复合材料科学与工程

魏洋,周永峰,张希,端茂军

2016, 0(4): 5-11.

摘要 ( 86 )

PDF (1554KB) ( 131 )

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通过21根圆形截面玄武岩纤维(BFRP)-箍筋复合约束混凝土柱的轴压试验,研究玄武岩纤维层数、箍筋的间距对约束混凝土柱的轴压性能影响。试验结果表明,玄武岩纤维-箍筋复合约束混凝土的轴压性能明显优于单一材料(玄武岩纤维或箍筋)约束的混凝土,随着玄武岩纤维层数的增加以及箍筋间距的减小,玄武岩纤维-箍筋复合约束混凝土试件的承载能力和变形能力有效提高。玄武岩纤维-箍筋复合混凝土试件的应力-应变曲线可分为弹性阶段、过渡阶段、强化阶段及残余阶段4个阶段。基于本文及相关文献的试验研究结果,提出纤维-箍筋复合混凝土圆柱的承载能力计算模型,对比表明该模型与试件结果吻合较好。

钢筋混凝土矩形空心墩柱的FRP约束效应研究

刘柯,董振华

2016, 0(4): 12-20.

摘要 ( 56 )

PDF (2753KB) ( 140 )

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为了正确评价纤维增强复合材料(FRP)约束效应对钢筋混凝土(RC)空心墩柱受力性能的影响,首先采用有限元数值模拟方法,对FRP类型、厚度、幅宽和间距参数影响下约束RC矩形空心柱的轴压荷载、约束混凝土压应变、箍筋和FRP拉应变的变化规律进行研究。基于模拟结果,提出一种考虑FRP布环箍和箍筋共同约束效应的侧向约束压力计算公式,进而建立FRP约束混凝土压应力-应变模型。进一步应用提出的FRP约束混凝土模型评价FRP加固矩形空心桥墩的受力性能,并与试验结果对比,两者吻合较好。

电热载荷对CFRP修理搭接接头剪切性能的影响

朱晨,张俊,路鹏程,王涛

2016, 0(4): 21-25.

摘要 ( 61 )

PDF (2295KB) ( 205 )

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采用单层预浸料搭接简化构型,研究电热载荷对复合材料层板挖补修理搭接接头层间剪切性能的影响。通过自制的复合材料电热测试平台,测试了不同电流制度下,随搭接长度不同试样接头处温度分布。研究了不同电流强度下搭接接头温度变化规律,初步揭示了搭接接头长度-温度-电阻之间的关系,并对不同电流载荷下挖补搭接接头的层间剪切性能进行研究。研究结果表明,通电过程中,搭接区域温度升高较快,非搭接区域温度无明显变化。低电流时,电热促使接头树脂进一步固化,适当提高了接头搭接界面的粘接性能,其剪切强度略有上升;当通电电流过大时,接头温度急剧上升,对搭接区域产生过热损伤,降低了接头的剪切强度。

GF/CF/ACFFS多层复合材料的吸波性能研究

姚斌,夏少旭,欧湘慧,程朝歌

2016, 0(4): 26-30.

摘要 ( 51 )

PDF (1309KB) ( 272 )

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基于结构型复合材料的复合效应和设计原理,以圆形缝隙型活性碳毡电路屏(ACFFS)为基础吸波剂,短切碳纤维(CF)为增强吸波剂,以玻璃纤维(GF)增强的环氧树脂(EP)为阻抗匹配层,设计了GF/CF/ACFFS多层吸波复合材料。研究了短切碳纤维质量分数和层间排布对GF/CF/ACFFS多层复合材料吸波性能的影响。研究结果表明,在2~18GHz频率范围内,CF质量分数为0.7%,底层为ACFFS/EP的三层吸波复合材料最大反射衰减(RL)为-38.54dB,且有效吸收带宽(RL<-10dB)达到11.33GHz(6.17~17.5GHz)。当短切碳纤维质量分数适量时可以有效提高复合材料的吸波性能,将CF和ACFFS合理组合有利于获得性能优异的吸波材料。

复合材料无人机机翼布局的二级优化方法

刘波,陆振玉,袁东明,马经纬

2016, 0(4): 31-35.

