复合材料科学与工程

冯消冰, 黄海, 王伟

2013, 0(3): 3-7.

摘要 ( 28 )

PDF (377KB) ( 22 )

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本文的主要研究内容是基于遗传算法对大型风机复合材料叶片进行铺层优化设计,对其进行优化设计必须建立在深入理解力学原理,熟悉掌握数值计算方法的基础上。因此,在深入研究单层复合材料以及叠层复合材料的弹性特征理论基础和改进的遗传算法优化理论之后,参考了一定的铺层规则,在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下,应用遗传算法对大型风机复合材料叶片进行了铺层优化设计。设计结果表明,由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势,在叶片铺层的优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。

基于虚拟裂纹闭合法计算组合材料的应变能释放率

陈玉良, 程宸, 万水, 蒋正文

2013, 0(3): 8-12.

摘要 ( 24 )

PDF (743KB) ( 32 )

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本文研究了将虚拟裂纹闭合法应用ANSYS 有限元计算软件,计算组合材料的应变能释放率。在有限元计算中,为了减小后处理工作量,将弹簧单元施加在裂纹尖端。在实际的有限元计算中,COMBIN14 单元被用来建立有限元模型,从而将求解过程和后处理过程联系起来,自动计算出能量释放率。随后,将该方法应用于计算组合材料的应变能释放率,进行数值模拟实验。通过分析比较数值计算结果和理论值,表明该数值分析方法所计算出的应变能释放率与理论值完全符合,该数值分析方法是一种高效,精确的数值分析方法。

FRP加固钢筋混凝土梁实用刚度模型

蔺新艳, 孟海平, 杨健辉, 朱小静

2013, 0(3): 13-17.

摘要 ( 15 )

PDF (709KB) ( 23 )

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为了解决正常使用荷载下FRP 加固钢筋混凝土梁的变形预测问题,本文基于刚度解析法建立了该类构件的实用刚度解析模型,模型中引入了β 和λ 两个参数分别用以考虑FRP 使受拉钢筋和受压混凝土变形减小从而对构件刚度的影响。然后利用该模型预测了加固构件的跨中挠度,并与实测结果进行了比较,两者之间吻合很好。研究表明,加固梁的刚度随FRP用量的增加而提高;所提出的刚度模型简单实用并具有较高的预测精度,可以作为工程设计的参考。

氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板高温后拉伸性能试验研究

徐明, 韩春雷, 陈忠范

2013, 0(3): 18-21.

摘要 ( 21 )

PDF (974KB) ( 21 )

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针对碳纤维片材加固混凝土结构所用有机胶软化点过低的问题,研制了具有一定耐高温性能,可用于碳纤维粘结的氯氧镁胶凝材料。本文完成了60 块不同层数(2、4、6、8 层) 的氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板在20 ~ 400℃高温后的拉伸性能试验。通过对试验结果的分析,研究了碳纤维板的层数及所经历温度对高温后氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板的残余抗拉强度及弹性模量等的影响。试验结果表明,常温下,采用MOC 粘结碳纤维板抗拉强度与采用有机胶浸渍碳纤维板相当;经300℃高温处理后的氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板抗拉强度仍可以保持其常温下抗拉强度的70%左右,但是400℃后,碳纤维板抗拉强度迅速下降,仅为常温下抗拉强度的35%左右;随着温度的升高,高温处理后的碳纤维板弹性模量逐渐降低。

耐高温碳纤维复合芯基体树脂研究

刘辉, 陈新, 王英男, 杨长龙

2013, 0(3): 22-25.

摘要 ( 17 )

PDF (771KB) ( 21 )

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碳纤维复合芯导线的卷绕性能主要取决于所用树脂体系的韧性,本文对高温碳纤维复合芯导线所用树脂体系进行了研究。试验结果表明: 4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂可以满足碳纤维复合芯的耐高温要求; 为了进一步提高碳纤维复合芯导线的安全可靠性,采用核壳结构聚合物对树脂体系进行增韧,使碳纤维复合芯的卷绕性能进一步提高。选用4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂和甲基纳迪克酸酐为主体树脂,加入其他辅料和10 份增韧剂所得到的配方,经过拉挤试验及综合性能测试结果表明,本实验采取的树脂配方可以满足拉挤工艺及碳纤维复合芯导线40D 卷绕性能要求。

风电叶片用结构胶粘剂粘度及触变性试验分析

谈娟娟, 贾智源, 宋秋香

2013, 0(3): 26-29.

