复合材料科学与工程

祖磊, 胡海晓, 王继辉, 李书欣

2014, 0(10): 5-10.

摘要 ( 29 )

PDF (2192KB) ( 62 )

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由于树脂基复合材料层合板对冲击作用比较敏感,因此,在使用过程中受到低能冲击时,极易产生不可见损伤,造成复合材料在强度和刚度上的损失,严重威胁结构的安全使用性。本文借助四点弯曲实验分别对五种不同铺层的乙烯基树脂/玻纤复合材料拐角在不同能量冲击后的弯曲刚度衰减进行了测试,讨论了不同铺层和冲击能量对复合材料拐角抗冲性能的影响。研究结果表明,随着冲击能量的增加,冲击损伤越明显,剩余弯曲刚度越低,各种铺层冲击破坏面积与刚度下降呈现基本一致的趋势;相邻铺层的铺层角相差越小,复合材料拐角的弯曲刚度越大,冲击后弯曲刚度损耗越小,[45°/0°/-45°/90°]铺层的冲击后刚度损失率最低,正交铺层的试样组抗冲击性能最差。

苯基苯酚改性酚醛树脂的裂解性能研究

秦小婷, 刘育建, 张衍, 方俊

2014, 0(10): 11-15.

摘要 ( 37 )

PDF (1743KB) ( 50 )

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采用热重分析(TGA)、裂解气质联用(Py-GC-MS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对苯基苯酚改性酚醛树脂的裂解机理进行了研究。结果表明,苯基苯酚改性酚醛树脂中的亚甲基反应活性较高,450℃条件下即开始断裂,同时亚甲基与酚羟基发生反应,产生酚类、苯环类及其甲基衍生物。在更高的温度下树脂发生结构重排形成蒽、菲类物质,并进一步发生脱氢炭化反应。裂解气质联用分析证明,在相同的裂解条件下,苯基苯酚改性酚醛树脂的裂解挥发份明显少于普通酚醛树脂。论文通过对树脂微观结构随温度演变的过程进行研究,对苯基苯酚改性酚醛树脂具有优良耐热性的根本原因进行了诠释。

交变载荷作用下纤维增强密封复合材料界面脱黏研究

吴登科, 顾伯勤

2014, 0(10): 16-20.

摘要 ( 41 )

PDF (1317KB) ( 53 )

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界面脱黏是纤维增强密封复合材料界面破坏的主要表现形式,其可视为一种特殊的裂纹扩展。本文基于剪滞模型研究了纤维增强密封复合材料中纤维和基体界面在交变载荷作用下的裂纹扩展规律。在考虑疲劳加载引起的脱黏界面损伤和损伤分布不均匀性以及材料泊松比影响的基础上,建立了等效Paris公式,得到了疲劳裂纹扩展长度、扩展速率、界面上摩擦系数和加载次数之间的关系。

BFRP约束混凝土短柱轴压性能的截面尺寸效应研究

刘华新, 孙英明, 王学志, 邢宪才

2014, 0(10): 21-26.

摘要 ( 36 )

PDF (1950KB) ( 48 )

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为了研究BFRP约束不同截面高宽比混凝土短柱轴压性能,进行了五种不同截面高宽比BFRP约束混凝土短柱的轴心抗压试验。按照截面高宽比、包裹层数,试件分15组,每组3个相同试件。结合试验结果,通过理论分析和数值模拟研究试件的轴心抗压强度、峰值应变及应力-应变关系。研究结果表明,各组试件的裂缝开展和破坏形态基本一致;截面高宽比不同试件的轴心抗压强度存在明显的截面尺寸效应;峰值应变随试件截面高宽比的变化比较离散,没有明显的规律;建立的强度模型与试验结果吻合较好;采用ANSYS分析软件能较好地模拟BFRP约束混凝土短柱的轴压性能。

基于TOM理论的金属裂纹板复合材料胶接修补胶层应力分析

郝建滨, 穆志韬, 李旭东

2014, 0(10): 27-31.

摘要 ( 35 )

PDF (1348KB) ( 51 )

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针对复合材料胶接修补结构,基于TOM理论,提出了一种改进的Rose L R F胶层剪应力分析方法。该方法考虑了金属母板厚度方向上的剪切应力变化,认为剪应力沿厚度方向呈线性变化,并通过有限元数值方法进行了验证,分析了不同厚度的金属裂纹板组成的修补结构中的胶层剪应力。结果表明,当金属板厚度较薄(板厚与板长之比小于0.1)时,该方法得到的剪应力比Rose L R F给出的结果更接近于有限元解。

开孔复合材料壳体封头的数值模拟及试验

杨乐, 张浩哲, 杨喜军, 刘洪城

2014, 0(10): 32-36.

