复合材料科学与工程

汪准, 邓京兰, 王继辉, 祖磊

2015, 0(5): 5-10.

摘要 ( 789 )

PDF (3533KB) ( 701 )

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缠绕复合材料管道的缠绕角,是控制管道力学性能的重要工艺指标。传统的网格理论设计缠绕角时,没有考虑树脂的作用,而石油套管是以表层树脂开裂来判断破坏失效的,此类管道按网格理论计算出来的角度并不是实际测试时的最优角度。本文利用有限元方法,建立数值模型,计算了不同缠绕角的石油套管的力学性能及爆破压力。通过对比分析不同缠绕角对缠绕管的力学性能的影响,得出较优的缠绕角为51°,并测试得型号为9-5/8的碳纤维缠绕套管最小爆破压力比按网格理论计算的缠绕角时的爆破压力提高了20.3%,较大地提高了石油套管的力学性能,对复合材料在工程中的应用具有一定的实际意义。

大型碳纤维结构件用真空导入环氧树脂的对比分析

贾智源, 宋秋香, 关晓方

2015, 0(5): 11-15.

摘要 ( 51 )

PDF (1458KB) ( 94 )

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应用真空导入成型技术制作大型碳纤维复合材料结构件是大型化风电叶片制造技术的一个重要发展方向。由于碳纤维预成型体的可渗透性远远低于玻纤预成型体,因此具有特殊性能的环氧树脂是这一技术成功的关键。本文系统分析了三种专用环氧树脂体系的适用期、固化行为和力学性能,并与普通玻纤用环氧树脂进行了对比。分析结果表明,三种专用树脂的适用期长短不一,但都大于普通树脂;环氧酸酐体系固化过程中性能建立慢的特点,使其在大型结构件的应用中存在风险;预成型体预热有助于获得高纤维体积含量和力学性能更佳的碳纤维复合材料。

基于四点弯曲试验分析HPFRCC抗拉特性研究

刘泽军, 蔺新艳, 李艳

2015, 0(5): 16-20.

摘要 ( 28 )

PDF (1890KB) ( 57 )

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单轴抗拉试验(UTT)是目前国际上公认的最能展现HPFRCC抗拉特性的试验方法,但UTT试验操作复杂且对试验要求高,不便于实际工程中的质量控制。本文根据四点弯曲试验的实测荷载-跨中挠度曲线,并结合截面平衡条件及应力与应变分布,建立了采用四点弯曲试验分析HPFRCC抗拉特性的计算方法。计算结果与实测结果的对比表明,该模型能较好地评价HPFRCC的抗拉特性,为今后HPFRCC在实际工程中的大量应用提供了一种间接测定其受拉强度和极限拉应变的分析方法。

面板厚度对复合材料夹层梁整体及局部弯曲力学性能影响

张富宾, 刘伟庆, 齐玉军, 方海

2015, 0(5): 21-26.

摘要 ( 52 )

PDF (2742KB) ( 57 )

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考虑芯材局部压陷效应,对泡沫夹芯复合材料夹层梁整体及局部弯曲力学性能进行研究。分析了上面板厚度对夹层梁整体及局部弯曲力学性能影响规律。首先,对三种不同厚度上面板夹层梁进行三点弯曲试验,结果表明,夹层梁破坏模式为芯材压陷破坏和芯材剪切破坏;上面板厚度越大,夹层梁极限承载力越大;增大上面板厚度能有效减弱加载点位置芯材局部压陷效应。其次,基于考虑芯材竖向压缩变形的高阶剪切变形理论,对试验梁整体及局部弯曲受力机理进行分析,得到夹层梁上、下面板不同位置挠度及应变的分布规律。最后,对不同试验梁极限承载力进行理论分析,并与试验结果对比。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对氰酸酯树脂(BADCy)力学性能和热性能的影响

黄凤萍, 李春雪, 祝保林, 王君龙

2015, 0(5): 27-32.

