复合材料科学与工程

李尧,林少芬,严谨,陈清林

2016, 0(6): 5-10.

摘要 ( 74 )

PDF (4598KB) ( 171 )

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玻璃钢双体游艇在实际多工况条件下,危险截面情况比钢制双体船复杂,对其进行强度计算需要综合考虑艇体材料及结构的特殊性,目前相关研究和关注很少。以玻璃钢双体游艇为对象,根据结构特性、实际航行区域选取10种主要危险工况,采用有限元法进行多工况联合作用下全艇结构强度的计算研究。改变传统对危险截面的独立分析方式,提出对玻璃钢艇体材料采用二次赋值修正。研究显示,不同步扭转、横向弯曲、弯扭组合工况是发生强度失效的主因,不同步扭转工况是刚度失效的主因。获得了全艇对主应力变化的敏感结构、危险工况,及主要危险工况下玻璃钢面板最大、最小主应力的变化规律。在与传统规范法的对比中发现,规范法基于钢制船的设计思路所设计的局部结构偏于危险。文中的研究方法与结论对复合材料船艇的强度计算具有一定的参考价值。

基于遗传算法的格构增强复材夹芯板优化设计方法研究

何涛,王璐,刘伟庆,万里

2016, 0(6): 11-15.

摘要 ( 81 )

PDF (1268KB) ( 132 )

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格构增强复材夹芯板在土木工程领域已得到广泛应用,然而工程优化设计尚未得到解决。基于现有的格构增强复材夹芯板受力性能,提出了基于遗传算法的优化设计方法,并在此基础上对其建设成本进行优化计算。最后与已投入使用的格构增强泡沫复材夹芯板相比较,结果表明,在满足承载力的前提下,相比于原构件,优化后的构件建设成本显著降低,经济效益得以提升。

碳纳米纤维对玻纤增强环氧树脂基复合材料机械及耐磨性能的影响

董梦瑶,刘春太,吕广超,张娜

2016, 0(6): 16-20.

摘要 ( 75 )

PDF (7734KB) ( 49 )

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采用真空辅助喷涂的方法制备了相对于玻纤质量分数1%、3%的碳纳米纤维/玻纤/环氧树脂基复合材料,并对其机械性能、耐固体粒子冲蚀磨损性能与纯环氧树脂(EP)、玻纤增强环氧树脂(FRP)进行了对比研究。结果表明:1%、3%碳纳米纤维的加入使得复合材料的拉伸强度达到72MPa、70MPa,相对于EP分别增加了20%、16.7%,相对于FRP分别降低了32.7%、30.7%;弯曲强度达到150MPa、178MPa,相对于EP分别增加了40.2%,66.4%,相对于FRP分别降低了19.8%、4.8%;侵蚀磨损试验中质量损失相对于FRP分别降低了75%、86.7%,在对复合材料机械强度影响较小的前提下大大提高了复合材料的耐磨损性能。

大体积人造石岩性密度测井刻度模块的研究

徐强,冯冬,刘杰,杨志高

2016, 0(6): 21-24.

摘要 ( 81 )

PDF (772KB) ( 200 )

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设计并制作了一种双参数刻度模块,可以使用同一组模块对岩性密度石油测井仪进行光电吸收指数(P_e值)和密度两种参数的刻度校准。由于双参数人造石刻度模块可完成原需用光电吸收指数和密度两组模块完成的刻度工作,可使人造石刻度模块的数目减少一半,节约了建造成本和保存成本。通过制作小样、中样、大样确定了模块的制作工艺,成功制造出了致密、密度均匀、无开裂的大体积不饱和聚酯树脂模块,并使用特种天平对模块进行了密度定标,使其质量的测量精度达到了克。

玄武岩纤维布加固损伤RC梁弯曲疲劳试验研究

王海良,郭富

2016, 0(6): 25-32.

