复合材料科学与工程

冯古雨, 曹海建, 钱坤, 孙洁

2016, 0(2): 5-9.

摘要 ( 143 )

PDF (1365KB) ( 139 )

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以2400tex的玻璃纤维为原料,在SGA598型三维织机上,织制出三层和六层两种三维浅交弯联机织物作为三维机织复合材料预制体,将两块三层三维浅交弯联机织物层叠在一起以保持两种机织物的纬纱层数一致。将环氧树脂E51与聚醚胺WHR-H023以质量比为3∶1的比例混合后制成树脂基体,采用手糊成型的方式将预制体与树脂基体按照质量比为1∶1的比例复合成型,制备出两种三维浅交弯联机织复合材料。借助Instron 3385H型万能材料试验机对材料的拉伸及弯曲力学性能进行测试;通过实验过程及对破坏断面的观察比较两种复合材料的力学性能。实验结果表明,三维浅交弯联机织复合材料在承受拉伸及弯曲载荷时,主要表现为脆性破坏模式;六层三维浅交弯联机织物作为复合材料的预制体时,该复合材料的弯曲性能和拉伸性能均优于两块三层三维浅交弯联机织物层叠在一起作为增强体的复合材料;且六层机织物可以更好地保护复合材料,提高其使用寿命。

环氧复合材料微波扫描修补工艺及力学性能研究

游彦宇, 李勇, 还大军, 刘政杰

2016, 0(2): 10-17.

摘要 ( 86 )

PDF (1378KB) ( 147 )

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微波加热具有加热速度快、加热均匀等优点,将微波固化技术应用于复合材料的修补,具有巨大的发展前景。针对E51/DDM体系玻璃纤维复合材料的微波扫描快速修补,通过扫描设备对预制缺陷复合材料层合板进行修补,研究了微波扫描修补工艺及修补后试样的力学性能。研究结果表明,300mA输入直流电流所对应的固化工艺具有较高的固化效率,同时固化制品具有良好的力学性能,最终确定此工艺为微波扫描修补工艺;当修补试样未加覆盖外层时,修补后试样的拉伸性能保持率较高,弯曲性能保持率较低,拉伸强度及模量保持率分别为89%和92.7%,修补面加载与背面加载的弯曲强度保持率分别为74.9%和77.5%;添加覆盖外层后,修补试样的拉伸及弯曲性能均得到提高,拉伸强度及模量保持率分别提高为98.7%和95.4%,修补面加载与背面加载的弯曲强度保持率分别提高为96%和94.4%;与热固化修补相比,微波扫描修补能节省70%左右的修补时间,具有更高的修补效率。

树脂基碳纤维卷铺管件热残余应力分析

刘加顺, 李峰, 张恒铭

2016, 0(2): 18-23.

摘要 ( 97 )

PDF (2039KB) ( 129 )

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对树脂基碳纤维卷铺管在高温固化后冷却至室温过程中进行了热应变实验,基于实体单元的分层属性建立了多种铺层复合材料管件的热残余应力数值模型,数值计算结果与实验结果吻合较好。在该数值模型基础上,从纤维方向应力的角度分析了铺层角度、环向层纤维含量、环向层铺设位置以及径厚比对卷铺管件热残余应力的影响。结果表明,上述诸因素均对残余应力有较大的影响,(±φ)_n铺层和90°/0°正交组合铺层中的0°纤维在纤维方向上残余应力均为轴向受压、环向受拉,该应力状态可能导致管件出现微裂缝等初始缺陷。

GFRP端部约束对粘接修理效果的影响

余周辉, 赵培仲, 胡芳友

2016, 0(2): 24-28.

