复合材料科学与工程

任明法, 刘长志, 丛杰, 张靖

2016, 0(8): 5-12.

摘要 ( 79 )

PDF (1024KB) ( 165 )

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纤维缠绕复合材料固化成型过程中,缠绕制件的纤维密实程度及单层厚度受缠绕张力、树脂流动影响较大。基于Squeeze-sponge模型,发展了适用于纤维缠绕复合材料固化成型的树脂流动/纤维密实模型。该密实模型考虑了固化度、温度、树脂黏度、渗透率等参数随固化时间的变化特性,并引入缠绕张力、缠绕图案等缠绕特征,实现缠绕制件纤维密实过程的数值模拟。通过对比文献结果,证明了密实模型的可靠。基于密实模型,对不同缠绕张力制度下的纤维密实程度进行数值模拟,结果表明,相较于各层缠绕张力相等的缠绕制度,采用层间压力相等的缠绕制度时,树脂分布更加均匀,各层纤维体分比数值趋于一致,且适当提高远离树脂出口位置的缠绕张力可实现各层纤维体分比数值相等。

新型硅烷偶联剂对石英纤维/含硅芳炔复合材料界面增强增韧改性

杨海荟, 扈艳红, 杜磊, 顾渊博

2016, 0(8): 13-21.

摘要 ( 85 )

PDF (1102KB) ( 131 )

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采用一种自主设计制备的含有端炔、醚键和酰亚胺环的硅烷偶联剂(AAS),对石英纤维/含硅芳炔复合材料进行增强、增韧改性。采用DSC、FT-IR以及TGA分析表征了AAS参与PSA的交联固化,与PSA形成良好的化学作用;XPS测试表明AAS与QF产生化学键合;SEM分析表明,AAS的使用改善了QF与PSA的粘结性能,提高了界面结合强度,常温条件下,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度相比于未改性的分别提高了50.6%和43.0%,在250℃时,ILSS、弯曲强度的保留率分别为66.0%和84.2%。经过AAS改性后,复合材料的耐冲击性能也得到了提高,常温下QF/PSA的冲击强度较未改性时提升了20.4%。

复合材料挖补修理固化过程残余应力的三维数值模拟

庞杰, 刘国春

2016, 0(8): 22-26.

摘要 ( 96 )

PDF (848KB) ( 149 )

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基于热化学和残余应力理论,采用顺序热-力耦合方法建立了复合材料固化过程的三维有限元模型,通过与文献中C形构件计算结果的对比,验证了该仿真模型具有较高的精度。采用该模型计算了AS4/3501复合材料层合板挖补修理固化过程中模量和残余应力的变化历程。结果表明,凝胶点之前,树脂模量和复合材料横向模量很小,而平行于纤维方向存在残余压应力;凝胶点之后,模量均随时间快速增大到一定值,残余应力先逐渐增大到一定值,再随降温过程快速增大。

丝束变角度层合板频率性能的参数化分析与优化

孙士平, 邓同强, 胡政

2016, 0(8): 27-32.

摘要 ( 73 )

PDF (949KB) ( 111 )

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为有效设计丝束变角度(VAT)层合板的频率性能,首先基于纤维方向角的线性变化定义建立了VAT层合板参数化有限元模型,开展了VAT层合板频率性能的参数化研究;其次,基于纤维轨迹的周期性特征,对比分析了VAT层合板不同长宽比和厚度对频率性能的影响;最后,结合序列响应面方法,完成了不同边界下最优化VAT层合板频率特性的纤维轨迹参数设计。计算结果表明,VAT层合板的一阶频率基本不受纤维参考方向角影响,而优化纤维参考方向角能有效提高一二阶频率带隙;特征长度对频率特性的影响随长宽比增大而衰减;越薄的VAT层合板其频率特性受纤维轨迹的影响越大。研究结果为VAT层合板的频率性能设计提供了参考。

环氧树脂高低温弹性模量的分子模拟和实验研究

李浩, 张清杰, 高亮, 张文卿

2016, 0(8): 33-37.

