法能够方便地计算主翼盒前、后梁的分段载荷;基于经典层合板理论对主翼盒进行铺层的初步设计,并运用有限元软件进行分析与校核,可以快速、有效地完成主翼盒铺层的分段优化设计;大展弦比机翼受最大正过载时,翼根上表面受压缩载荷,前梁上缘条和上蒙皮易发生局部屈曲失稳;减少主翼盒前、后梁下缘条以及下蒙皮铺层数目,可使结构减重达5.23%。

基于数字图像相关方法的含双裂纹复合材料薄板应力强度因子测量

郝文峰, 原亚南, 姚学锋, 马寅佶

2015, 0(4): 22-26.

摘要 ( 5 )

PDF (2524KB) ( 20 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

将数字图像相关方法用于测量含I型双边裂纹复合材料薄板应力强度因子。首先,介绍了数字图像相关方法基本原理,通过最小二乘拟合法建立了裂纹尖端位移场与裂尖应力强度因子的关系。其次,搭建了数字图像相关方法非接触光学测试平台,通过对含I型双边裂纹复合材料薄板进行拉伸试验,得到了复合材料薄板双边裂纹尖端全场位移。最后,通过数字图像相关方法计算所得全场位移,提取了裂纹尖端应力强度因子,分析了最小二乘拟合项数、数字图像相关计算中子区域和步长大小的选择对裂纹尖端应力强度因子计算的影响。

三维中空夹芯复合材料侧压性能的有限元分析

浦广益, 曹海建

2015, 0(4): 27-30.

摘要 ( 6 )

PDF (3710KB) ( 25 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文利用有限元软件ANSYS,建立三维中空夹芯复合材料的结构模型,进行侧压性能研究。利用该模型,探讨了材料在1mm侧压位移载荷作用下复合材料中纤维、树脂和材料本身的应力、应变分布。结果表明,三维中空夹芯复合材料在侧压载荷作用下,上下面板中经、纬纱线交织处应力最大,最容易发生侧压破坏;芯材应力最小,不容易发生侧压破坏;复合材料在承受侧压载荷作用时,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用;材料的破坏模式主要为树脂破裂。

FBG监测层合板低速冲击损伤研究

谷广伟, 王庆涛, 李炜

2015, 0(4): 31-34.

摘要 ( 6 )

PDF (1641KB) ( 20 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

玻璃纤维复合材料在外界冲击载荷下发生分层损伤,对后续结构的安全使用造成影响。通过布拉格光栅传感器(FBG)对真空辅助成型的层合板在低速冲击载荷下的响应情况进行了监测,分析了不同厚度方向上层合板应变变化,并与层合板的损伤情况进行了对比。结果表明,波长的变化可以有效反映层合板的应变情况,波长差值可以反映层合板内部的损伤情况;FBG在多次冲击后仍具有良好的监测性能,可用于层合板的长期在线监测,为FBG监测层合板低速冲击损伤提供了依据。

不同直径GFRP筋的拉伸性能尺寸效应试验研究

武军, 陈文学, 焦裕钊

2015, 0(4): 35-40.

摘要 ( 8 )

PDF (2446KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用电液伺服万能试验机对5种不同直径的GFRP筋进行了拉伸性能试验,研究了尺寸效应对GFRP筋拉伸性能指标的影响规律。试验结果表明,尺寸效应对极限强度和极限拉应变的影响比较明显,随直径的增大而减小,而对弹性模量的影响不明显;试样的拉伸破坏模式为劈裂破坏;应力-应变曲线呈现出线性关系;弹性模量的平均值为48.06GPa;相同直径下不同长径比试样对极限强度的影响需要进一步深入研究。

复合材料T型接头力学性能分析及优化研究

李陵, 徐峰, 郑绍文

2015, 0(4): 41-46.

摘要 ( 6 )

PDF (3161KB) ( 23 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

T型接头作为常见的复合材料结构连接型式,其力学性能直接关系到结构的安全性。建立了考虑胶层的复合材料T型接头有限元模型,将仿真结果与试验图像进行对比,其变形形式和破坏模式与试验吻合较好。研究表明,在垂向载荷作用下,T型接头呈现“S”型弯曲;在蒙皮折角处以及端部胶接处出现应力集中;胶层剪应力两端大,中间出现低应力槽型区,弯曲正应力、等效应力呈现出双峰值特征;T型接头最有可能出现的破坏形式为胶层与蒙皮之间剥离,而芯材则由于应力集中引起剪切破坏或拉伸破坏。在折角处倒圆、在胶接处光滑过渡可以明显消除应力集中。

有限元分析碳纤层合板铺层方式对行人头部保护的作用

周冰洁, 高骁, 朱家强, 李炜

2015, 0(4): 47-51.

