本文应用分子力学计算了芳纶纤维增强聚苯硫醚复合材料的界面体系的能量,由此揭示芳纶纤维表面经某种化学处理后界面增强的微观机理。
根据管状纤维缠绕制件的成形特点,以干纤维束横截面积、纤维体积含量、芯模尺寸及一个铺设行程中芯模转过的圈数为基本参数,给出了具有不同缠绕角管壁厚的计算方法;之后,根据缠绕管件具有周向均匀弹性模量的特点,将管件化分为管壁元,对其进行位移、应变、应力分析,并在管件上进行整合,从而提出一种纤维缠绕复合材料管在拉伸、剪切及弯扭载荷作用下的分析模型;最后将管壁厚计算方法和管壁元分析模型用于计算管件,并将理论计算结果与可得到的实验结果和有限元数值计算结果进行对比,结果表明,理论计算结果与实验结果均有较好的一致性。
采用金属内衬外部缠绕纤维增强复合材料,可减轻纯金属身管重量,提高身管刚度。为分析复合材料身管高温火药燃气热冲击作用影响,采用有限元数值方法,考虑温度场和应力场相互影响,进行结构热弹性直接耦合计算,得到了复合材料身管二维瞬态温度场和应力场。结果显示,由于复合材料的各向异性及与金属导热性能的差异,连续射击时的复合材料身管内应力规律很复杂,热应力影响相当重要,不可忽略,研究结果论证了复合材料身管的设计方案的可行性,为实弹射击实验提供了理论计算依据。
设计高性能水平轴风机是如今风机设计的趋势。风机工作环境恶劣,要计算所有因素对风机性能的影响不太现实。本文运用动量理论和叶素理论分析了实度、桨矩角、锥角、倾角和叶片厚度对风轮气动性能的影响。分析表明,风轮气动性能对实度、桨矩角敏感度高,叶片厚度对风轮气动性能影响不大。对敏感参数进行优化设计,有利于风机在低成本情况下提高其性能。
通过普通环境、碱环境和氯离子环境下CFRP的耐久性试验,研究腐蚀环境对CFRP的力学性能的影响。试验结果表明,碱环境下CFRP抗拉强度有下降趋势,弹性模量和极限应变基本保持不变|氯离子环境下,CFRP抗拉强度和弹性模量有增加趋势,极限应变基本保持不变。
研究了有机硅树脂/石英纤维复合材料的拉伸性能、耐高温性能和介电性能。研究结果表明,纤维预处理方式对纤维和复合材料力学性能有较大影响。采用甲苯浸泡,继而350℃高温加热400s可在获得较好纤维强度的前提下除去浸润剂。复合材料经热处理后仍能保持很好的力学强度和介电性能,550℃处理后,拉伸强度达到了360MPa以上,介电常数仍在3.30以下,满足导弹天线罩用复合材要求。
用差热扫描分析四甲基双酚F型氰酸酯树脂的固化反应特性,用红外光谱跟踪其聚合反应过程,用阿贝折射仪监控氰酸酯树脂聚合反应过程中折光系数的变化情况。结果表明,四甲基双酚F型氰酸酯树脂的热均聚过程在160～200℃环境下反应过程缓慢,便于制作预聚体的工艺操作|常温状态呈琥珀状透明胶体的预聚体适宜的氰基转化率为36～38%|预聚体制作过程可以用树脂折光指数的变化情况进行控制,适宜的折光指数范围为1.5760～1.5820。
通过4,4'-二炔丙氧基二苯醚与二乙炔基苯共聚制备改性聚芳基乙炔树脂(MPAA),并对工艺性能、浇铸体热性能及其复合材料的力学性能进行研究。DSC研究表明,MPAA有效降低了PAA树脂的固化热,MPAA具有良好的工艺性能|TGA、DMA结果表明,固化MPAA与PAA相比,脆性得到改善,仍具有较好的热稳定性,MPAA在800℃时的残碳率为76%。MPAA树脂基复合材料的力学性能比PAA树脂有明显提高,230℃下弯曲强度保留率为82%。
碳/玻混杂纤维增强塑料(HFRP)筋具有弹性模量高、造价低的特点,受到工程界广泛关注。完全采用试验方法研究碳/玻混杂纤维筋混凝土梁的抗弯性能,往往成本较高。本文在试验研究的基础上,应用ANSYS软件对HFRP筋混凝土梁的抗弯性能进行有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好,从而为HFRP筋混凝土的推广应用提供了一条便捷的研究方法。
RTM工艺中,树脂在管道中的流动符合达西定律的条件为流体的层流运动且雷诺数小于1。本文通过改变RTM工艺中管道的出入口长度和直径大小,采用有限元法,对管道中树脂的流动进行模拟,得出出口的速度与雷诺数的关系式和常用管道中树脂的流动速度范围。结果表明,出口速度跟长度关系不大,但跟管道的直径比有关。当进口直径分别为6mm、10mm、16mm、20mm,出口段的直径分别为6mm、10mm、16mm时,速度的最大值分别为694.442mm/s、416.667 mm/s和260.414mm/s。
总结分析了腐蚀混凝土梁用FRP片材加固后的疲劳特性。共10根梁试件,其中1个梁未加固未腐蚀作为标准梁|3个梁进行腐蚀但未加固|3个腐蚀梁用GFRP布U型加固|3个梁受拉区用CFRP布进行抗弯加固,同时用GFRP布U型固定。当纵筋腐蚀到5.5%后,用FRP加固。FRP加固后,一些梁立即进行疲劳试验使其破坏,一些梁再进行第二次腐蚀以研究CFRP加固对梁抗腐蚀耐久性的影响。腐蚀坑使钢筋疲劳寿命明显下降。用U型FRP包裹RC梁不能明显改善梁的疲劳性能|但用CFRP加固梁受拉区,可显著提高梁的疲劳性能。预应力加固降低了梁中纵筋应力幅,疲劳寿命随预应力水平的增大而提高,预应力加固使梁的疲劳寿命明显提高。
风机叶片正向超大型化、轻质化和高性能化方向发展。高效率的风电机组必然要求高性能的风轮叶片,气弹剪裁则是获得高性能叶片的一种有效方法,而弯扭耦合是实现气弹剪裁的一种途径。本文通过研究弯扭耦合的控制参数,建立了弯扭耦合的理论估算公式,并对现有750kW叶片主梁重新进行弯扭耦合设计。研究结果表明,碳纤维取代玻纤单向布对主梁的重新设计,将大大提高叶片的整体性能。
纤维增强复合材料已经显示出巨大的潜力,广泛应用于木结构加固领域中。本文通过介绍国内外FRP与木材的界面性能的研究现状,分析了FRP与木材的界面粘结性能研究中的相关问题,同时对其今后的研究进行了展望。
