复合材料科学与工程

舒明杰,祖磊,王继辉,李书欣

2016, 0(1): 5-9.

摘要 ( 90 )

PDF (2584KB) ( 211 )

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纤维缠绕压力容器加卸载后的残余变形趋势研究,对提高制品的尺寸稳定性及满足压力容器的合格性认证均有重要指导意义。分析了钛内衬材料性能参数对纤维缠绕压力容器轴向残余变形趋势的影响。针对等张力缠绕压力容器,采用变角度、变厚度的精细化建模方法,建立了碳纤维螺旋加环向缠绕压力容器的筒身和封头段模型。测试了钛内衬材料在不同屈服强度下的力学性能曲线,并利用有限元模型分析了不同材料性能参数所对应的压力容器加卸载后的轴向残余变形。结果表明,经过给定的加卸载过程后,纤维缠绕压力容器总体沿轴向缩短;并且,钛内衬材料屈服强度的改变对容器轴向残余变形量有着显著的影响。

板翅式换热器夹层结构等效模型研究及数值分析

冯琨程,刘波,张恩阳

2016, 0(1): 10-16.

摘要 ( 69 )

PDF (3771KB) ( 210 )

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依据薄板小挠度弯曲变形理论和正交各向异性夹层板弯曲变形理论,对板翅式换热器这种特定的金属夹层结构进行等效模型研究,通过建立有限元等效模型的方法研究板翅式换热器的力学参数。使用有限元前处理软件Patran对换热器夹层结构进行几何简化并独立成具有代表性的胞元,在多种边界条件下,提取胞元的应变分量和弯曲内力。结合夹层板应力与应变的本构关系计算刚度矩阵,从而求出宏观等效弹性常数。通过该方法可以将板翅式换热器夹层板等效成连续材料的单层板单元,最后将等效计算模型的力学参数用于板翅式换热器的模态分析,并与模态实验分析结果进行对比,验证等效分析方法的合理性和有效性。

预应力CFRP加固简支梁的弹性力学解析解

陈超,周叮,刘朵,张建东

2016, 0(1): 17-22.

摘要 ( 67 )

PDF (1289KB) ( 143 )

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以预应力CFRP加固简支梁为例,研究梁上表面受荷载作用时CFRP预应力和层数对简支梁应力和位移分布的影响。首先,将简支梁和CFRP沿界面切开各自进行分析,基于二维弹性力学理论,对简支梁进行分析;利用受张力的弦变形理论,对预应力CFRP层进行分析。然后,根据梁和CFRP层间的界面应力和位移连续条件以及梁上表面的载荷条件确定待定系数,最终得到CFRP加固简支梁的应力和位移精确解析解。数值结果与有限元软件ANSYS分析高度一致。研究表明CFRP的预应力和层数对简支梁的应力和位移分布均有影响,预应力越大、层数越多,梁的正应力和竖向位移越小。

风电叶片用真空导入型聚氨酯的性能分析

贾智源,关晓方

2016, 0(1): 23-28.

摘要 ( 144 )

PDF (3981KB) ( 225 )

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系统分析了以降低风电叶片成本为目标开发的真空导入型聚氨酯树脂,分别进行了粘度特性、工艺窗口、固化特性和力学性能的分析。分析表明该树脂体系与常用环氧树脂体系相比具有初始粘度低、进胶速率大、韧性高和粘接性能好等优点,表现为灌注时间的缩短、层合板抗压缩性能和横向性能的提高。将这一树脂体系应用于风电叶片主承力结构的制造,通过提高纤维体积含量,可进一步降低叶片的生产成本。

基于数字图像相关方法的复合材料层间剪切性能研究

郝文峰,郭广平,陈新文,王翔

2016, 0(1): 29-32.

摘要 ( 86 )

PDF (3881KB) ( 232 )

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层间剪切强度是评价复合材料层合板层间力学性能的一项重要指标。首先,按照ASTM D 2344开展了复合材料层合板短梁剪切试验,研究了CCF300/5228复合材料层合板层间剪切性能。其次,基于数字图像相关方法得到了不同载荷作用下层间全场位移和应变分布。最后,利用ABAQUS建立了复合材料层合板有限元模型,分析了复合材料层合板层间位移及应变分布,并与数字图像相关计算结果进行了对比。研究表明,数字图像相关方法试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。数字图像相关方法能够实时监测层合板层间应变分布,进而预测层间剪切破坏位置,为复合材料层间剪切性能研究提供有效的全场应变监测手段。

基于响应曲面法的热芯缠绕芯模结构优化

许家忠,袁亚男,高良超,杨海

2016, 0(1): 33-39.

