复合材料科学与工程

张海霞,何禄源

2016, 0(3): 5-12.

摘要 ( 63 )

PDF (2837KB) ( 149 )

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通过对一组表面内嵌FRP筋混凝土试件进行拉拔试验,分析表面内嵌FRP筋混凝土的受力过程和破坏模式;研究FRP筋直径、粘结长度和FRP筋类型等因素对粘结滑移性能的影响。结果表明,试件的破坏模式表现为FRP筋与结构胶界面破坏、结构胶与混凝土界面剥离、FRP筋被拉断和结构胶劈裂四种破坏模式;内嵌BFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而增大,而内嵌GFRP筋试件的粘结应力随粘结长度的增长而减小。因FRP筋泊松比的降低和剪切滞后效应,试件的粘结应力随着FRP筋直径的增大而减小。同时,对试验结果进行处理分析,建立了一种适用于表面内嵌FRP筋混凝土粘结-滑移本构关系模型,并给出模型特征点的数学表达式,将拟合曲线与试验曲线进行对比分析。结果表明,该本构关系能够较为准确地模拟表面内嵌FRP筋混凝土的粘结滑移性能。

芯材密度对复合材料夹层梁弯曲力学性能影响

张富宾,刘伟庆,齐玉军,周叮

2016, 0(3): 13-17.

摘要 ( 79 )

PDF (1161KB) ( 110 )

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研究了聚氨酯泡沫密度对复合材料夹层梁弯曲力学性能的影响。首先,对5种不同密度(48~413kg/m³)泡沫芯材复合材料夹层梁进行三点弯试验研究,结果表明,夹层梁极限承载力随芯材密度的增大而增大;当芯材密度大于等于199kg/m³时,继续增大泡沫密度,夹层梁极限承载力增加速度变慢;随着芯材密度的增加,夹层梁破坏模式由芯材压陷变为面板受压屈服破坏。其次,基于考虑芯材竖向压缩变形的高阶剪切变形理论,对不同试验梁弯曲受力机理进行弹性分析,得到夹层梁上、下面板挠度变化及应变分布规律,并与试验结果对比,验证了理论分析方法的正确性。最后,对试验过程中夹层梁典型的破坏模式进行极限承载力分析,提出其极限承载力计算公式,并与试验结果对比,结果吻合良好。

MA型苯并噁嗪/酚醛型氰酸酯共混体系的研究

古武,杨坡,孟凡盛,朱蓉琪

2016, 0(3): 18-22.

摘要 ( 33 )

PDF (1245KB) ( 70 )

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以二苯甲烷二胺型苯并噁嗪和含醛基苯并噁嗪的混合物(MA)为基体树脂,通过加入具有高Tg的酚醛型氰酸酯(NCE)对其进行改性,对MA-NCE的凝胶化时间、固化行为及固化物热机械性能进行了研究;同时,引入二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)作为阻聚剂,以期降低MA-NCE共混体系低温反应活性,并改善其加工性。实验结果表明,随着共混体系中NCE含量的增加,MA-NCE体系Tg提高而模量降低;MDI的加入则有效降低了共混体系反应活性,延长了凝胶化时间,使共混体系工艺性得到较大程度的改善。其中,MA-NCE-MDI 2-1-4%共混体系具有高的Tg和模量,以及良好的工艺性,可用于热熔法制备预浸料及高性能复合材料。

复合材料点阵结构优化设计

徐伟,赵启林

2016, 0(3): 23-26.

摘要 ( 65 )

PDF (1530KB) ( 122 )

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点阵结构能够很好地发挥纤维增强复合材料单向力学强的优势。本文研究了复合材料点阵结构的拓扑优化及尺寸优化方法,以空间机械臂为背景,利用有限元分析软件对空间机械臂杆进行优化。首先,利用拓扑优化进行概念设计,优化出结构中的基本杆件;其次,利用尺寸优化确定各杆件的具体尺寸。最后优化出的十六边形点阵结构,与传统的层合管进行相比,结构减重效果明显,对复合材料点阵结构的设计研究具有一定的参考价值。

复合材料锥壳固定角轨迹的铺放工艺性分析

黄威,王显峰,肖军

2016, 0(3): 27-30.