摘要 ( 29 )

PDF (1895KB) ( 69 )

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本文对某ø1m碳纤维壳体前封头开孔状态进行了数值分析和水压试验验证。采用层合单元建立该纤维缠绕壳体的变厚度数学模型,得到开孔后的壳体内压作用下的变形规律。结果表明,采用的计算方法能较好地模拟水压试验情形,变形规律基本一致。封头开孔后金属前接头位移最大,并向赤道位置呈梯度逐渐减小;顺纤维方向应变较大区域分布在孔边分度圆两侧孔径2/3的范围内,大于该范围应变值显著减小;经过孔中心的母线方向应变值从开孔边缘向两侧逐渐增加,最大值小于2100ε。

热-力载荷下复合材料/金属双面胶接接头界面力学模型

苏维国, 穆志韬, 李旭东

2014, 0(10): 37-41.

摘要 ( 46 )

PDF (1553KB) ( 75 )

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在温度和静拉伸载荷共同作用下,考虑胶层的材料非线性,建立了复合材料/金属双面胶接接头界面的力学分析模型,推导出弹性响应和塑性响应下胶层剪应力的分段表达式,使用胶层最大剪应变失效准则计算出胶层主导破坏的结构极限载荷,并与有限元数值结果进行对比和验证。分析表明,双面胶接接头应力分析理论模型与相关简化假设正确、合理。在此基础上,研究了复合材料/金属双面胶接接头在热-力载荷下的胶层剪应力分布特点、破坏模式和失效机理,为胶接结构的承载能力分析及结构改进设计提供理论依据。

纤维增强复合材料宏观性能预测与可靠度分析

刘万雷, 常新龙, 张晓军, 胡宽

2014, 0(10): 42-47.

摘要 ( 29 )

PDF (1890KB) ( 62 )

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针对纤维增强复合材料细观性能的不确定性,采用基于桥联模型的Monte-Carlo方法,预测了复合材料宏观性能分布规律,并从宏、细观两个角度计算了四边简支复合材料层合板的可靠度。研究结果表明,复合材料宏观弹性模量、剪切模量服从正态分布,拉伸强度服从威布尔分布。利用细观和宏观参数计算得到的复合材料层合板可靠度结果趋于一致,表明直接利用细观参数计算复合材料可靠度是可行的。

竹增强环氧乙烯基树脂的制备及性能研究

栗洪彬, 李炜, 罗永康

2014, 0(10): 48-52.

摘要 ( 21 )

PDF (1350KB) ( 41 )

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和传统的钢护拦相比较,竹片增强复合材料护拦具有重量轻、成本低、耐腐蚀、环境友善和可再生性等优点。但是竹纤维表面的复杂成分,影响了复合材料的界面性能。本文利用竹片作为增强材料,采用真空辅助成型方法制备了竹片增强环氧乙烯基树脂复合材料,研究了表面改性和铺层数对竹复合材料弯曲强度和冲击韧性的影响,并对单向复合材料的冲击断面破坏方式进行了分析。结果表明,在不同铺层结构条件下,用经过碱与硅烷偶联剂改性处理过的竹条制备的复合材料的弯曲强度分别提高了31.95%、46.72%、29.58%,冲击韧性分别提高了25.62%、29.74%、28.61%,而且单向复合材料的弯曲和冲击性能最佳。当单向复合材料中的竹片铺层为15层时,其冲击吸收功为13.55J,拉伸强度为270MPa,弯曲强度为340MPa,在主要性能上能满足公路防撞护栏对其原料Q-235B钢的要求;通过扫描电镜分析发现,竹片增强复合材料防撞护栏材料的防撞机理表现为竹纤维抽拔断裂、基体断裂、纤维/基体界面脱黏以及剪切分层。本文的结果对复合材料公路防撞护栏的制备有一定的指导作用。

湿法制备长碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的性能

徐春飞, 周晓东

2014, 0(10): 53-57.

摘要 ( 27 )

PDF (2066KB) ( 51 )

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利用湿法浸渍工艺制备碳纤维和聚苯硫醚纤维的混合纤维坯料,经干燥、模压成型后,制得长碳纤维增强聚苯硫醚(LCF/PPS)复合板材。本文考察了水中碳纤维浓度、碳纤维含量和长度对复合板材冲击、弯曲等力学性能的影响,并通过SEM表征板材断面的形貌,分析碳纤维在树脂中的分散情况及对板材力学性能的影响。结果表明,在本实验体系中,当碳纤维在水中湿法分散的浓度为0.5g/L,长度和含量分别为9mm、45wt%时,可以得到高性能的LCF/PPS复合材料,冲击强度为49.1kJ/m²,弯曲强度和模量为178.51MPa和18.56GPa;从板材的冲击样条断面可以看到,碳纤维在树脂中的分散比较均匀,纤维与树脂的黏结性好。

碳纤维织物电阻特性研究

丁海滨, 曾竟成, 彭超义, 杨孚标

2014, 0(10): 58-61.

