复合材料科学与工程

李清禄,栾玮荻,李世荣

2016, 0(10): 5-10.

摘要 ( 104 )

PDF (886KB) ( 127 )

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研究了由陶瓷和金属两种材料组成的功能梯度材料(FGM)圆板在非保守随从力作用下的稳定性问题。假设功能梯度材料性质只沿板厚度方向并按成分百分比的幂指数形式连续变化。推导了问题的控制微分方程,打靶法数值求解所得非线性边值问题,获得了两种边界下功能梯度圆板的变形与无量纲随从力之间的关系曲线。讨论了材料梯度指数以及两种边界条件对过屈曲和弯曲行为的影响。数值结果表明,两种边界条件下,各向同性均匀圆板都发生传统意义上的屈曲,而FGM圆板在随从载荷下,当梯度指标P<0.1时发生屈曲,当P>0.1时只发生弯曲。结果显示,材料的梯度性质和边界条件对弯曲和屈曲行为都有重要影响。

隔板方向对泡沫芯复材夹芯梁抗剪性能影响的试验研究

孙运楼,齐玉军,王慧

2016, 0(10): 11-14.

摘要 ( 88 )

PDF (852KB) ( 161 )

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采用真空导入工艺制作了3组不同方向(横向、纵向及双向)的隔板增强泡沫芯复材夹芯梁,对其进行了剪跨比为3的三点弯试验研究,获得了其失效过程及破坏模式,分析了隔板布置方向对该复材夹芯梁受剪力学行为的影响。结果表明:①隔板横向、纵向及双向布置时,夹芯梁的破坏模式分别为上面层弯曲折断、侧面层局部屈曲及上面层剪切破坏;②横向隔板可有效阻止泡沫芯材的斜裂缝扩展,从而提高构件在横向荷载作用下的延性,但不能显著提高夹芯梁的刚度和强度;③隔板纵向布置时,构件的承载力和刚度相比于未增强的普通泡沫芯复材夹芯梁分别提高了1.02倍及5.65倍,但延性仅提高了0.23倍;④双向隔板增强泡沫夹芯梁的力学性能与纵向隔板增强泡沫夹芯梁较为相似,其承载力和刚度均明显高于横向隔板。

干纤维增强橡胶膨胀节缠绕线型设计及仿真

尤波,王燕,许家忠,张希

2016, 0(10): 15-19.

摘要 ( 144 )

PDF (913KB) ( 139 )

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橡胶膨胀节作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件,相比较于目前国内使用的金属膨胀节具有良好的耐腐蚀性能、较高的冲击强度和优异的减振降噪特性等优点,主要应用于大型管道输送。传统的橡胶膨胀节采用橡胶帘子布手动或半自动缠绕/铺放成型,效率低且在受压时纤维无法优化方向,起不到很好的承压作用。采用干纤维增强橡胶膨胀节可充分发挥纤维作用,而且能实现自动化缠绕成型,提高效率、质量、产品一致性。本文分析干纤维缠绕成型原理,结合网格理论和薄膜理论计算等张力模型方程,根据方程建立回转体单波纹等张力膨胀节模型,并采用数值模拟技术确定回转体表面纤维缠绕的测地线路径,最后根据设计的缠绕线型进行仿真验证。

PMI泡沫芯材预聚反应温度场的数值模拟

薛鹏,李文晓,周景隆

2016, 0(10): 20-25.

摘要 ( 88 )

PDF (905KB) ( 165 )

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采用二步法制备PMI泡沫时,若反应温度控制不当,会发生聚合体系的爆聚。测定了用甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯腈(MAN)制备PMI预聚体时体系发生爆聚的临界温度以及反应过程中体系温度的变化趋势,并通过用ABAQUS软件模拟聚合反应过程中聚合体系内的温度场,研究了反应器环境温度和预聚体尺寸对聚合体系温度场的影响

CNG-2型气瓶缠绕层树脂开裂影响因素研究

刘林林,向忠,胡旭东,陆海亮

2016, 0(10): 26-31.

摘要 ( 69 )

PDF (923KB) ( 160 )

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针对CNG气瓶在自紧工艺中缠绕层会产生一定的树脂开裂这一问题,讨论复合材料本身属性对缠绕层树脂开裂的影响。提出一种多尺度建模方法,利用微观力学的方法探讨缠绕层的含胶量和纤维直径对树脂开裂程度的影响。结果表明树脂开裂程度随着含胶量的增大而减少,在企业生产的含胶量范围内,含胶量为34%时树脂开裂程度最小。在含胶量为34%时,利用多尺度模型研究了纤维直径对树脂开裂程度的影响,结果表明纤维直径对树脂开裂程度几乎没有影响。由于含胶量是由缠绕张力控制的,因此合理控制缠绕张力可以减少树脂开裂程度。实验验证了模型的准确性并为研究提供了参考,该研究可为改进CNG-2气瓶生产提供理论依据。

长纤维增强聚合物注塑纤维长度分布三维数值模拟

江青松,柳和生

2016, 0(10): 32-37.