摘要 ( 117 )

PDF (914KB) ( 573 )

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环氧-胺树脂体系的力学性能与温度的关系受到研究人员的广泛关注。通过计算机分子模拟构建了DDM/DGEBA和DDS/DGEBA的交联结构模型,利用密度-温度曲线确定了各树脂体系的玻璃化转变温度(T_g),然后预测了两组环氧树脂体系从高温(420K)到低温环境(100K)范围内的弹性模量,并与实验结果进行比较分析。利用分子模拟分析模量的变化与树脂体系的内聚能密度(CED)以及自由体积等微观结构参数的关系。分子模拟结果表明两种树脂体系的弹性模量都随着温度下降而增大,与实验结果较为一致,这主要是由于树脂体系的自由体积分数随着温度的降低而降低,而CED随着温度的降低而增大引起的。

碱溶液疲劳耦合作用下BFRP布加固损伤钢筋混凝土梁抗弯试验研究

王海良, 李龙

2016, 0(8): 38-43.

摘要 ( 101 )

PDF (958KB) ( 144 )

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基于桥梁结构所处环境的复杂性及所承受荷载的特殊性,试图探索碱溶液环境和疲劳荷载耦合作用下BFRP布加固既有损伤混凝土性能,开展了粘贴二层玄武岩纤维布加固,pH值分别为7、9、10的溶液环境和等幅疲劳耦合作用下损伤RC梁的抗弯试验研究。试验结果表明,即使在碱溶液环境和疲劳荷载耦合作用下,BFRP布仍能提高损伤RC梁极限承载力和抗弯刚度;相同疲劳次数下,在pH=9的溶液环境中,作用90d的加固梁比作用60d的加固梁挠度增加了23.13%;其他参数相同情况下,pH=7、pH=10的试验梁较未经环境作用试验梁抗弯强度分别降低10.06%、21.15%,可见,随着碱溶液浓度的增加、作用时间的延长,RC梁极限承载力、抗弯刚度、抗疲劳等性能显著下降;最后以试验梁挠度变化作为疲劳损伤指标,拟合出了考虑pH值、疲劳次数混凝土加固梁变形模量表达式。

基于Zinoviev理论的含孔复合材料层合板三维有限元渐进失效分析

昌磊, 李书欣, 丁安心, 王继辉

2016, 0(8): 44-49.

摘要 ( 90 )

PDF (1007KB) ( 161 )

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建立了含孔复合材料层合板的三维有限元模型,以二维Zinovie理论为基础,结合改进的三维Hashin准则,对二维Zinoviev理论进行了简化和拓展,提出了适用于三维模型的刚度退化方案,完成了对层合板的渐进失效分析。从纤维失效、基体失效、分层失效三个方面讨论了层合板在拉伸载荷作用下的失效过程,并预测了层合板的拉伸极限强度及破坏模式。数值模拟结果与试验基本吻合,验证了所提出退化模型的正确性。

风电叶片螺栓安装预紧力研究

吴胜军, 冯威, 苑斐琦, 韩涛

2016, 0(8): 50-52.

摘要 ( 124 )

PDF (787KB) ( 175 )

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风力发电叶片叶根连接螺栓是复合材料叶片与风轮轮毂连接的唯一的也是最关键的部件,通常在安装过程中会施加螺栓预紧力,保证叶片与轮毂连接的紧密性。预紧力大小的设定对螺栓是否能够正常使用,乃至叶片能否正常运行都有重大的影响,在螺栓连接的有限元分析中准确模拟螺栓的预紧力是一项复杂而困难的工作。论述了螺栓预紧力的理论计算过程及利用有限元技术在ANSYS中模拟螺栓预紧力的方法,为叶片根部连接施加预紧力提供可靠的依据和指导。

CFRP加固含初始裂纹的RC梁的抗爆性能研究

曲艳东, 李鑫, 刘万里, 章文姣

2016, 0(8): 53-56.