摘要 ( 104 )

PDF (5470KB) ( 112 )

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热芯缠绕工艺是实现复合材料壳体高效缠绕的新工艺,内加热芯模温度均匀性是保证制品成型质量的关键。以该工艺中的缠绕芯模为研究对象,选择小孔位置为优化变量,利用Box-Behnken试验设计方法设计一个三因素三水平的试验方案,对每个方案进行Fluent数值模拟,在芯模上标定温度跟踪点,计算芯模外表面温度跟踪点的均方差作为试验响应值。将得到的响应值利用最小二乘法拟合二阶响应曲面方程,利用统计分析软件Minitab分析得到最优位置组合。最后依据最优方案再次建模进行Fluent仿真验证。结果表明,模拟值与模型预测值吻合良好,芯模外表面温度均方差仅为1.96K,温度均匀性良好。

二步法圆形织编结构的建模表达与结构仿真

宁方刚,于伟东

2016, 0(1): 40-44.

摘要 ( 61 )

PDF (5681KB) ( 232 )

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在对玫瑰曲线研究的基础上,对玫瑰曲线进行拓展,获得广义玫瑰曲线,并对广义玫瑰曲线中的相关参数对结构的影响情况进行了详细的分析和讨论。在此基础上将其应用在管状编织结构的建模中,结果显示基于广义玫瑰线的二步法圆形编织结构可以较好地反映编织结构中股线相互穿插交织规律,为该类结构的设计和仿真提供模型。

竞赛机翼结构的优化设计与验证

李翰洋,董国华,袁国青

2016, 0(1): 45-50.

摘要 ( 82 )

PDF (3282KB) ( 120 )

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要使复合材料轻质高强的优势得到充分发挥,在给定设计条件下开展复合材料结构的优化设计研究是十分必要的。以SAMPE超轻复合材料竞赛机翼为研究对象,根据给定的外形及工况,基于Hyperworks软件的OptiStruct分析和优化模块,对机翼的结构形式、铺层位置、铺层方向、铺层厚度等进行了优化设计,结合实际制造时的工艺性等,确定出了一款复合材料模型机翼的优化设计方案。基于该优化设计方案开展了模型机翼的制备与试验研究工作,并根据试验结果进行了进一步的改进,最终得到了该赛事组织以来满足承载及变形要求的最轻的一个机翼。

方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征

许晶,马岩,阳玉球

2016, 0(1): 51-57.

摘要 ( 86 )

PDF (5426KB) ( 130 )

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复合材料因其轻质、机械性能好及能量吸收性能高而广受关注。研究表明圆形截面复合材料管件物能量吸收性能优于方形截面的管件物,故目前复合材料管件研究对象高度集中在圆形截面,而对实用价值非常高的方形截面复合材料管件物的研究比较少见。从编织角以及编织方式方面着手,对方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的压缩特征以及能量吸收性能进行了探索性研究,分析了不同编织角的二维(2D)以及三维(3D)结构复合材料管在破坏过程中伴随的微观破坏,并讨论了其破坏机理的差异性。

冲击位置对三明治型复合板材冲击性能的影响分析

闫学通,贾立霞,刘君妹,申晓

2016, 0(1): 58-61.

摘要 ( 123 )

PDF (1041KB) ( 198 )

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釆用高强低伸工业涤纶为原料,加工织造了机织间隔织物,对间隔织物空间进行泡沫填充,面层与树脂进行复合,制成了三明治型复合材料板材。测试了冲击位置不同时复合板材耐冲击性能和冲击前后板材的侧压性能,分析了冲击位置对三明治型复合板材耐冲击性能的影响。结果表明,相同冲击能量作用下,冲击位置不同时,复合板材的表观破坏和冲击后侧压性能均有差异。在间隔织物规格相同的情况下,冲击位置在接结点处的板材表观冲击损伤大,但冲击发生在接结点处的板材受冲击后,所能承受的侧压载荷相对较大。

船用新型复合高压气瓶设计与试验研究

巩克壮

2016, 0(1): 62-66.

摘要 ( 44 )

PDF (2860KB) ( 131 )

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利用10mm碳纤维增强复合材料环缠加强现役钢质气瓶,实现了船用新型复合高压气瓶的研制,并参照相关标准开展了水压、爆破、气密、疲劳等试验研究。结果表明,复合材料较好地分担了气瓶环向应力,爆破压力达到125MPa,经0～40MPa、12000次填充疲劳试验不发生破坏。试验表明复合气瓶设计合理,安全可靠性高,是实现船用新型高压气瓶研制的较好技术途径。

复合材料预成型体本体粉末定型剂的制备

高龙飞,陈萍,陈吉平,苏佳智

2016, 0(1): 67-70.