摘要 ( 43 )

PDF (1496KB) ( 165 )

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为减轻复合材料无人机机翼的结构质量,利用MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN建立大展弦比机翼结构布局优化设计的二级优化方法:第一级以机翼的刚度为目标,采用响应面法对翼梁位置进行优化;第二级以机翼结构质量为目标函数,采用遗传算法对机翼各元件的铺层参数进行优化。通过对某型大展弦比无人机机翼进行结构布局优化设计,结果表明提出的大展弦比无人机机翼二级优化方法能够在满足强度、刚度性能设计要求的前提下,减轻约25%的结构质量,减重效果明显。

三种复合材料夹芯结构在弯曲载荷下破坏行为研究

方路平,陆春,陈平,齐明雪

2016, 0(4): 36-40.

摘要 ( 55 )

PDF (3988KB) ( 100 )

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制备了帽型、泡型、工字型三种夹芯结构复合材料,研究三种夹芯结构在弯曲载荷下的响应行为,并利用有限元的方法研究夹芯结构在弯曲载荷下Von-Mises应力分布,利用Tsai-Hill屈服准则判定有限元模型的屈服情况,观察发生屈服的区域。结果表明,帽型夹芯结构具有最大的弯曲刚度与抗弯强度。三种夹芯结构发生破坏的区域不同,帽型夹芯结构破坏主要出现在压头区域、上面板的压头边缘区域、芯子压头正下方的拐角处;泡型夹芯结构破坏出现在芯子支撑区域;工字型夹芯结构破坏出现在下面板支撑区域。

基于模态叠加的复合材料烟囱风致振动响应分析

王启兴,朱四荣,王应军,王洪

2016, 0(4): 41-44.

摘要 ( 47 )

PDF (1351KB) ( 107 )

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玻璃钢复合材料烟囱重量轻且具有良好的耐腐蚀性,它与钢外筒一起组成一种内外结合的新型复合材料烟囱结构,但在最新颁布的《烟囱设计规范》中没有涉及,目前没有该种结构的设计标准。由于钢外筒与玻璃钢内筒刚度的差异,造成计算与设计的困难。而风载是烟囱等高耸结构的主要载荷之一,其响应是结构设计的主要依据。建立了钢-玻璃钢内外筒结构的精细有限元模型,应用模态叠加法,针对这种新型烟囱在顺风向脉动风作用下的响应进行了分析,得到了烟囱结构的随机振动响应,为这种新型复合材料烟囱结构的抗风设计提出了有效的方法。

QW220/5284RTM复合材料的介电性能研究

何先成,钟翔屿,李晔,包建文

2016, 0(4): 45-50.

摘要 ( 66 )

PDF (1191KB) ( 120 )

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采用RTM工艺制备了四种不同纤维体积含量的石英纤维增强环氧树脂基复合材料层板。研究了温度、吸湿、频率、纤维体积分数和后固化等因素对该复合材料体系介电性能的影响。结果表明,在30~150℃温度范围内,QW220/5284RTM复合材料的介电常数和介电损耗均随温度升高而增大;纤维体积分数为53%时,该复合材料体系的饱和吸湿率较低,约为0.44%,吸水后,介电常数和介电损耗都有一定程度的增加;室温下,7~18GHz频率范围内,该复合材料体系的介电常数和介电损耗随频率改变没有表现出明显和规律的变化;该复合材料体系的介电常数和介电损耗随着纤维体积分数的提高而分别增大和减小;后固化使该复合材料体系的介电常数和介电损耗均减小。QW220/5284RTM复合材料具有良好的介电性能,且介电性能具有较好的耐环境特性,可用于飞机透波结构。

碳纤维复合材料汽车前地板的研制

陈刚,涂丽艳,陈明达,刘东

2016, 0(4): 51-54.