摘要 ( 66 )

PDF (1717KB) ( 115 )

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以环氧树脂E44为基体,玻璃纤维为增强材料形成复合材料补片修复损伤铝合金,以端部未加约束试样为对照组,通过拉伸试验,研究了在补片端部加入约束后,补片长度和补片层数变化对修理效果的影响。研究结果表明,补片长度相同时,端部采用压条约束的修复效果明显高于端部无压条约束的修理试样,补片端部添加压条约束后,补片长度变化对修理效果的影响规律没有改变,抗拉强度随补片长度增大而增加,当补片长度达到一定值后基本不再提高,但是初始值有明显提高。此外,补片采用压条和缠绕的端部约束后,即在FRP-铝合金界面引入压应力,可改善FRP-铝合金之间的界面性能,有效缓解补片端部的应力集中。特别是当补片层数较多时,端部约束可有效改善由于补片层数增加引起的变形协调难的问题,而且缠绕约束方式的修复效果优于压条修复。

PVC泡沫夹芯板低速冲击响应数值模拟

陈博, 张彦飞, 王智, 赵贵哲

2016, 0(2): 29-34.

摘要 ( 81 )

PDF (2204KB) ( 203 )

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针对复合材料夹芯结构受到外来物体的撞击后易产生冲击损伤的特点,结合Hashin失效准则和泡沫压碎模型,在Abaqus/Explicit中建立了闭孔聚氯乙烯泡沫夹芯结构有限元模型。在验证模型正确的基础上,分析了通用接触和面面接触对载荷历程及界面分层面积的影响,并分析了面面接触下,冲击区域处(30mm×30mm)三种网格尺寸(0.5mm,1.0mm及1.5mm)对夹芯结构低速冲击响应的影响。研究结果表明,面面接触更适合模拟夹芯板的低速冲击响应。当冲击能量为4J,网格尺寸为0.5mm时,接触力载荷历程与试验得到的载荷曲线更接近,但是曲线上不能观察到载荷突降点,而1.0mm和1.5mm时载荷历程曲线上都能观察到载荷突降点,并且都出现在0.0005s附近。

功能梯度经典梁损伤识别模态应变能变化率法的抗噪音性能研究

黄立新, 岳世燕, 胡中明, 杨真真

2016, 0(2): 35-39.

摘要 ( 74 )

PDF (1161KB) ( 133 )

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针对功能梯度经典梁,研究损伤识别的模态应变能变化率方法的抗噪音性能。基于有限元商用软件ABAQUS计算平台,计算功能梯度经典梁自由振动模态参数,并加入一定水平的噪音。用这些含噪音的模态参数仿真实际测量值。模态参数测量噪音模型采用高斯分布模型,并比较了计算噪音水平的三种计算方法。通过数值算例,分析测量噪音对功能梯度经典梁损伤识别的影响。从损伤识别结果可以发现,在1%、2%和5%的噪音水平情况下,均能很好地识别出梁的损伤单元。这表明功能梯度经典梁损伤识别的模态应变能变化率方法具有良好的抗噪音性能。

风电叶片用国产碳纤维预浸料工艺性能和力学性能研究

宋秋香, 贾智源, 高克强

2016, 0(2): 40-46.

摘要 ( 132 )

PDF (6062KB) ( 223 )

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应用碳纤维制备风电叶片结构件是大型风电叶片制作技术的一个发展方向。为推动国产碳纤维的发展应用,给出了风电叶片对碳纤维预浸料的技术要求,研究了国产碳纤维预浸料和进口碳纤维预浸料的力学性能和工艺性能,通过对比分析发现,面密度低的国产碳纤维预浸料力学性能高于进口碳纤维预浸料,但面密度≥600g/m²的国内碳纤维预浸料的工艺性能较差,需要进一步改进。

复杂组织多层机织物三维建模与仿真

朱建华, 张瑞云, 王伟, 俞建勇

2016, 0(2): 47-52.

摘要 ( 103 )

PDF (5146KB) ( 167 )

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根据实际上机织造工艺参数并结合具体结构数据对三维角联锁结构、三维正交结构、三维变厚度结构、三维筒状结构这四种多层机织物结构进行建模与仿真。以纱线截面为椭圆形或圆形,纱线轨迹为三次B样条曲线,并假设纱线直径不变,确定纱线所在的位置,选取型值点,反求三次B样条曲线控制点。利用VC++编程语言调用OpenGL对三维机织物进行仿真。

基于改进自适应遗传算法的复合材料铺层优化设计

陆振玉, 张恩阳, 刘波

2016, 0(2): 53-56.