摘要 ( 48 )

PDF (1287KB) ( 104 )

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为研究复合材料锥壳固定角自动铺丝轨迹的铺放工艺性,通过分析预浸纱变形的主要机制,提出以预浸纱的压缩应变作为铺放工艺性的评判标准,发现预浸纱压缩应变主要由轨迹的测地曲率决定,于是通过证明圆锥对数螺线与固定角轨迹的等价性,推导得到圆锥对数螺线的测地曲率计算公式。通过研究预浸纱压缩应变随圆锥截面直径的变化关系,发现圆锥固定角轨迹上预浸纱的压缩应变随着圆锥截面直径的减小而增大,同一截面处预浸纱的压缩应变随着铺放角的增大而增大,同一截面处预浸纱的压缩应变随着锥角的增大而增大。最后,以X850预浸纱进行铺放实验,验证了本文观点的正确性。

碳纤/环氧复合材料层合板低速冲击损伤机理研究

吴盼,阎建华,俞建勇,顾海麟

2016, 0(3): 31-37.

摘要 ( 83 )

PDF (2536KB) ( 103 )

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对_2s和_2s以及平纹布铺层方式的T300/环氧复合材料层合板进行低速冲击实验,在圆形试样的基础上比较不同铺层结构的复合材料在冲击性能方面的差异,从冲击能量传播的角度分析不同铺层结构复合材料的冲击破坏机理。并在ABAQUS有限元模拟的基础上分析冲击破坏的能量传播机理。结果表明冲击能量的传播与复合材料层合板中织物沿厚度方向的铺层结构有关,也与每一层织物内纤维的方向和纤维的空间结构有关。冲击能量在排列很直的纤维中传播很快,沿纤维轴向的损伤更容易传递,所以单向布铺层的复合材料与平纹布铺层的复合材料相比,冲击中心区域的损伤小,但是损伤的范围大,纤维的弯曲会降低冲击能量沿纤维轴向的传播速度,平纹织物中每一层纤维存在交织点,冲击能量集中在冲击中心区域,使得平纹布铺层的复合材料冲击损伤集中于冲击中心处且损伤程度比单向布铺层的复合材料大,出现更多的纤维断裂情况。在铺层复合材料中纤维排列的方向越多,沿纤维轴向传播的能量方向也就越多,冲击能量在每一层的面内传播更均匀,有利于减轻复合材料受冲击的损伤程度。

均一波纹单向复合材料板的力学性能研究

欧阳佳斯,倪爱清,朱俊,吴维清

2016, 0(3): 38-43.

摘要 ( 61 )

PDF (2355KB) ( 63 )

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基于有限元分析方法,针对复合材料在风电叶片制造过程中可能出现的缺陷——纤维波纹,建立了一种有限元微观模型预测单向均一波纹板的力学性能。在ANSYS软件中,采用参数化建模方法,建立正弦曲线状波纹的单胞模型,即代表性体积元(RVE)。采用均匀化方法,建立周期性边界条件,求出不同的加载条件下平均应力与应变关系,进而得到等效刚度。此外,对轴向压缩载荷下纤维基体局部应力进行了数值模拟和计算。结果表明,波纹比对复合材料刚度影响较大,特别是纵向杨氏模量损失严重,正应力和层间应力在沿波纹方向发生了显著变化。

钢制内胆环缠绕气瓶壁厚设计方法对比分析

刘培启,陈祖志,周天送,古纯霖

2016, 0(3): 44-48.

摘要 ( 64 )

PDF (1284KB) ( 160 )

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由于相关钢制内胆环缠绕气瓶设计制造标准中未明确指定内胆壁厚的设计公式,使得市面上同样规格的环缠绕气瓶内胆壁厚和自紧压力等参数存在一定差异,给监管工作带来不便。首先全面总结了环缠绕气瓶钢制内胆的设计方法,然后根据设计结果建立有限元分析模型,对比分析了不同标准体系设计的气瓶内胆壁厚的差异,以及由于壁厚差异而引起的纤维应力比和自紧压力的变化。结果表明,GB 5099相比于其他两种标准体系内胆设计壁厚偏大,相差约4.35%~6.0%;导致相应的环缠绕气瓶纤维应力比相差3.5%~30.8%,自紧压力的合理范围也存在差异。

对称玻璃钢大锥环内固化成型研究及数值模拟

陈海燕,张希,许家忠,王燕

2016, 0(3): 49-54.