摘要 ( 68 )

PDF (1532KB) ( 220 )

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结合大量混凝土桥梁存在病害需要加固、桥梁主要承受疲劳荷载的实际情况,研究等幅、变幅疲劳荷载下,粘贴不同层数玄武岩纤维布加固预损伤混凝土梁疲劳寿命、刚度退化速率等。结果表明,①等幅、变幅疲劳荷载作用下,粘贴2层、3层玄武岩纤维布较粘贴1层试验梁疲劳寿命均分别提高20%、40%左右;粘贴相同层数玄武岩纤维布时,变幅疲荷载劳作用较等幅疲劳荷载作用试验梁疲劳寿命降低16%左右。②变幅疲劳可显著加快试验梁钢筋应变、跨中挠度发展,其跨中挠度和疲劳次数关系曲线表现为明显“凹”型。③未粘贴纤维布等幅疲劳时试验梁刚度衰减速率为0.313MN·m²/万次,粘贴1层、2层、3层纤维布等幅疲劳时试验梁刚度衰减速率为0.014MN·m²/万次左右,粘贴1层、2层、3层纤维布变幅疲劳时试验梁刚度衰减速率为0.050MN·m²/万次左右,可见粘贴玄武岩纤维布可降低试验梁疲劳刚度衰减速率,变幅疲劳显著增大试验梁疲劳刚度衰减速率。

舰艇复合材料结构可靠性设计方法探究

孙巍,陈国涛,梅志远,刘令

2016, 0(6): 33-36.

摘要 ( 91 )

PDF (820KB) ( 183 )

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可靠度是衡量结构物固有可靠性水平的重要指标之一,正确选取可靠性分析方法以及可靠度计算方法是开展舰艇用复合材料结构可靠性设计工作的基础和保障。舰艇用复合材料结构工作环境复杂,加之复合材料本身具有非均匀、各向异性等性质,力学性能比传统金属材料复杂得多,离散度也大,导致结构可靠性设计问题相对突出。对此,分析了舰艇用复合材料结构强度特性及其分布规律,提出基于应力-强度干涉模型进行舰用复合材料结构可靠性分析,采用B基准设计许用值的安全系数法开展可靠度计算的可靠性设计技术途径。二者联立,在求解问题能力及结果准确性等方面具有明显的可操作性和优越性,对开展舰艇用复合材料结构可靠性设计具有重要的参考意义。

连续纤维增韧陶瓷基复合材料声学参量评价均匀性方法研究

陆铭慧, 段涵呓

2016, 0(6): 37-43.

摘要 ( 99 )

PDF (5509KB) ( 165 )

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连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有优良的超高温性能,是航空航天领域高温构件的新型材料,近年来已进入实际使用阶段。研究该材料的无损检测方法对制备过程参数优化、成品质量控制及材料性能表征等都具有很大意义。分析连续纤维增韧陶瓷基复合材料的制作方式和材料特性,发现该材料具有高衰减的特性,对传统复合材料超声检测方法进行改进,采用穿透法准确了解该材料的声学特性,对声速、声衰减等参量进行测量并对数据进行成像,选择“声速值”与“幅值灰度图”的变异系数这两个指标,作为表征材料均匀性的指标。实验结果表明,声速表征的密度均匀性与声衰减表征的孔隙均匀性结果一致,说明材料的密度不均匀是由孔隙不均造成的,最终实现控制材料孔隙率以控制材料质量。

炭黑对过氧化物交联聚乙烯性能影响的研究

杨长龙,郑薇,卞俭俭

2016, 0(6): 44-47.

摘要 ( 94 )

PDF (906KB) ( 147 )

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以低密度聚乙烯为基料,炭黑、过氧化二异丙苯和抗氧剂为助剂,制备出了不同炭黑含量的过氧化物交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料,并对该材料的力学性能、热老化性能、耐候性能、绝缘性能等多项性能进行了分析和测试,评价了炭黑对XLPE绝缘材料综合性能的影响。研究结果表明,随着炭黑含量的增加(0~2.5%),XLPE力学性能变化不大,耐候性能迅速增强,介电击穿强度和体积电阻率逐渐下降,介电常数和介电损耗不断增大。当炭黑含量为1.8%时,绝缘性能和耐候性能达到最佳平衡。研究还发现,炭黑和某些含硫酚类抗氧剂复配使用时,对过氧化物交联聚乙烯的耐高温热老化性能有明显促进作用。

单壁碳纳米管在非局部粘弹性基体中的振动特性研究

李庆丽,赵静

2016, 0(6): 48-53.