摘要 ( 43 )

PDF (1092KB) ( 75 )

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研究碳纤维织物的电阻特性对于指导加热抗冰复合材料研究具有重要意义。本文研究了长度、宽度、铺层数等参数对T300碳纤维织物的电阻特性的影响规律,并对比分析了浸入树脂后的复合材料与碳纤维织物的电阻变化规律。研究表明,电阻与碳纤维织物的长度呈线性增大关系;电阻与碳纤维织物的宽度和铺层数呈非线性减小关系,不同于常规导体的反比关系;浸入树脂会使碳纤维织物电阻减小约0.1Ω,通常可以忽略不计。

双轴向经编针织复合材料的冲击压缩性能

方芳, 潘忠祥

2014, 0(10): 62-65.

摘要 ( 31 )

PDF (1770KB) ( 46 )

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利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对双轴向经编针织(BWK)复合材料在面外、面内共三个方向进行了高应变率压缩试验,并在MTS材料试验机上进行了准静态压缩试验。计算并提取各应变率下的应力-应变曲线,观察各应变率下材料的破坏形态特征。结果表明,双轴向经编针织(BWK)复合材料具有应变率敏感性和各向异性,在面外压缩中其破坏形态主要是剪切破坏,在面内压缩中准静态下为剪切破坏,在高应变率下为分层破坏。

醋酸锆改性酚醛树脂复合材料的性能研究

李哲, 周权, 陈麒, 倪礼忠

2014, 0(10): 66-69.

摘要 ( 28 )

PDF (1442KB) ( 64 )

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以玻璃纤维(GF)为增强材料,制备了玻纤/醋酸锆改性酚醛树脂(GF/ZPF)复合材料,考察了树脂中锆含量对复合材料弯曲强度、线烧蚀率的影响以及复合材料线烧蚀率和烧蚀形貌随烧蚀时间的变化。结果表明,ZPF在1000℃的残炭率为68.7%,相比纯酚醛树脂(PF)提高了21.7%;当树脂中锆含量为14%时,GF/ZPF复合材料的弯曲强度达到最高值642MPa;当锆含量由10%增加到15%时,GF/ZPF复合材料的线烧蚀率由0.0305mm/s降低到0.0208mm/s;随着烧蚀时间的延长,GF/ZPF复合材料的线烧蚀率基本没有变化,表明GF/ZPF复合材料具有优异的耐烧蚀性能。

自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响研究

成志钢

2014, 0(10): 70-74.

摘要 ( 29 )

PDF (1451KB) ( 81 )

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运用有限元分析软件,分析了不同的自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响,采用新的许用应力幅度-循环次数曲线代替JB 4732,对不同自紧压力下的疲劳寿命进行了计算,认为如果不进行自紧处理,无法满足气瓶疲劳试验的要求。

玻璃钢夹套罐的热平衡分析及制作技术

程艾琳, 杜惠波, 张国军

2014, 0(10): 75-77.

摘要 ( 28 )

PDF (845KB) ( 56 )

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本文就适用于食品酿造行业的玻璃钢夹套罐的材质、耐腐蚀性、强度、温度控制等方面进行分析,提出了玻璃钢夹套罐的特殊制作技术及热分衡分析方法。

内嵌预应力纤维材料加固混凝土梁概述

张春生, 赵旭, 丁亚红

2014, 0(10): 78-83.

摘要 ( 29 )

PDF (1104KB) ( 43 )

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针对目前FRP材料在土木工程领域中的研究现状,在阅读大量国内外相关资料的基础上,简单介绍了FRP复合材料加固技术的发展,并重点分析了内嵌预应力FRP板或筋材加固法的特点及工程应用方面的若干问题。通过分析得到,内嵌预应力FRP板条或筋材加固法是一种有效的加固技术,但实用的张拉锚固技术及影响加固效果的相关参数研究有待进一步深入探讨。

复合材料板簧研究进展

杨德旭, 祝海峰, 张林文

2014, 0(10): 84-89.

摘要 ( 11 )

PDF (1487KB) ( 165 )

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本文总结了复合材料板簧的研究及应用情况,分析了原材料选择、成型工艺、成型设备、结构设计及性能测试等方面的问题,并对今后复合材料板簧的开发提出了相应的建议。

编织机及编织工艺的发展

赵展, Md. Hasab Ikbal, 李炜

2014, 0(10): 90-95.

摘要 ( 38 )

PDF (1929KB) ( 391 )

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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。

也谈“认识复合材料,用好复合材料”——复合材料可设计思想的理解

张林文

2014, 0(10): 96-97.

摘要 ( 23 )

PDF (729KB) ( 91 )

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