摘要 ( 9 )

PDF (1896KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

使用ABAQUS有限元分析软件,按照GB/T 24500-2009规定建立了成人头部冲击器撞击碳纤层合板模型,探讨了9种铺层方式下,头部伤害指标HIC值与最大侵入量、撞击持续时间和冲击能量吸收之间的关系,并比较了层合板不同铺层角度对行人头部损伤的影响。结果表明,HIC值大小基本与最大侵入量、撞击持续时间和冲击能量吸收有一定的反比关系;铺设三种角度的层合板最有利于行人头部保护;45°方向铺层对降低HIC值和减小最大侵入量贡献最大。

铺层方向角偏差对复合材料层板阶梯挖补的拉伸强度影响研究

刘国春, 幸李雯, 杨文锋, 张吉武

2015, 0(4): 52-56.

摘要 ( 8 )

PDF (1170KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对复合材料损伤结构维修中容易出现的铺层角度偏差,根据实际维修情况建立复合材料层板阶梯挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了该模型的准确性。基于该有限元分析模型并考虑真实维修过程中可能出现的铺叠误差与基准偏差,分别进行了维修结构的单层与整体铺层方向角偏移的拉伸强度性能分析。结果表明,补片出现小角度方向角偏移时,补片中面层以下的铺层角偏移对于拉伸强度的影响可以忽略,中面层以上的铺层随着偏移角度的增大与越靠近表层的位置,结构整体极限应力逐渐增大,当最表层铺层出现偏移时,对于修补结构拉伸强度的影响较大;附加层在修补结构中受载严重,通用的0°附加层铺设角度不一定适用于所有的修补工况,该分析结论也为实际工程维修提供了很好的指导意义。

立体混合法制毡工艺及其对玻纤增强热塑性材料力学性能的影响

杨旭静, 鲁雄, 段书用, 郑娟

2015, 0(4): 57-61.

摘要 ( 5 )

PDF (3933KB) ( 20 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了改进玻纤增强热塑性复合材料中基体树脂对玻璃纤维的浸渍效果,从而提升制品的力学性能,本文研究开发出一种新型的制毡工艺——立体混合法。该工艺是将基体树脂与玻璃纤维分别拉制成丝束状,展纤后,经改进的开松、混合、气流成网设备制成三维立体结构的连续针刺毡。将制作好的基毡采用层合热压法制备成板材,并对其进行力学性能测试。研究结果表明,制成立体混合毡后的玻纤增强板材浸渍工艺适应性更强,基体树脂与玻璃纤维之间的浸渍距离缩短,接触面积增加,使增强材料浸渍透彻,由该工艺制作出的热塑性板材比传统工艺制作出的板材浸渍效果好。在同等克重和玻纤含量条件下,其拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度有了大幅度提升。

短玻璃纤维、K₂Ti₆O₁₃晶须改性酚醛泡沫的性能研究

宋寒, 吴晓青

2015, 0(4): 62-65.

摘要 ( 6 )

PDF (2785KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

分别利用K₂Ti₆O₁₃晶须、短玻璃纤维对酚醛泡沫(PF)进行改性,并制备了不同短玻璃纤维含量的酚醛泡沫,考察了不同改性方法对酚醛泡沫的表观形貌、力学性能和保温性能的影响。表观形貌结果表明,添加4%K₂Ti₆O₁₃晶须可以显著改变酚醛泡沫的表观形貌,使得泡孔更规则、均匀。力学性能测试表明,短玻璃纤维含量在8%以内,压缩强度和弯曲强度都随着短玻璃纤维含量的增加而增大;短玻璃纤维和短玻璃纤维/4%K₂Ti₆O₁₃晶须可以显著提高酚醛泡沫的压缩强度和弯曲强度,压缩强度和弯曲强度最高分别提高了126%和208%;加入短玻璃纤维稍稍提高了酚醛泡沫的导热系数,降低了酚醛泡沫的保温性能;加入相同量的短玻璃纤维,短玻璃纤维/4%K₂Ti₆O₁₃晶须改性的酚醛泡沫相比于短玻璃纤维改性酚醛泡沫具有更高的压缩强度、弯曲强度和保温性能。

复合材料-金属机械连接性能研究

贾云超, 关志东, 宋晓君

2015, 0(4): 66-70.