摘要 ( 93 )

PDF (858KB) ( 134 )

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碳纤维复合材料(CFRP)加固建筑结构是一种新兴的加固技术。国内外鲜有CFRP加固含初始裂纹的结构构件(如RC梁)的抗爆性能的研究报道。基于大型非线性动力学分析软件LS-DYNA,从加固层数和加固宽度两方面对CFRP局部全包裹加固含初始裂纹RC梁(裂纹梁)的抗爆性能进行非线性有限元数值分析。研究表明,采用CFRP对裂纹梁的裂纹处进行局部全包裹加固可提高裂纹梁的整体刚度,减小其在爆炸荷载作用下的损伤和变形程度。当CFRP的加固层数为4层、加固宽度为300mm时,可有效提高裂纹梁的抗爆性能。该研究成果对建筑结构抗爆设计和抗爆加固研究具有一定的指导意义。

BFRP筋与蒸养混凝土粘结性能研究

万朝阳, 陈国新, 陈磊, 王康

2016, 0(8): 57-61.

摘要 ( 101 )

PDF (905KB) ( 132 )

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为研究BFRP筋与混凝土粘结性能,将BFRP筋混凝土试件蒸养8h后再各标养3d及28d,对试件进行中心拉拔试验。研究不同龄期试件破坏形态及试件粘结强度随混凝土强度和粘结长度变化的规律,利用1stOpt软件对试件粘结强度与影响因素关系进行二次非线性曲面拟合。结果表明,试件主要破坏形态为BFRP筋拔出和混凝土劈拉破坏;与粘结长度相比,混凝土强度对不同龄期试件的粘结强度影响较显著,C40比C25增幅达29.1%,17.5d比7.5d降幅达21.4%;1stOpt软件拟合的粘结强度公式为确定不同混凝土强度、不同粘结长度下试件不同龄期的粘结强度值提供理论依据。

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料热模压成型工艺的研究

唐荣华, 杨旭静, 郑娟

2016, 0(8): 62-67.

摘要 ( 84 )

PDF (905KB) ( 158 )

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为了提高LGFRP模压制品的基本力学性能及其性能的稳定性,把热模压成型过程细分为预热工序、模压工序和成型操作三个部分,分别对应片材加热温度、保温时间、成型压力、模具温度、保压时间、坯料转移时间以及模压排气次数七个热模压成型工艺参数,运用正交试验和单因素试验方法,分析和讨论了各工艺参数对LGFRP复合材料热模压件力学性能的影响,并优化出了较佳的工艺参数组合。结果表明,工艺参数对力学性能的影响度大小受工艺条件的影响,并且细化成型工艺可提高LGFRP热模压制品的力学性能与热模压工艺的稳定性。

电热元件-疏水涂层复合除冰系统的实验研究

王延明, 倪爱清, 王继辉, 胡海晓

2016, 0(8): 68-72.

摘要 ( 84 )

PDF (860KB) ( 140 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对当今风电叶片面临的电热除冰能耗巨大及疏水涂层除冰效果欠佳的问题,提出了一种结合电热元件除冰与疏水涂层除冰共同优势的复合除冰系统。借助涂层疏水性表征手段和冰层粘结强度测试实验,分析了疏水性对冰层剪切附着力的影响,最后通过特定环境下的除冰模拟实验对复合除冰系统的可行性与可靠性进行了评估。该除冰系统不但满足风电叶片的除冰要求,而且可降低除冰能耗,起到节能作用,可应用于降低冰脊对叶片造成的损害。

FRPM管涵力学特性试验与数值模拟研究

魏连雨, 张国盘, 张济源, 王金伟

2016, 0(8): 73-77.

摘要 ( 66 )

PDF (897KB) ( 128 )

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结合河北承德某工程实际,对工程中涵洞选用FRPM管的标段进行车辆静载试验,以研究其受力状况,为实际工程做指导。FRPM管的受力状况与不同填土高度及荷载作用密切相关,为此依据现场试验所得管道受力特征,在平面应变条件下,采用ABAQUS建立的管-土相互作用模型对现场试验进行数值模拟,利用数值分析的方法,以减少传统试验在人力、物力上的耗费。研究结果表明,在最小填土0.5m,不同车辆荷载作用下,管涵最大变形为1.3mm,管涵受力较好;试验与模拟结果一致性较好,验证了所建模型的正确性。

双罗纹衬纬纬编针织物增强复合材料的拉伸性能

马晓红, 秦志刚

2016, 0(8): 78-81.