摘要 ( 22 )

PDF (667KB) ( 25 )

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风力发电是结构胶粘剂的新兴应用领域,在风电叶片的生产、组装、部件制造中有着广泛的应用,是风电叶片整体结构中的关键组成。有效地分析评价风电叶片用结构胶粘剂对于保证叶片的质量极为重要。胶粘剂的流变性是评价其质量和工艺性能的关键因素,其中粘度和触变性是两个极为重要的表征量。通过对风电叶片用结构胶粘剂在不同测试条件下的粘度和触变性试验,总结不同测试条件对胶粘剂粘度及触变性评价的影响,并提出使用触变环法评价结构胶粘剂的触变性的方法。经过分析表明,触变环法能够定性定量地表征胶体的触变性。

结构参数对模态方法检测脱粘缺陷的影响研究

艾春安, 彭炯, 徐志高, 李剑

2013, 0(3): 30-33.

摘要 ( 13 )

PDF (904KB) ( 22 )

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本文以含脱粘的金属/复合材料粘接结构为对象,研究在结构含脱粘缺陷情况下,复合材料厚度对固有频率、振型和柔度矩阵的影响。结果表明,随着厚度的增大,固有频率、脱粘区域的振型和柔度矩阵的变化率都呈现出先增大后减小的趋势,在厚度为5mm 附近有最大值;柔度矩阵检测不同复合材料厚度下小面积脱粘是可行的。论文研究结果可为下一步运用模态方法对喷管的脱粘缺陷进行实验检测提供相应的理论指导。

等离子接枝处理玄武岩纤维表面的机理研究

李伟娜, 申士杰, 马春梅

2013, 0(3): 34-38.

摘要 ( 12 )

PDF (1288KB) ( 21 )

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采用等离子接枝法分别对玄武岩纤维、KH550 处理玄武岩纤维、KH570 处理玄武岩纤维进行表面处理,研究等离子接枝马来酸酐对纤维表面产生的影响。采用FTIR、XPS 和SEM 分别表征处理纤维表面的微观形态变化。结果表明,马来酸酐已经成功接枝到BF、BF-KH550、BF-KH570 三种纤维表面上,并在纤维表面引入COOR 官能团。经等离子接枝处理后,三种纤维表面的O/C 增大,其中BF-KH570 增幅最大,由0. 74 增大到1. 139。

缝合泡沫夹层复合材料的滚筒剥离性能

潘利剑, 刘卫平, 陈萍, 戚方方

2013, 0(3): 39-42.

摘要 ( 13 )

PDF (1244KB) ( 22 )

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制备了改进锁式缝合、临缝式缝合、双线链式缝合等三种缝合方式下不同缝合密度、缝线直径的缝合泡沫夹层复合材料,并对其滚筒剥离性能进行了测试。结果表明,未缝合泡沫夹层复合材料的剥离载荷上升到一定高度后便趋于稳定,而缝合泡沫夹层复合材料的剥离载荷上升到一定高度后呈正弦曲线变化; 缝合后最大剥离载荷的平均值得到大幅度的提高,可增加到原有的1. 6 ~ 4. 7 倍左右;缝合参数相同,缝合方式不同的缝合泡沫夹层复合材料的剥离载荷存在一定的差异,同样的缝合方式下,缝合密度、缝线直径越大,剥离载荷越大。

单一纤维喷射混凝土的力学性能试验研究

李燕飞, 杨健辉, 丁鹏, 赵红兵

2013, 0(3): 43-46.

摘要 ( 10 )

PDF (599KB) ( 21 )

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由于隧道施工过程中的塌方现象与喷射混凝土的质量密切相关,故研究强度高、韧性好的高性能喷射混凝土是地下工程施工所亟需研究的内容之一。本文分别对单掺钢纤维、聚丙烯纤维和仿钢纤维喷射混凝土的抗压强度、抗折强度和折压比进行了试验研究,并将其与普通喷射混凝土的力学性能进行了比较。结果表明,适当掺量的纤维喷射混凝土较普通喷射混凝土的抗压强度、抗折强度及折压比都有明显提高;当仿钢纤维掺量为0. 3%时的强度及折压比为最优,并以价格优廉、分散性好、不易锈蚀等优点可以取代钢纤维和聚丙烯纤维在工程中的应用。

拱效应下纵向约束刚度对4./0 筋混凝土桥梁面板力学性能的影响

李春红, 郑愚, 魏德敏

2013, 0(3): 47-52.