摘要 ( 117 )

PDF (1126KB) ( 165 )

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为提高采用遗传算法的复合材料铺层优化计算效率,提出了改进的自适应遗传算法,其交叉和变异算子在迭代过程中能够根据种群迭代收敛趋势进行自适应调整。通过二维Rasrtigrin测试函数试验,表明改进自适应遗传算法能够增加全局收敛次数,提高收敛速度。在此基础上,编写整数编码的改进自适应遗传算法,并结合经典层合板理论,以质量轻量化为目标,结构强度和刚度为约束条件,对复合材料层合板进行铺层优化设计,算例迭代过程显示收敛到最优解自适应遗传算法需进化27代,改进自适应遗传算法需进化19代。结果表明,提出的改进自适应遗传算法能够明显提高复合材料铺层优化设计效率。

基于热稳定及等弯曲刚度的碳纤维层合板铺层设计与优化

许亮, 解永杰, 丁蛟腾, 王永杰

2016, 0(2): 57-61.

摘要 ( 104 )

PDF (1121KB) ( 173 )

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针对碳纤维复合材料反射镜特殊应用,从热稳定性以及弯曲刚度均匀性两方面,对层合板进行铺层设计与优化。最终优化的16层铺层设计[22.5 90 -45 -22.5 67.5 -67.5 0 45]_s弯曲刚度均匀性最好,同时具有优异的热稳定性。该铺层设计为高精度、高热稳定性碳纤维层合面板研制提供参考,特别适合于变形镜的铺层设计应用。

碳纤维复合材料孔隙分布及形貌分析研究

肖鹏, 刘卫平, 刘奎, 黄姿禹

2016, 0(2): 62-66.

摘要 ( 66 )

PDF (11805KB) ( 137 )

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通过改变固化工艺制备了含孔隙的碳纤维复合材料试样,采用超声检测对试样进行了初步的孔隙检测与筛选,采用金相显微法对典型区域的孔隙率、孔隙分布和形貌特征进行统计。实验结果表明,固化压力不足和袋内真空不合适会引起复合材料内部孔隙的产生,且孔隙的分布存在必然性和随机性,孔隙形貌与孔隙率存在一定的联系。

一种适用于热熔法制备预浸料的阻燃型改性苯并噁嗪树脂的研究

张琪, 敬茂, 冉起超, 顾宜

2016, 0(2): 67-70.

摘要 ( 97 )

PDF (1060KB) ( 135 )

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基于苯并噁嗪和三官能环氧树脂的共混体系,制备了可用于热熔法制备预浸料的阻燃型基体树脂。考察了树脂体系的软化点、粘性,并对其固化物的阻燃性能、耐热性能及弯曲性能进行了测试。结果表明,通过配方调整,该树脂体系粘性满足热熔法的成型要求,其固化物阻燃性能达到UL-94 V-1,极限氧指数为33,玻璃化转变温度为212℃,弯曲强度达131MPa。通过加入催化剂间苯二酚调节体系的粘度变化,当间苯二酚含量为2wt%时,体系满足预浸料制备复合材料时对粘度变化的要求。该适用于热熔法制备预浸料的阻燃型改性苯并噁嗪树脂可用于航空航天领域。

高模玻纤单向织物在风电叶片主梁帽中的应用对比

关晓方, 贾智源

2016, 0(2): 71-74.

摘要 ( 103 )

PDF (1194KB) ( 180 )

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对四种高模玻纤分别进行了浸胶纱的拉伸性能、层合板的单层厚度及0°拉伸性能的研究,并对四种高模玻纤对工字梁刚度的影响进行了模型分析。四种高模玻纤具有相近的原纱拉伸模量,层合板在等纤维体积含量下具有相近的0°拉伸模量,但是在真空导入成型工艺中,由于单层厚度的差异导致纤维体积分数不同,从而具有不同的0°拉伸模量。在应用于同样铺层的工字梁时,单层厚度为0.78mm的高模玻纤层合板对应的工字梁刚度比单层厚度为0.83mm的高模玻纤层合板增加约6%。

基于FBG传感器的碳纤维复合材料内部热应变监测

贾卫芳, 孙宝忠

2016, 0(2): 75-78.