摘要 ( 79 )

PDF (2845KB) ( 82 )

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采用有限元方法对复合材料对称玻璃钢大锥环内固化成型进行研究,基于ANSYS仿真软件编写了对称玻璃钢大锥环内固化过程仿真程序,实现玻璃钢大锥环内固化过程温度和固化度变化的数值模拟。结果表明,数值模拟得到的结果符合内固化变化规律;贴近实验数据,模拟准确有效;根据仿真结果得到了玻璃钢大锥环内固化温度变化规律、固化峰值温度随厚度变化规律及锥环不同厚度固化度的变化规律,分析了600~660MW汽轮发电机的玻璃钢大锥环采用内固化工艺能达到完全固化的厚度范围。该研究为玻璃钢大锥环实现高效、低成本成型提供了新方法。

复合材料孔隙含量超声多参量评价方法研究

陆铭慧,李沛芮,王旭

2016, 0(3): 55-59.

摘要 ( 53 )

PDF (6156KB) ( 170 )

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复合材料由于其强度高、疲劳强度好等优点,在航空航天领域应用十分广泛。然而在其制备过程中易产生孔隙微缺陷,显著地降低了材料的最终力学性能。提出一种复合材料孔隙含量超声多参量评价方法,通过对超声相对非线性系数的测量,并对比研究声速、声衰减测量方法,建立复合材料孔隙微缺陷与各参量的定量联系和评价方法。实验结果表明,可采用超声相对非线性系数、声速和声衰减系数评价复合材料孔隙含量,其中声速能快速地反映复合材料的致密性,声衰减系数在一定尺寸范围内评价更加精准,对于声速和声衰减系数变化不明显的试块,采用超声相对非线性系数评价,为复合材料孔隙含量评价的研究提供了参考。

表面处理工艺对碳纤维复合材料的ILSS及界面形貌的影响

陈秋飞,戴慧平,郭鹏宗,连峰

2016, 0(3): 60-64.

摘要 ( 94 )

PDF (6557KB) ( 147 )

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考查了不同表面处理工艺对碳纤维复合材料层间剪切强度及层面、断面形貌的影响。通过材料实验机测得碳纤维及其复合材料的拉伸强度和层间剪切强度,并通过扫描电镜分析评价不同电导率对复合材料ILSS的影响。结果表明,12ms/cm是表面处理工艺中电导率的较优选择;碳纤维的层间剪切强度随电量的变化符合“层进式物化双效模型”;制备高层间剪切强度碳纤维和复合材料时,较优的电解质是NaOH,较优的电解液浓度为2%,较优的电量为10C/g;本工艺条件下制得的SYT49碳纤维层面形貌与东丽T700G碳纤维相似。

微纳米纤维素的制备及其改性不饱和聚酯树脂的研究微纳米纤维素的制备及其改性不饱和聚酯树脂的研究

余旺旺,王翠娜,雷文,包玉衡

2016, 0(3): 65-69.

摘要 ( 75 )

PDF (4231KB) ( 105 )

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为了改善不饱和聚酯树脂浇注体的性能,以苎麻纤维为原料,采用碱预处理加混酸水解法制备微纳米纤维素,采用共混工艺制备微纳米纤维素/不饱和聚酯树脂浇注体复合材料,并对其力学性能和热性能进行对比研究。结果表明,当不饱和聚酯树脂中加入3%微纳米纤维素后,其拉伸强度、拉伸模量和冲击强度分别提高了55.42%、9%和62.42%,材料断裂由脆性断裂转变成韧性断裂,起始热分解温度由363.10℃升高到369.41℃。说明利用微纳米纤维素改性不饱和聚酯树脂,不仅可以提高其力学性能和热稳定性,而且可以改变材料的断裂特性。

储存期对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫性能的影响研究

李克迪,方勇,胡爱军,徐时彧

2016, 0(3): 70-74.