摘要 ( 24 )

PDF (1161KB) ( 21 )

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混凝土桥梁面板受到外围构件的约束时会在内部形成拱效应,在拱脚处产生沿板跨纵向的约束力。为了研究纵向约束刚度对板带力学性能的影响,对6 块端部受到转动约束及纵向约束的GFRP 筋混凝土试件进行了破坏性实验。从实验中发现:随着纵向约束刚度的增加,约束力逐渐增强,试件受压区范围随之增大,筋材应变减小,跨中挠度及裂缝的发展减缓,板带的正常使用性能及承载力极限值均得到提高。结合前期研究把纵向约束刚度对受压区高度的作用进行量化后,可得到约束力的计算公式,其预测值与实验测得的约束力较为接近。纵向约束力的计算值及实验结果均表明,当纵向约束刚度与板带纵向受压刚度的比值为0. 25 ~ 2. 00 时,纵向约束将明显提高板带的力学性能。

双向拉伸金属-复合材料元件力学性能仿真研究

张恩学, 孙银宝

2013, 0(3): 53-57.

摘要 ( 16 )

PDF (1043KB) ( 23 )

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复合材料在航空领域的应用越来越广泛,在对其具有强大需求的背景下,如何通过理论与试验更好地预测其关键部位性能也变得极为重要。目前金属-复合材料连接行为仍是一个难点,现有航空结构的关键部位还需金属连接,这就有必要进行金属-复合材料连接研究。本文通过考虑树脂基复合材料的固化残余应力,针对积木式试验中的元件级别,采用通用有限元软件ANSYS 对双向金属-复合材料元件的力学行为响应进行数值模拟研究。计算结果表明,元件级别的金属-复合材料连接部分固化残余变形高达0. 67mm,主要表现为翘曲变形。在极限应变下,层间应变高达0. 022。

碳纤维/TDE85 环氧树脂复合材料界面性能的研究

张琳, 郑莉, 迟波

2013, 0(3): 58-61.

摘要 ( 20 )

PDF (907KB) ( 21 )

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高性能碳纤维增强树脂基复合材料因其轻质、高强、高模量等优势,已在航空航天等领域广泛应用,增强体与树脂基体之间的界面结合状况对其性能有很大影响,因此对界面进行研究具有非常重要的意义。本文分别研究了T800、CCF300、T300 三种碳纤维增强TDE85 环氧树脂复合材料的界面性能。运用XPS 对碳纤维和单纤维复合材料试样的表面化学成分进行了表征,XPS 结果表明,与树脂复合后,碳纤维表面官能团的含量、结构及化学环境都发生了明显的变化,界面产生了较强的物理和化学作用。利用DCT21 测量仪测试碳纤维与环氧树脂TDE85 的接触角,分析了纤维与树脂的润湿性,实验结果显示纤维与树脂的润湿性良好。在此基础上,通过微滴脱粘方法测量纤维与树脂的界面剪切强度,以表征其界面粘结性能。微滴脱粘的实验结果显示,T800 /TDE85 体系的IFSS 值高达79. 7MPa,比T300 /TDE85、CCF30 /TDE850 体系分别高21%、24%。

CNG复合材料缠绕气瓶自紧压力的优化

郭亚芳

2013, 0(3): 62-65.

摘要 ( 15 )

PDF (839KB) ( 23 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

面对日益恶化的环境和石油资源的枯竭,使得作为清洁能源应用典型的CNG 气瓶的使用逐年增加,CNG 汽车在国内逐渐推广使用。CNG-2 气瓶由于其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了广泛的应用。使用过程中,CNG 气瓶也出现了一些故障和爆炸事故,从而导致气瓶的安全分析和研究越来越受到关注。而自紧则是对气瓶安全的第一道防线,如何选择合适的自紧压力成为重中之重。本文以CNG-2 气瓶为研究对象,以ANSYS 为分析工具,详细说明了自紧压力的优化过程。

胶-螺混合连接承载力的参数影响研究

袁辉, 刘鹏飞, 赵启林, 马毓

2013, 0(3): 66-71.

摘要 ( 11 )

PDF (927KB) ( 21 )

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针对胶层与螺栓可以协调变形的胶-螺混合连接接头,通过理论分析与实验对比的方法,研究了胶层厚度、螺栓位置、螺栓刚度等参数对胶-螺混合接头承载力的影响规律与机理,分析了现有承载力计算公式的适用范围。研究结果表明,接头相关几何力学参数的变化将影响接头的破坏形式和承载力,现有承载力计算方法有一定的适用范围。

新型水溶性模具材料的性能及其应用研究

马立

2013, 0(3): 72-75.