摘要 ( 85 )

PDF (1426KB) ( 166 )

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将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,简称“FBG”)传感器分别埋入单向板和平纹机织层压复合材料中,采用Sm125型光纤光栅解调仪测试两种复合材料在20~100℃温度范围内的内部热应变,分析单向板和平纹机织层压复合材料在仅受温度作用下内部热应变变化特征。结果表明,FBG传感器可以准确测量复合材料内部热应变变化;单向板和平纹机织层压复合材料的内部热应变均随温度升高而增大;织物结构影响复合材料内部热应变,且同一温度点,平纹机织层压复合材料内部热应变较单向板大。

氰酸酯改性环氧树脂复合材料的研究

杨忠, 吴晓青, 杨红娜

2016, 0(2): 79-82.

摘要 ( 88 )

PDF (2531KB) ( 183 )

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采用双酚A型二氰酸酯对环氧树脂E51进行改性,并制备出玻璃纤维增强复合材料。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、动态热力学分析(DMA)对不同质量比的环氧树脂/氰酸酯的共固化产物结构特征以及复合材料的玻璃化转变温度进行了研究,同时测定并讨论了对复合材料的拉伸性能、弯曲性能、吸湿性能的影响。结果表明,在环氧树脂和氰酸酯共固化体系中,随着氰酸酯含量的增加,固化物中三嗪环的相对含量增加,噁唑烷酮的相对含量降低。当环氧树脂/氰酸酯质量比为50/50时,复合材料的玻璃化转变温度为215.6℃,与未改性相比提高了49.7℃;650h后吸水率显著降低,仅为0.69%;但拉伸强度和弯曲强度略有降低。扫描电镜(SEM)分析表明,加入氰酸酯后,增加了复合材料的残余应力,使复合材料呈现出脆性断裂。

热压辅助预成型的超大厚度制件VARI成型工艺研究

李培旭, 陈萍, 韩小勇, 苏佳智

2016, 0(2): 83-86.

摘要 ( 80 )

PDF (5082KB) ( 167 )

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以VARI工艺为代表的复合材料低成本液体成型技术愈发受到研究关注。针对超大厚度制件的VARI成型,创造性地引入热压辅助预成型技术,以100层的超大厚度层板的VARI成型为例,在制备预成型体的过程中,采用热压辅助预成型,并分析热压辅助预成型引入后,预成型体的厚度变化、进出胶口设置方式以及对最终制件质量的影响。该研究对于提升VARI工艺制件纤维体积含量和制件性能,进一步拓展VARI工艺在民机结构中的应用都具有积极意义,研究结果可以为VARI成型工艺制备的大厚度制件在飞机结构中的设计与应用提供参考。

GF/VE复合材料工频电气强度研究

唐泽辉, 贺鹏, 董青海, 陈雨林

2016, 0(2): 87-90.

摘要 ( 95 )

PDF (782KB) ( 154 )

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以乙烯基酯树脂浇注体及树脂传递模塑工艺成型的复合材料为研究对象,通过对复合材料不同厚度、不同方向进行工频电气强度测试,以及对材料击穿部位的分析研究,初步探讨了复合材料厚度、复合材料纤维布层方向对工频电气强度的影响。

二维编织复合材料力学性能分析研究进展

夏燕茂, 秦志刚

2016, 0(2): 91-94.

摘要 ( 93 )

PDF (734KB) ( 269 )

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论述了二维编织复合材料力学性能研究进展,主要包括结构几何模型的研究、力学性能的实验研究和理论研究三部分。在细观结构研究中,选择代表性体积单元建立合理的简化几何模型是应用最为广泛的。在力学性能的研究中,主要分析弹性性能,分析方法以有限元方法为主。最后,总结研究存在的问题,并对未来的研究趋势进行展望。

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