摘要 ( 84 )

PDF (1323KB) ( 104 )

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为合理存储和使用PMI泡沫以发挥其最佳性能,研究了PMI泡沫储存过程的吸潮性能以及吸潮后力学和耐热蠕变性能的变化,发现PMI泡沫在暴露于潮湿空气中的前10d具有最快的吸潮速率,120d时吸潮基本达到饱和;吸潮后的常温压缩强度与干燥时相当,但高温压缩蠕变性能下降明显。探讨了吸潮后干燥对高温压缩蠕变性能的影响。

复合材料发射箱的模具设计

刘海鑫,唐泽辉,刘归,陈雨林

2016, 0(3): 75-78.

摘要 ( 85 )

PDF (2896KB) ( 85 )

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针对复合材料发射箱产品大尺寸、高精度的技术特点,结合真空导入成型工艺整体成型、整体脱模的工艺特点,通过有限元分析计算,优化确定了拱门筋加辐板筋钢制模具设计方案。利用CAD/CAE技术进行发射箱模具设计及优化,采取变圆角设计解决模具脱模问题,成功制造了发射箱的样件,满足了产品设计技术要求,为大型长轴类复合材料产品的模具设计技术探索出了一套可行的技术方案。

VARI工艺中纤维体积含量的影响因素及控制技术研究

陈吉平,高龙飞,苏佳智,韩小勇

2016, 0(3): 79-82.

摘要 ( 25 )

PDF (869KB) ( 143 )

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分别采用了不同预定型参数和注射工艺参数成型了VARI工艺平板,并研究了各个工艺参数对复合材料平板厚度(纤维体积含量)的影响规律。研究结果表明,适当增加树脂过注和过抽时间,提高纤维预定型压力,并降低树脂注射粘度,可增加纤维的重排时间,减少树脂对真空成型压力抵消,从而提高纤维的排列密实程度,达到提高平板纤维体积含量的效果。采用VARI工艺成型的复合材料平板纤维体积含量最高可至57.1%。

基于VCCT的复合材料低周疲劳性能研究

徐晓晨,钱宣

2016, 0(3): 83-85.

摘要 ( 39 )

PDF (2213KB) ( 295 )

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基于VCCT建立复合材料低周疲劳模型,对层合板结构分层损伤进行疲劳寿命预测。采用ABAQUS软件通过直接循环法计算复合材料低周疲劳分层扩展情况,在模拟中指定分层扩展所沿的界面,基于VCCT可以计算界面单元裂纹尖端的断裂能量释放率,通过Paris准则来判断疲劳裂纹的产生和扩展。

乙烯基酯树脂对玻璃纤维的浸润研究乙烯基酯树脂对玻璃纤维的浸润研究

唐泽辉,王林,董青海,陈雨林

2016, 0(3): 86-88.

摘要 ( 60 )

PDF (888KB) ( 176 )

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为研究通用乙烯基酯树脂基体对玻璃纤维的浸润性能,考察了两种乙烯基酯树脂基体、三种玻璃纤维。通过添加助剂改变树脂体系的表面张力,以靶环实验测试不同树脂体系对三种玻璃纤维的浸润速率,采用RTM工艺灌注平板试验验证各树脂体系对玻璃纤维的浸润效果,优选出匹配性最好的树脂基体和玻璃纤维。研究表明,降低树脂体系表面张力有利于树脂对玻璃纤维的充分浸润,批产应用效果十分明显。

经编织物预型件的研究进展

严涛海,蒋金华,陈东生

2016, 0(3): 89-94.

摘要 ( 75 )

PDF (6232KB) ( 166 )

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经编增强织物复合材料大多具有三维立体结构、良好的准各向同性,受到了复合材料专家的高度重视。经编织物预型件的制备和研究是轻质高强复合材料的热点,与普通织物预型件相比,经编预定向织物赋予了复合材料更优异的力学性质,可以制备无屈曲织物预型件而使其原料适应性更加广泛,为复合材料提供了更广阔的应用空间。概述了经编织物预型件的制备方法、结构和性能,并展望了经编增强织物预型件的研究前景。

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