摘要 ( 78 )

PDF (9676KB) ( 54 )

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通过异步合成法,将预聚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于改性双酚A型氰酸酯树脂(BADCy),制备了改性BADCy。文章通过对材料进行弯曲强度、冲击强度、动态热机械分析(DMA)、SEM、FTIR分析,探讨不同PMMA添加量对改性BADCy力学性能的影响。结果显示,与纯BADCy相比,当PMMA的质量分数为20%时,改性BADCy弯曲强度和冲击强度分别提高58.5%和88%,环氧树脂(EP)与BADCy相分离消失,玻璃化温度(Tg)基本保持不变,同时改性BADCy的粘性较低,有助于固化浇铸成型。通过使用TGA、DSC等测试手段探讨不同PMMA添加量对材料热性能的影响。结果表明,当PMMA质量分数为20%时,改性BADCy的热失重温度、质量保持率基本不变,固化热降低,反应可控性增强。

金属/复合材料柱壳胶接头扭转声发射行为

庞艳荣, 刘然, 周伟, 龚婧

2015, 0(5): 33-37.

摘要 ( 30 )

PDF (3536KB) ( 95 )

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采用声发射技术对扭转加载作用下金属/玻璃纤维复合材料柱壳试件的破坏损伤全过程进行实时监测,通过实验方法与数值分析共同研究螺栓以及壳体尺寸对柱壳试件胶接接头损伤破坏的扭转特性及其声发射响应特征的影响。结果表明,柱壳试件的扭转加载曲线基本表现为线性,主要的失效模式为内聚破坏且伴随着纤维断裂和基体开裂。增大螺栓直径,能有效增强金属/玻璃纤维复合材料柱壳的抗扭性能。柱壳试件的损伤破坏与其声发射信号的相关参数相对应,较大螺栓直径的柱壳试件损伤破坏对应着较高的声发射幅度、相对能量、持续时间和较多的撞击累计数。因此,可将声发射信号的动态变化特征作为风电叶片叶根结构安全评估的重要依据。

RFI用5228A环氧树脂的制备及其对5228A/CCF300复合材料力学性能的影响

陈蔚, 张晨乾, 成理, 李察

2015, 0(5): 38-41.

摘要 ( 42 )

PDF (1182KB) ( 69 )

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主要研究了低成本树脂膜熔渗工艺(RFI)5228A高温环氧树脂和标准5228A环氧树脂的粘温性能和制膜性能,然后将RFI专用5228A/CCF300复合材料的力学性能与标准5228A/CCF300的力学性能进行对比。研究结果表明,经过对标准5228A环氧树脂的配方进行适当的调整而制成的RFI专用5228A树脂的粘温性能及制膜性能能够满足RFI工艺要求。其浸渍工艺为120~130℃,工艺期为60min,RFI专用5228A/CCF300碳纤维复合材料的力学性能值的批次稳定性好且与标准5228A/CCF300复合材料相当。

FRP泡沫夹芯管轴压极限承载力试验研究

徐康, 段壮志, 申奋飞

2015, 0(5): 42-46.

摘要 ( 37 )

PDF (2021KB) ( 56 )

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纤维增强树脂基复合材料泡沫夹芯管在较少提高承压试件重量的前提下较大地提高了承压试件的稳定性。为进一步了解设计参数对复合材料泡沫夹芯管轴压力学性能的影响,对四组复合材料泡沫夹芯管试件进行了轴压静载试验。结果表明,复合材料内外管纤维铺层组合对夹芯管轴压极限承载力及破坏模式有很大影响;不同的纤维铺层组合可使夹芯管的破坏模式由脆性破坏转为延性破坏;聚氨酯泡沫芯层密度在0.15~0.45g/cm³时对夹芯管轴压极限承载力的影响不大,通过试验得到了不同设计参数对复合材料泡沫夹芯管的轴压极限承载力的影响规律。

混杂编织层合复合材料低速冲击性能研究

王文莎, 阎建华, 顾海麟

2015, 0(5): 47-53.