摘要 ( 28 )

PDF (925KB) ( 22 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文研究了一种新型水溶性材料AquacoreTM的性能,包括密度、线膨胀系数、压缩强度和压缩蠕变率。试验结果表明,该材料的密度ρ≈0. 47g /cm3,线膨胀系数α = 1. 17 × 10 – 6 /℃,190℃下的压缩强度为2. 40MPa,压缩蠕变率ε < 1. 5%。同时开展了工程应用研究,使用这种材料的模具制造了碳纤维复合材料双峰波纹结构件,研究了模具表面粗糙度对产品表面粗糙度的影响以及脱模方式对产品的影响。测试结果显示,经表面处理后的水溶性模具的表面粗糙度Ra = 1. 2,产品接触面的表面粗糙度Ra = 3. 4。脱模过程中温度和水对产品影响不大,产品的吸湿量为0. 98%。研究证实,这种水溶性模具特别适于制造结构复杂、脱模困难的复合材料制件。

兆瓦级大型风力发电机叶片的无损检测

徐阳, 刘卫生, 乔光辉

2013, 0(3): 76-79.

摘要 ( 14 )

PDF (1143KB) ( 21 )

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针对目前大型叶片质量控制难,肉眼无法判断缺陷的位置和大小的问题,采用超声波探伤和激光散斑干涉等方法相结合的手段,超声波主要应用于玻纤纤维层合板较厚和胶黏剂粘接的区域检测,激光散斑干涉主要应用于叶片夹层结构层的检测。通过不同设备检测优势相结合的方式来实现叶片的整体无损检测,而且可以在现场进行检测以保障风机的正常运行。

复合材料缠绕气瓶在随机振动环境下的力学分析

陈立, 任明法, 孙冬生

2013, 0(3): 80-83.

摘要 ( 20 )

PDF (962KB) ( 24 )

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本文以固定在支架上的复合材料缠绕气瓶为研究对象,研究其在使用过程中的随机振动下的应力,结合三区间法和Miner 准则进行疲劳寿命评估。在此基础上,以最长寿命内衬为目标,对气瓶的固定件-绑带进行优化分析,并给出了快速确定绑带间距的方法。

大长径比壳体芯模防裂技术

张胜利, 韩建平, 程勇, 杨杰

2013, 0(3): 84-88.

摘要 ( 18 )

PDF (988KB) ( 23 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

对大长径比壳体芯模产生裂纹的原因进行了研究,制定了消除裂纹的措施,取得了良好的效果,主要结论如下: 芯模骨架采用桁架式结构,零部件采用空心、加筋结构、选用轻质材料,有利于降低芯模重量,提高芯模骨架整体刚性; 芯模表层采用改性石膏,抵御变形能力增强,不易出现裂纹。

车载复合材料混凝土搅拌筒筒体的有限元分析

刘永, 刘卫生, 乔光辉, 陈亮师

2013, 0(3): 89-92.

摘要 ( 20 )

PDF (1022KB) ( 22 )

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车载复合材料混凝土搅拌筒具有质量轻、耐腐蚀、保温性好、使用寿命长、可塑性强等优点,在国外已得到广泛应用,而目前国内关于车载复合材料混凝土搅拌筒的研究还很滞后,还没有相关的企事业单位从事该产品的研究与开发。鉴于此,本文利用ANSYS 软件建立了车载复合材料混凝土搅拌筒筒体的有限元模型,并对搅拌筒自重、物料重量荷载作用下复合材料搅拌筒筒体的刚度及强度进行了计算与分析,旨在分析复合材料搅拌筒在混凝土搅拌车上应用的可靠性和适用性。

天然竹筒内竹纤维的分布规律研究

尚新龙, 毛腾飞, 管鑫, 王堋人

2013, 0(3): 93-96.

摘要 ( 22 )

PDF (955KB) ( 23 )

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天然竹材具有良好的力学性能,主要得益于其独特的结构。本文通过对竹子的壁厚与外径关系以及竹纤维百分含量、纤维直径、纤维平均周向间距等沿竹筒径向的分布规律的系统研究,得出了竹材筒壁的微观结构分布规律,为竹结构的仿生奠定理论基础。

5228A树脂基无胶膜蜂窝夹芯结构粘结性能研究

王振林

2013, 0(3): 97-101.