摘要 ( 67 )

PDF (2437KB) ( 180 )

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基于非局部弹性理论,针对非局部粘弹性基体中单壁碳纳米管的振动特性问题进行了研究。通过引入欧拉梁模型和非局部粘弹性地基模型,建立了系统的振动控制方程,并利用传递函数法得到了任意边界条件下非局部粘弹性基体中单壁碳纳米管固有频率的封闭解。以某根置于非局部粘弹性基体中的单壁碳纳米管为例,计算了不同边界条件和非局部参数下碳纳米管的前三阶固有频率,并在此基础上研究了非局部粘弹性基体主要材料参数对碳纳米管固有频率的影响特性。结果表明,所建分析模型和求解方法在分析粘弹性基体中碳纳米管的振动特性问题中准确有效。

基于曲面相交法的多边形柱体编织结构建模

宁方刚,徐晓霞,于伟东

2016, 0(6): 54-57.

摘要 ( 98 )

PDF (3471KB) ( 146 )

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介绍了基于曲面相交方法建立多边形柱体编织结构模型的方法。通过对编织过程中股线的运动分解和合成,抽象出了编织曲面和螺旋曲面,该两类曲面包含了编织过程中股线运动的全部信息。基于该事实提出了基于曲面相交法建立多边形柱体编织结构股线模型的方法,并以SolidWorks^ 2013为平台详细介绍了该类编织结构建模过程。

玄武岩纤维布抗剪加固受损混凝土短梁研究

赵琳,杨与辰,刘华新,孔祥清

2016, 0(6): 58-63.

摘要 ( 76 )

PDF (1216KB) ( 146 )

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为了研究玄武岩纤维布加固受损混凝土短梁的抗剪性能,采用BFRP布外贴法对6根受损混凝土短梁进行抗剪性能的试验研究和理论分析。研究结果表明,受损混凝土短梁外贴BFRP布加固后,抗剪承载力有所提高、跨中挠度有所减小,加固后试件抗剪承载力提高幅度最高可达31.6%;剪跨比和加固方式对加固后受损梁的抗剪性能有不同程度的改善。采用拉-压杆模型对抗剪加固的受损短梁抗剪承载力计算更为简洁准确;采用BFRP布对受损混凝土短梁的抗剪加固具有可行性。

纤维增强复合材料加固混凝土结构安全度水准分析

吴毅彬,许丽华

2016, 0(6): 64-67.

摘要 ( 75 )

PDF (1012KB) ( 206 )

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为进一步了解纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构的安全度水准,在对现有荷载-抗力分项系数表达式及FRP加固混凝土结构相应分项系数归纳、分析的基础上,对中、美两国规范中FRP-混凝土结构不同破坏模式下关于安全度的设计方法进行了探讨。结果表明,中国规范的承载力安全度水准普遍低于美国规范,综合抗力系数计算值的变化趋势未能反映加固构件性能水平与所需安全储备之间的关系。并针对中国规范中存在的问题提出后续研究建议。

关于复杂类回转构件铺丝成型对刀策略的研究

马丁,王显峰,肖军,文立伟

2016, 0(6): 68-71.

摘要 ( 86 )

PDF (1163KB) ( 116 )

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针对复杂类回转构件的复合材料铺丝成型技术领域中的对刀问题展开研究工作。对刀的策略和精度是判断构件制造精度和决定复合材料铺放成型质量的关键因素。借助设置在铺丝头压辊处的激光测距探头,通过对位于模具上不同位置对刀点或校验点的探测,进行模具制造精度校核和对刀精准性判断。基于模具回转和探测数据,提出了针对一次性低成本模具和高精度可复用模具对刀点的设置方法以及对刀策略,利用该对刀策略进行S形飞机进气道的铺丝成型实验进行验证,实验表明该对刀策略可有效解决复杂类回转构件复合材料铺丝成型的对刀问题。

角效应引起的玻璃纤维增强PA66注塑件翘曲研究

简发萍,万军,杜继涛

2016, 0(6): 72-75.