摘要 ( 52 )

PDF (1903KB) ( 84 )

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主要研究三组二维三轴混杂编织层合复合材料在铺层数目相同时,不同混杂编织方式对低速冲击性能的影响,为其在航空航天等领域的应用研究提供一定的设计依据和理论基础。由低速冲击以及三点弯曲实验的对比和分析研究表明,编织纱是玻纤、轴纱是碳纤的二维三轴编织片层合制得的复合材料,冲击后其表面产生裂纹较少、单位厚度吸收能量较低、在厚度方向产生损伤范围较小,冲击后弯曲损伤较小,抗冲击性能较好;通过合适的碳纤/玻纤混杂编织方式可实现正的混杂效应,进而增强其层合复合材料的抗冲击性能。

风电叶片叶根连接载荷对比分析

史俊虎, 林明, 吴胜军, 熊刚

2015, 0(5): 54-60.

摘要 ( 70 )

PDF (10429KB) ( 22 )

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叶根连接方式是复合材料风电叶片与风轮轮毂连接的唯一的也是最关键的部件,作用在叶片上的载荷均通过叶根连接传递到轮毂,连接方式的不同对叶片根部结构承载能力乃至叶片长度设计都至关重要。本文以风电叶片“T型螺栓”和“螺栓套筒预埋”叶根连接方式为研究对象,对螺栓和叶根复合材料的承载情况进行研究,为叶片根部连接方式设计及优化提供依据和指导。

大型复合材料构件热压罐成型温度分析与均匀性改善研究

林家冠, 杨睿, 王廷霞, 詹东

2015, 0(5): 61-65.

摘要 ( 35 )

PDF (2066KB) ( 139 )

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利用Fluent流体分析软件,对航空复合材料构件热压罐成型工艺的温度场和流场特性进行了模拟分析,并通过在框架式模具通风孔处安装风扇的方法来增强热空气对流,改善热压罐内流场和模具温度场的均匀性。计算结果表明,合理地布置风扇在模具通风孔中的位置和控制风速,可以调整框架式模具内部区域流场分布,使模具表面的温度场更均匀,对于改善大型复合材料构件固化均匀性具有重要意义。

GFRP圆柱抗侧向弯曲性能试验研究

钮强胜, 刘伟庆, 王俊, 王仙美

2015, 0(5): 66-70.

摘要 ( 27 )

PDF (3728KB) ( 57 )

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通过3根GFRP空心圆柱和3根GFRP-混凝土实心柱构件的侧向受弯试验,得到各试件的荷载-位移和荷载-应变关系曲线以及极限荷载。试验结果表明,随着纤维纵横向铺层比例的提高,空心构件的极限承载力以及抗弯刚度均有所提高,而实心构件仅增大极限承载力,但对抗弯刚度影响不大;长径比越小,空心和实心构件的极限承载力和抗弯刚度均增大,且实心构件相比于空心构件的承载力增长幅度较大。

乙烯基酯树脂体系对VARTM工艺适应性研究

王宝春, 郑威, 薛亚娟, 王小兵

2015, 0(5): 71-75.

摘要 ( 54 )

PDF (2067KB) ( 66 )

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选取乙烯基酯树脂为基体树脂,考察了温度、稀释剂(MMA)含量对树脂体系粘度的影响,得到了粘度、稀释剂(MMA)含量与温度之间的二元关系;研究了不同固化体系含量与树脂流变特性的关系,同时研究了乙烯基酯树脂在常用织物中的流动性能,对VARTM工艺研究具有积极意义。

芳纶无纬布生产质量的控制研究

刘元坤, 许冬梅, 艾青松, 方心灵

2015, 0(5): 76-80.