摘要 ( 131 )

PDF (919KB) ( 132 )

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采用Cycom890树脂来制备粉末定型剂。根据树脂在不同温度下的恒温流变性能,选择150℃作为树脂的预聚温度。对不同预聚时间的树脂进行性能分析,结果表明随着预聚时间的延长,焓变和固化度近似线性增加,但树脂的软化点在2h附近会发生突变。在150℃下预聚1.5～2h的树脂,在室温时呈固态,可以研磨成粉末,并且软化点相对较低,适合作定型剂。90℃下的恒温流变曲线显示,制备的定型剂具有较长的使用寿命。

某雷达天线反射器的轻量化研制

张晨晖,张晟,杨尚杰

2016, 0(1): 71-73.

摘要 ( 87 )

PDF (797KB) ( 120 )

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本项目采用化学蚀刻法制作副反射器栅面图形替代原来的绷丝工艺;用高强度聚氨酯泡沫、J-164填充胶、低密度纤维粉等材料制作天线反射器法兰和加强筋部分;采用一体化成型法兰的方法既节约了两套法兰模具、缩短了天线制作周期,又减轻了天线的重量,采用合理的后处理工艺使天线反射器的型面精度达到图纸要求。

一种实时监测环氧树脂固化过程中化学收缩的方法

杨喜,李书欣,王继辉,胡海晓

2016, 0(1): 74-78.

摘要 ( 148 )

PDF (1432KB) ( 247 )

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树脂固化过程中的化学收缩会使复合材料产生缺陷,而这些缺陷会极大降低复合材料的性能。本文在选用传统毛细管膨胀计的基础上通过添加一个对照瓶以及选用PE袋的做法,找到了一种快捷、高效、高精度、高适用性的化学收缩测试方法。通过建立化学收缩与固化度之间的联系,证实了化学收缩独立于温度和时间,仅与固化度呈现一种双线性关系。总体来看在固化度0.28(初步凝胶点)左右直线斜率发生变化,直线前半段斜率约为42.54,后半段斜率约为64.63,树脂完全固化时总的化学收缩率为7.55%。研究表明,上纬2511-1A/BS树脂体系凝胶后化学收缩率远大于凝胶前的化学收缩率。

连续玄武岩纤维增强木质复合材料的研究

时艳玲,贾涛芳

2016, 0(1): 79-82.

摘要 ( 119 )

PDF (981KB) ( 150 )

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采用真空辅助成型工艺(VARI)制备连续玄武岩纤维增强木材复合材料,通过测试其力学性能,分析了平纹6×6、平纹9×9、斜纹6×6、斜纹9×9等四种不同类型玄武岩织物的增强效果,结果显示平纹6×6玄武岩纤维布增强木材复合材料的综合力学性能最优。

一种快速生成风电叶片有限元网格的方法

黄辉秀

2016, 0(1): 83-85.

摘要 ( 73 )

PDF (1624KB) ( 181 )

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利用叶片主要二维截面的坐标点数据和主要部件的定位数据,经过插值、节点组合,整理出一套有效的有限元网格生成方法。然后又用MATLAB语言将此方法编制成自动程序,实现了快速生成网格这一过程。由于叶片内部部件的定位由数据驱动,给有限元模型后续修正,改善、节省了大量时间。经过测试,此网格能够满足有限元计算。

光纤光栅在先进复合材料固化成型研究中的应用

张泳安,湛利华

2016, 0(1): 86-91.

摘要 ( 41 )

PDF (1321KB) ( 127 )

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先进树脂基复合材料被广泛应用于航空航天领域。热压罐成型工艺是复合材料结构件首选成型工艺之一,但存在效率低、成本高等问题,并且在成型过程中产生的固化应变会影响制件成型质量,通过光纤光栅传感器在线监测应变/应力参数对于制定合理工艺规程、提高制件品质具有重要作用。本文详细介绍了热压罐成型中光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感解决方案,综述了近年来基于光纤光栅传感器在线监测的复合材料固化成型研究进展。并结合国内外研究现状,对光纤光栅在线监测的应用前景及亟待解决的问题提出了几点思考。

氦质谱检漏技术在复合材料成型模具上的应用

王霖,苏佳智,晏冬秀,王健

2016, 0(1): 92-96.

摘要 ( 63 )

PDF (1758KB) ( 129 )

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介绍了氦质谱检漏技术,简述复合材料成型模具制造过程及其所用的气密性检测方法,对比分析得出采用氦质谱检漏仪对复合材料成型模具进行气密性检测在检测精度、检测成本、检测周期等多方面具有优势,因此将氦质谱检漏技术应用于复合材料成型模具气密性检测具有很大意义。对氦质谱检漏技术在国内外复合材料成型模具上的应用情况进行介绍,在此基础上,对应用于复合材料成型模具气密性检测的氦质谱检漏系统进行设计,并开展检漏实验,总结检漏过程的注意事项。

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