摘要 ( 18 )

PDF (2130KB) ( 23 )

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本文采用高树脂含量的5228A 预浸料作为胶接层制备出无胶膜蜂窝夹芯结构,通过超声无损检测、滚筒剥离断面形貌及滚筒剥离强度测试等分析了无胶膜蜂窝夹芯结构粘接性能随成型压力及胶接层树脂含量的变化规律。研究表明,5228A 树脂体系具有可控的流变特性,可适用于无胶膜蜂窝夹芯结构的制备; 5228A 树脂基预浸料具有良好的工艺性能,所制备的无胶膜蜂窝夹芯结构内部质量良好,蒙皮及蜂窝的粘结性能优良;蜂窝夹芯结构滚筒剥离强度随成型压力提高而提高,蜂窝夹芯结构滚筒剥离强度随胶接层树脂含量的升高而提高。

风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究

侯学杰, 黎华, 史俊虎, 林明

2013, 0(3): 102-105.

摘要 ( 26 )

PDF (877KB) ( 24 )

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风电叶片在运输、安装及服役过程中,可能产生某些原因导致的需要修补的损伤。本文针对修补损伤的挖补法,设计了一组实验,比较了预浸料胶接修补与真空灌注修补的工艺区别,以及修补件静态力学强度恢复率的差异,并对两种工艺修补效果的差异进行了讨论。结果表明,在静态力学性能方面,胶接修补的拉伸强度和层间剪切强度性能可达到初始的80%左右,真空灌注修补工艺的拉伸强度和剪切强度可恢复到90%以上。

RTM用改性乙烯基酯树脂体系成型工艺及性能研究

赵卫生, 孙超明, 王文晶, 彭玉刚

2013, 0(3): 106-108.

摘要 ( 12 )

PDF (765KB) ( 23 )

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制备了三种用于RTM 成型工艺的乙烯基酯树脂,分别命名为R-1,R-2,R-3。系统地研究了三种树脂体系的固化反应特性、工艺特性及其树脂浇铸体的力学性能。研究结果表明,三种树脂体系在室温(25℃) 下的粘度都很低,分别为350mPa·s、80mPa·s、70mPa·s,一定温度下的粘度均能达到500mPa·s 以下,且具有较长的适用期,符合RTM 注射工艺的要求。分析树脂浇铸体的力学性能可以看到,弯曲强度最高可达110. 05MPa,冲击强度最高可达12. 27kJ /m²。最终选定R-3 为综合性能最优的树脂体系。

树脂基复合材料蠕变性能研究进展

刘鹏飞, 赵启林, 王景全

2013, 0(3): 109-117.

摘要 ( 34 )

PDF (1548KB) ( 24 )

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树脂基复合材料在室温条件下的蠕变被认为是制约其更为广泛应用的主要瓶颈之一。本文综述了复合材料蠕变性能的研究进展,讨论了纤维、基体的蠕变性能以及温度、外部应力和材料性质对复合材料蠕变性能的影响规律。探讨了复合材料的蠕变机理,分析了目前常用的模拟和预测蠕变行为的模型,并就其适用范围进行了讨论,展望了该领域研究的发展态势。

耐高温环氧树脂研究进展

刘晓蓓, 王晓洁, 惠雪梅

2013, 0(3): 118-121.

摘要 ( 18 )

PDF (642KB) ( 65 )

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本文综述了提高环氧树脂耐热性的主要方法,一是通过环氧树脂或固化剂本身导入新结构,以改善其耐热性,如多官能度结构、芳环、液晶结构等;二是采用共混、共聚等方法对环氧树脂进行改性,如热塑性聚合物、有机硅、纳米材料等。并简要介绍了目前耐高温环氧树脂研究中存在的一些问题和发展方向。

大型复合材料结构件检测技术研究进展

杨节标, 张林文, 胡中永

2013, 0(3): 122-126.

摘要 ( 23 )

PDF (709KB) ( 21 )

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本文介绍了常用的大型复合结构件缺陷和损伤无损检测方法的研究进展、检测标准以及测试装备,并指出随着大型复合材料结构件在各个领域的大力发展,对其的检测必将引起越来越多的关注。

瓦克持续加强在华创新能力建设,化学业务平稳发展

2013, 0(3): 127-127.

摘要 ( 15 )

PDF (93KB) ( 21 )

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