摘要 ( 35 )

PDF (2390KB) ( 202 )

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阐述了通过对碳纤维复合材料汽车前地板的研制,以金属白车身为设计依据确定了碳纤维复合材料前地板的结构。分析确定了材料及成型工艺,研究了预成型体制作,设计出了多点注射快速RTM模具,并成功制备了碳纤维增强热固性环氧复合材料前地板。产品经过刚度及模态测试,其结果满足汽车整车厂提出的技术要求,而且减重效果明显,说明碳纤维复合材料作为主受力结构件在汽车上的应用是可行的。

风电叶片前缘胶接结构的超声检测技术研究

王昌盛,周克印,徐萍,孟令民

2016, 0(4): 55-58.

摘要 ( 41 )

PDF (1568KB) ( 168 )

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风电叶片前缘为胶接结构,胶接质量的优劣直接影响到叶片的使用寿命。应用超声脉冲回波法对风电叶片前缘胶接结构进行检测,并通过CIVA仿真分析了探头频率对胶接结构超声检测结果的影响。试验采用设计的超声波双晶探头对风电叶片前缘试块进行了检测。分析结果表明,超声波双晶探头能够接收到明显的胶接区域缺陷回波,可以方便地实现风电叶片前缘胶接结构的检测。

基于PLC的碳纤维复合材料打磨喷涂生产线控制系统设计

李高朋,张洪生,陈明达,涂丽艳,

2016, 0(4): 59-63.

摘要 ( 105 )

PDF (1631KB) ( 133 )

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依据碳纤维复合材料表面处理工艺,依次进行了碳纤维复合材料打磨喷涂生产线总体方案设计、控制系统组成及功能规划、程序流程设计、PLC选型分析及I/O接点分配设计、机器人通信配置、人机界面程序设计,并通过整机的调试,最终实现了基于PLC的复合材料打磨喷涂生产线控制系统设计。

玻璃纤维模拟壳体内压承载寿命定量评估方法研究

李静,张漩,陈国军

2016, 0(4): 64-67.

摘要 ( 53 )

PDF (859KB) ( 135 )

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在定湿度条件下对模拟壳体进行湿热加速老化试验及水压爆破试验,对各老化温度下的爆破压强-老化时间进行回归分析,得到各温度的老化方程及性能变化系数;对性能变化系数与老化温度进行回归分析,外推得到常温下的壳体性能变化系数,进而得到常温下的内压承载老化方程。通过相关指数判定,各回归曲线的关系显著。通过模拟壳体湿热加速老化试验后及自然存放模拟壳体的爆破压强数据对老化方程进行修正。研究表明,玻璃纤维模拟壳体爆破压强与时间成对数关系,全尺寸玻璃纤维壳体初始爆破压强为9.97MPa,预估存放20年后爆破压强下降9.5%。

一种VARI工艺用高温环氧树脂性能研究

张连旺,包建文,钟翔屿,李晔

2016, 0(4): 68-71.

摘要 ( 23 )

PDF (1050KB) ( 143 )

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开发了一种VARI工艺用高温环氧树脂5284VARI,通过DSC(差示扫描量热仪)测试了该树脂的固化反应特性,利用流变仪分析了该树脂的成型工艺特性,并通过力学试验机测试了树脂及其复合材料的力学性能。结果表明,该树脂体系在成型温度下具有粘度低和成型时间长的特点,适用于液态成型工艺,且该树脂具有良好的耐湿热环境性能。

加压时机对碳纤维增强改性双马树脂复合材料力学性能的影响

文琼华,马开维,李博,文友谊

2016, 0(4): 72-76.

摘要 ( 38 )

PDF (1588KB) ( 138 )

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针对本实验中使用的改性双马树脂,采用DSC测试分析了树脂体系的固化工艺制度。通过树脂流变性能测试选取了100℃、110℃和120℃作为3个加压时机,研究了加压时机对改性双马树脂单向复合材料层板力学性能的影响。结果显示,随着加压温度的降低,单向复合材料的力学性能略有提高;不同力学性能对加压时机的敏感程度不同,本实验中相对于压缩性能、弯曲性能和层间剪切性能,拉伸性能对加压时机的变化更为敏感。研究结果对于进一步研究改性双马树脂的工艺特性及其碳纤维增强复合材料的力学性能提供了参考。

固化放热温度和时间对酚醛型乙烯基酯树脂最终玻璃化转变温度的影响

杨永全,耿星,田海长

2016, 0(4): 77-81.