摘要 ( 38 )

PDF (1692KB) ( 63 )

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通过对卷状芳纶无纬布生产工艺的研究,探究几个关键工艺条件(包括丝束退绕张力、胶粘剂的配方、层压复合的温度、压力及运行速度等)对卷状芳纶无纬布的性能(包括表观性能和防弹性能)的影响,摸索出一组最佳的工艺条件,由此制备的无纬布产品综合性能最优。由此工艺织造成的卷状无纬布防弹芯片通过美国NIJ0101.06测试标准和公安部GA141-2010标准测试,验证了此生产工艺的优越性。

复合材料硅橡胶膨胀加压成型模具的设计与制造

夏景云

2015, 0(5): 81-84.

摘要 ( 55 )

PDF (2461KB) ( 181 )

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硅橡胶膨胀加压成型工艺是一种改进型的复合材料加压成型方法,成型时,将硅橡胶芯模与复合材料预浸料一起放置在刚性外模内,硅橡胶加热膨胀后,对产品施加压力。因为硅橡胶的加压形式与过程调控简便,所以可以制作模压或热压罐等传统方法无法制造的产品。本文介绍了硅橡胶膨胀模设计中的压力计算和压力测量方法,并介绍硅橡胶浇注模的设计和传递式硅橡胶热膨胀模的设计。

干湿交替运行的闭塔设计与节水方案的计算研究

章立新, 姬翔宇, 沈艳, 高明

2015, 0(5): 85-88.

摘要 ( 37 )

PDF (825KB) ( 67 )

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在四季温差大、水资源匮乏和多风沙地区的工业领域,为优化冷却设备的技术经济性,采用闭塔干湿交替运行以达到全年最少水耗的需求十分普遍。即夏季采用换热管外淋水蒸发的湿冷运行模式,冬季停止淋水采用直接空冷的干冷运行模式,春秋季则采用部分湿冷、部分干冷的运行模式,在满足冷却要求的前提下尽量节水。
本文以哈密地区一工程项目为例,为防冻、抗风沙及利于清垢,闭塔采用逆流叉排全光管形式,塔结构按湿冷运行的要求设计,而换热面积则按干冷运行的要求配置,通过试算给出四种不同的节水运行方案及相应的设计风量。其中方案四即气温0℃以下的四个月全用干冷,最热的一个月全用湿冷,其他七个月采用干冷与湿冷混用,此时全年用水量最少,但能耗最大。不同方案的比较和分析对优化干湿冷交替运行闭塔的设计提供了借鉴。

RTM用酚醛树脂热化学行为及其复合材料性能研究

李婷, 刘建军, 杨学军, 赵文斌

2015, 0(5): 89-92.

摘要 ( 37 )

PDF (1852KB) ( 66 )

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研究了一种适用于RTM成型工艺用酚醛树脂的DSC、TG、Tg和粘温特性等热化学行为,在分析其工艺适应性的基础上制备了碳纤维针刺预制体RTM成型复合材料,对复合材料的力学性能、热物理性能及烧蚀性能进行了测试。结果表明,复合材料层间剪切强度为32.4MPa,200℃的比热容为1530J/(kg·K),25~200℃线膨胀系数为-0.234×10^-6/℃,线烧蚀率为0.069mm/s,质量烧蚀率为0.0926g/s,表现出了作为热防护材料的良好特性。

高温环境下蜂窝夹层结构埋件拉脱性能研究

许文彬, 刘子仙, 杨振宇, 陈建祥

2015, 0(5): 93-96.

摘要 ( 34 )

PDF (1342KB) ( 68 )

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介绍了常温环境下和高温环境下蜂窝夹层结构埋件拉脱性能的试验和结果,对比分析了高温环境对埋件拉脱性能的影响。结果发现,埋件在受法向拉脱力时,高温环境中承载力下降为常温的8%左右,且失效模式也发生了变化,由常温的蜂窝芯剪切破坏变为面板与蜂窝芯脱粘破坏;埋件在受面内拉脱力时,常温环境和高温环境下埋件分别呈现出了两种典型的失效模式,常温环境中失效模式为面板压缩破坏,高温环境中失效模式为面板皱褶失稳破坏,且拉脱力降为常温的28%左右。

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2015, 0(5): 97-128.

摘要 ( 16 )

PDF (15745KB) ( 18 )

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