摘要 ( 79 )

PDF (838KB) ( 143 )

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在电脑横机上使用玻璃纤维编织了三种双罗纹衬纬纬编针织物,以玻璃纤维针织物作为增强体,采用手糊工艺与环氧树脂复合制备了复合材料板材,在万能强力机上测试了复合材料试样的拉伸性能。结果表明,双罗纹衬纬纬编针织物增强复合材料在横向拉伸时的应力应变曲线呈现近似线性,纵向拉伸具有明显的屈服现象,横向拉伸断裂强度和模量最高,斜向次之,纵向最低;拉伸应变沿横列方向最小,拉伸性能各向异性明显;复合材料拉伸性能与增强织物结构、密度和纤维体积分数有关。

具有过渡点温度特性导线的力学计算及工程应用

鲍星辉, 杨长龙, 张玉良, 金鹏

2016, 0(8): 82-86.

摘要 ( 81 )

PDF (802KB) ( 192 )

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具有过渡点温度特性导线是用线膨胀系数比钢线小很多的材料(如碳纤维复合材料)替代钢芯,与外层铝线绞制成特殊导线。该导线芯线具有极佳的耐热性和低线膨胀系数,可将导线允许温度提高至160℃或更高,从而提高了导线的输送容量,并且导线具有低弧垂特性。这种导线的架线力学特性与钢芯铝绞线不同,应用弹性变形的虎克定律以及导线悬链线方程推导了具有过渡点温度特性导线的过渡点温度和张力的计算方法,已在辽宁省多条送电线路的架线设计中应用,取得了很好的效果。

工艺间隙对气囊法成型复合材料圆管性能影响

王英男, 潘利剑, 刘国峰, 胡秀凤

2016, 0(8): 87-91.

摘要 ( 72 )

PDF (975KB) ( 140 )

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设计并加工了气囊法成型复合材料圆管的不锈钢模具,并利用硅橡胶圆管作为加压气囊,制备了不同工艺间隙条件下的碳纤维复合材料圆管。利用金相显微镜观察了圆管横截面的微观形貌,对圆管的压缩性能进行了测试,并与同种材料和固化制度条件下热压罐成型平板的压缩强度进行了比较。结果表明,工艺间隙与圆管设计壁厚比值为34%时,圆管的成型质量最好,管壁的单层厚度相对较小且比较均匀,管壁内部缺陷较少,压缩强度为634MPa,与热压罐成型平板的压缩强度647MPa相当;工艺间隙增大后,成型质量逐步变差,压缩强度逐步下降,工艺间隙比值为86.7%时,出现了明显的分层和孔隙缺陷,且单层厚度明显偏大且不均匀,圆管的压缩强度下降到427MPa,相比最高值下降34%左右;工艺间隙减小后,成型质量和压缩强度也出现减小的趋势,但减小幅度相对不大。

薄铺层层合复合材料研究进展

何明昌, 黄春芳, 郑青, 鞠苏

2016, 0(8): 92-98.

摘要 ( 133 )

PDF (896KB) ( 268 )

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简要介绍了碳纤维薄层预浸料及其制备的层合复合材料,主要阐述碳纤维薄层预浸料的制备方法和薄铺层复合材料的力学性能特点。对国内外关于薄铺层复合材料与常规铺层复合材料的静态、韧性和疲劳等力学性能的研究进展进行了分析和总结,归纳了铺层厚度的减薄对层合复合材料力学性能的影响规律。最后对薄铺层复合材料的研究趋势和应用前景进行了展望。

复合材料先进液体成型技术的航空应用与最新发展

李培旭, 陈萍, 苏佳智, 刘卫平

2016, 0(8): 99-104.

摘要 ( 133 )

PDF (860KB) ( 270 )

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复合材料的大量应用已经成为提高民机产品性能与市场竞争力的重要因素,备受当前国际主要航空制造企业及相关行业的关注。而随着民机结构中复合材料的大量应用,其成本问题愈发凸显,使得复合材料液体成型技术愈发受到关注,调研了国内外液体成型技术相关的研究和应用工作,结合各类典型的航空复材制件的研制案例,介绍了复合材料先进液体成型技术的应用特点,并分析了该技术的最新发展趋势,以供参考。

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