摘要 ( 43 )

PDF (1071KB) ( 189 )

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考察了不同固化环境对酚醛型乙烯基酯树脂的性能影响,设计了两种极端固化工艺:一种在良导热材料不锈钢模具中固化;一种在不良导热塑料烧杯中固化,并测试了两种不同固化工艺下固化物的玻璃化转变温度、固化度、苯乙烯和低聚物双键剩余率,并通过延长常温固化时间和不同高温后处理时间进一步研究了上述性能参数的变化情况,得到结论,在良导热材料不锈钢模具中固化的样条的起初玻璃化转变温度低于烧杯中固化样条,并且通过延长常温固化时间或者高温后处理时间,较难达到烧杯固化样条的玻璃化转变温度和固化度。

PMI泡沫夹层复合材料电性能设计与实验研究

单忠伟,边佳燕,程翔,刘钧

2016, 0(4): 82-87.

摘要 ( 66 )

PDF (1911KB) ( 182 )

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聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层复合材料具有优异的宽频透波性能,被广泛用于制备透波雷达天线罩。为了设计满足宽频透波要求的某型天线罩,从复合材料结构原理出发,选择石英纤维增强环氧树脂复合材料为蒙皮,PMI泡沫为芯材的A夹层结构方案,采用三维全波电磁场仿真软件(CST软件)计算比较了不同蒙皮厚度和芯材厚度对A夹层结构透波性能的影响,得到了理论最优结构。进一步的平板试验结果表明,透波率的实际测试值与理论计算结果基本吻合,可见设计的A夹层复合材料结构可满足某型天线罩的宽频透波要求。

FRP筋混凝土柱及框架抗震性能的研究进展

邓宗才,高磊

2016, 0(4): 88-92.

摘要 ( 52 )

PDF (947KB) ( 166 )

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与普通钢筋相比,FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀性能好等优点,但是FRP筋弹性模量较低、为线弹性材料、破坏时脆性大等特性限制了其在混凝土柱,特别是在地震地区结构工程中的应用。介绍了国内外关于FRP筋混凝土柱及框架抗震性能的研究成果,其中包括试验研究和数值模拟研究。国内外研究表明,FRP筋取代钢筋应用于混凝土柱、混凝土框架及其节点是可行的。通过适当配置FRP筋,保证其在弹性范围内工作,则FRP筋混凝土结构能够获得较大的延性和变形能力。最后建议研究FRP筋混凝土柱的破坏模式、抗剪承载力计算、延性评价和设计理论等。系统研究FRP筋混凝土柱基本理论和设计方法具有重要的理论意义和实用价值。

植物油改性酚醛树脂的研究现状

宋金梅,田谋锋,王稳,张丹

2016, 0(4): 93-97.

摘要 ( 124 )

PDF (914KB) ( 211 )

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为设计开发新型酚醛树脂并推广应用,总结了酚醛树脂的特性,对其改性常用的植物油进行分类,详细阐述了植物油改性酚醛树脂的改性方法、原理及其优缺点,主要介绍了甲醛水溶液法、环氧化法、共轭共聚法、酯化法和胺基化法等合成工艺、特点及产物性能。通过各改性方法优缺点的比较可知,目前能工业化生产的改性方法为甲醛水溶液法和胺基化法。经研究发现,采用植物油代替不可再生的石油产品来改性酚醛树脂,既可保护环境又能降低成本,同时还能提高酚醛树脂粘合力、阻燃性、力学性能并降低吸水性等性能。论述了大豆油、桐油、腰果酚油和腰果壳油等植物油改性酚醛树脂在摩擦材料、油墨、线路覆铜板和层压板等材料中作为树脂基体的应用情况,并对植物油改性酚醛树脂的应用前景进行了展望。

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