摘要 ( 6 )

PDF (5772KB) ( 19 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

对不同类型的连接件进行了试验研究,得到了破坏模式和破坏载荷,使用超声波损伤检测的方法,观察了孔边的挤压破坏情况。基于ABAQUS有限元软件,建立了有限元模型,分析了钉头形式(凸头、埋头),有无补偿垫片和连接形式对机械连接性能的影响。研究表明,使用凸头钉比埋头钉,能使破坏载荷能提高30%左右;使用补偿垫片能够提高连接件的承载能力;使用双钉连接较单钉连接,破坏载荷能提高一倍左右。

预浸料在RTM工艺中的应用研究

何先成, 刘刚, 包建文

2015, 0(4): 71-75.

摘要 ( 5 )

PDF (2075KB) ( 20 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用共固化RTM工艺制备了碳纤维增强环氧树脂5284RTM/5228A复合材料层板。通过超声C扫描和显微分析法评价了层板的内部质量,通过短梁剪切强度和弯曲性能研究了层板的力学性能,利用DMA评价了层板的耐热性能。结果表明,所制备的层板内部质量良好,预浸料层的预处理对层板的内部质量、力学性能和耐热性能都没有明显影响,而热固性中介层的引入虽然不会影响体系的内部质量和力学性能,但会使层板的耐热性能降低。

不同工艺状态的玻璃布/酚醛复合材料防隔热特性研究

罗礼平, 那伟

2015, 0(4): 76-79.

摘要 ( 12 )

PDF (798KB) ( 19 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

玻璃布/酚醛复合材料有较好的耐烧蚀和隔热特性,被广泛用于工业耐高温设备以及高速飞行的航天器防隔热设计上,但是不同的成型工艺表现出的耐烧蚀及隔热特性却存在差异。将不同玻璃布厚度、不同缠绕工艺、不同固化方式、以及有机纤维与玻璃纤维混编工艺获得的玻璃布/酚醛制品,取样进行风洞条件下的耐烧蚀、隔热性能试验,试验测量了各模型的质量烧蚀率及背面温升,用于评估其相应的防隔热性能。试验结果显示倾斜缠绕工艺耐烧蚀及隔热性能最优,与理论预期一致,可为工程应用提供参考。

风电叶片用单向复合材料单层厚度影响因素研究

贾智源, 关晓方, 王战坚, 侯博

2015, 0(4): 80-84.

摘要 ( 11 )

PDF (1283KB) ( 26 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

风电叶片用单向复合材料的单层厚度是非常重要的设计参数,不准确的设计取值将使得风电叶片的主梁帽和腹板粘接厚度超差,叶片结构寿命大幅度降低。本文系统地研究了两种典型的风电叶片用单向复合材料的厚度变化规律,发现单层厚度主要受原材料种类、铺层数的影响,而一些典型的工艺参数如真空度、温度等则影响很小。研究还发现总厚度与层数存在线性关系,可以用数学模型描述。此项研究为合理使用原材料进行叶片设计打下了良好的基础。

复合材料挖补修理技术研究现状与发展趋势

贺强, 杨文锋, 唐庆如

2015, 0(4): 85-90.

摘要 ( 6 )

PDF (832KB) ( 23 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

复合材料在航空器上的大量应用导致了对高效可靠的复合材料结构维修技术的迫切需求。针对挖补修理这一先进的复合材料结构修理技术,首先给出了复合材料挖补修理技术体系;分析总结了挖补修理各个关键技术环节的研究现状;最后对挖补修理技术存在的问题及未来的发展方向进行了展望。复合材料挖补修理技术将为设计、制造、运营等航空器全生命周期的各阶段提供技术支持,可有效提高航空器的安全性和降低成本。

FRP加固木结构研究和应用综述

邵劲松, 薛伟辰, 刘伟庆, 王乐

2015, 0(4): 91-95.

摘要 ( 9 )

PDF (1749KB) ( 21 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

与传统加固方法相比,FRP加固技术具有轻质高强、操作简便、耐久性好等特点,在木结构加固中具有重要的应用前景。详细叙述了国内外FRP加固木结构受压、受弯和受剪性能的研究方法和得到的结论,介绍了FRP加固木结构技术在建筑和桥梁中的应用概况。在总结已有研究中缺乏FRP对木柱约束效应、考虑木结构实际应力应变模型的加固木梁受弯性能及FRP加固木梁受剪性能三个方面研究的基础上,提出针对这三个方面进一步研究不同加固方式和加固参数对FRP加固木结构受力性能影响的建议,为制定FRP加固木结构标准奠定基础。

行业资讯目录

2015, 0(4): 96-128.

摘要 ( 5 )

PDF (19119KB) ( 18 )

当期目录