摘要 ( 142 )

PDF (4751KB) ( 209 )

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采用Moldflow对玻璃纤维增强PA66电器零件注塑成型进行翘曲分析,确认引起翘曲变形的主要原因是角效应,并通过CAE分析最佳浇口位置和浇口数量。结果表明,采用三点进浇注射成型使角效应引起的翘曲降低了56.216%,同时在尖角处获得了较好的玻璃纤维取向。

两种不同铝内衬碳纤维缠绕复合材料气瓶受力状况的对比分析

周丹,王应军,孙明清

2016, 0(6): 76-80.

摘要 ( 129 )

PDF (1624KB) ( 231 )

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基于复合材料层合板弹塑性分析理论,参考DOT CFFC《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》标准,利用网格理论设计了容积70L的铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶。在相同的预紧力和工作压力下,研究对比分析了两种不同型号铝合金6061和7075作为内衬的气瓶的受力状况。结果表明,铝合金6061作为内衬时,其内衬应力水平分布比较均匀,可以更好地发挥外缠碳纤维的高强度特性,且价格经济实惠,较7075更适合作为复合材料气瓶的内衬材料。

风电叶片疲劳测试动态应变受温度的影响

梁颖

2016, 0(6): 81-83.

摘要 ( 69 )

PDF (876KB) ( 166 )

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在不同的环境温度下,风电机组风轮叶片主要单向布复合材料的模量受温度影响较大,温度的变化导致叶片的刚度变化,从而自振频率也发生变化,最后导致叶片疲劳测试动态应变发生变化。而对于疲劳测试载荷的控制主要依据动态应变。研究了温度如何影响疲劳测试中的叶片,并总结出如何调节变频器以获得较稳定的关键区域动态应变,从而保证施加的疲劳测试载荷的准确性。

复合材料螺旋桨流固耦合分析方法的发展和研究现状

张旭婷,洪毅,袁凤,矫维成

2016, 0(6): 84-87.

摘要 ( 141 )

PDF (918KB) ( 186 )

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复合材料螺旋桨性能研究的重要方法之一是流固耦合分析方法,求解流固耦合方程能够获得复合材料螺旋桨的水动力性能与结构响应。通过对国内外复合材料螺旋桨流固耦合分析方法的总结和归纳,分别介绍了主流的流固耦合分析方法——VLM/FEM流固耦合方法、BEM/FEM流固耦合方法和CFD/FEM流固耦合方法,同时对其研究内容和发展现状进行了简单阐述,展望了未来复合材料螺旋桨流固耦合分析方法研究趋势,为进一步研究复合材料螺旋桨流固耦合方法提供了参考。

呋喃/马来酰亚胺Diels-Alder反应在聚合物复合材料自愈合的应用

赵青松,江盛玲,张孝阿,员荣平

2016, 0(6): 88-93.

摘要 ( 149 )

PDF (4470KB) ( 200 )

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呋喃(双烯体)/马来酰亚胺(亲双烯体)Diels-Alder环加成反应(DA反应)是应用于聚合物复合材料自愈合的最重要的DA反应之一。总结了呋喃/马来酰亚胺DA反应的六种类型,包括各种呋喃衍生物与马来酰亚胺衍生物之间的线性聚合、支化和交联DA反应,含呋喃聚合物与含马来酰亚胺聚合物之间、主链含呋喃衍生物聚合物与马来酰亚胺衍生物之间、侧链含呋喃衍生物聚合物与马来酰亚胺衍生物之间和多种呋喃衍生物与马来酰亚胺衍生物之间共聚合的DA反应,综述了呋喃/马来酰亚胺DA反应在聚合物复合材料本体自愈合应用的微胶囊、中空纤维、微管道技术和聚合物/纤维、聚合物/纳米材料(纳米二氧化硅、层状硅酸盐、石墨烯)界面自愈合的研究进展。

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