摘要 ( 101 )

PDF (985KB) ( 165 )

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基于Phelps-Tucker纤维断裂模型,以中心浇口圆盘为研究对象,采用Moldflow对长纤维增强聚合物注塑流动过程进行三维数值模拟,研究流动速率、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维长度分布的影响规律,并探讨其产生的机理。结果表明,浇口附近是最长纤维和最短纤维的共存区;近壁面处纤维长度较中心层长;随着流动速率、模具温度和保压压力的增加,纤维长度均减小;随着熔体温度的增加,纤维长度先减小后增大;在近壁面处保压压力对纤维长度的影响不大。以上结果与文献对比总体吻合较好。

几何尺寸对系留缆绳接头强度影响的正交有限元分析

李新,张金奎,王雪明

2016, 0(10): 38-41.

摘要 ( 128 )

PDF (857KB) ( 126 )

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介绍了一种新的系留缆绳接头结构。利用有限元分析方法,使用试验中常用的正交设计分析方法,研究了底面圆直径、胶体高度、胶体锥角三种几何因素在取不同水平条件时对系留缆绳灌胶接头强度的影响。分析结果表明,三种因素对灌胶接头应力都有显著影响,其中以胶体高度对其影响最为显著,底面圆直径次之,锥角影响较小。

温度载荷对复合材料热力学性能的影响

高红成,黄其忠,马帅,胡照会

2016, 0(10): 42-49.

摘要 ( 167 )

PDF (915KB) ( 130 )

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由于复合材料内部纤维与树脂的热膨胀系数差异很大,尤其是树脂性能对温度载荷较为敏感,服役时复合材料环境的高低温变化将使其热力学性能与常温状态产生较大差异。采用Maxwell本构模型,探讨了温度变化对树脂材料本构关系的影响。假设纤维为稳定材料,即其性能不随温度变化,依据复合材料细观力学理论选择六边形代表体积元为分析对象,建立了复合材料在温度载荷下热力学的本构模型。并分别讨论了温度载荷下复合材料内部纤维体分比和纤维排列方式变化对其热力学性能的影响,实现了热-力耦合作用下复合材料的跨尺度分析。

碳纤维复合材料梁/肋零件热隔膜成型工艺研究

汪冬冬,徐恒元,龚志红,李成龙

2016, 0(10): 50-55.

摘要 ( 94 )

PDF (901KB) ( 252 )

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采用自制的热隔膜成型设备制备了3234/T700碳纤维复合材料梁/肋零件预制件,并在热压罐中进行固化,通过对固化后零件的表观质量、力学性能、厚度、内部缺陷进行表征,考察了成型温度、成型时间、成型压力对成型质量的影响。结果表明,适当地提高成型温度、成型压力以及延长成型时间可提高固化后零件的质量。

公路埋地玻璃钢夹砂管车辆载荷下挠曲变形特性

张济源,魏连雨,张国盘,陈兆南

2016, 0(10): 56-59.

摘要 ( 74 )

PDF (828KB) ( 131 )

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为深入探究公路埋地玻璃钢夹砂管在受路面非常规车辆荷载作用下的整管沿轴向的挠曲变形变化趋势,特设计室外车辆分等级配重静压试验方案,并通过ABAQUS数值模拟方法与实际工况采样数据进行比对,进而确定出与实际工况最符合的方法和模型,便可利用此结论推算出各填土高度情况下管道轴向任意位置的挠曲变形变化趋势,为玻璃钢夹砂管在公路推广使用中各工况条件下的功能稳定性提供可靠的分析基础。

基于PLC的纤维挂纱机构控制系统设计

田会方,薛飞

2016, 0(10): 60-64.

摘要 ( 65 )

PDF (851KB) ( 162 )

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针对纤维缠绕工艺中对挂纱与剪纱工序自动化的需求,设计了一种以西门子S7-200型PLC为控制核心的纤维挂纱机构控制系统。依次对自动挂纱机构的基本结构组成以及工作原理进行了详细介绍,分析了自动挂纱工序的工作流程,分配了相应I/O点。完成了对挂纱控制系统软件的整体设计,并针对自动工作方式中气动控制、自由口通讯以及步进电机的控制进行了深入探讨;完成了自由口通讯的初始化以及步进电机速度轨迹曲线的设计,同时列出了相应示例程序。

编织碳纤维复合材料雷击损伤特性研究

黄来,李毅超,车红卫,周挺

2016, 0(10): 65-69.

摘要 ( 110 )

PDF (901KB) ( 115 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用实验方法研究了编织碳纤维/环氧树脂复合材料层合板在干燥环境下受到不同强度等级模拟雷电冲击后的电击破坏特性,并进行了系统分析与机理解释。研究显示,雷电冲击对复合材料造成了三种典型破坏形式,并随着电击强度的增加及铺层角度的改变呈现出不同形态的变化。微观扫描分析发现,电击会对树脂与纤维界面造成严重破坏。

透波材料的高温介电性能测试与分析

徐银芳,张利嵩,张喦,梁欢

2016, 0(10): 70-74.

摘要 ( 103 )

PDF (915KB) ( 149 )

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详细分析了基于终端短路波导法材料高温介电性能的测试方法,给出了几种典型透波材料从室温到1600 ℃的高温介电性能测试与分析结果。由结果可知,由于表面吸附水和体内物理水的存在,一般在1000 ℃以前,随着温度升高,水分挥发或蒸发,复合材料的介电常数ε和损耗角正切tanδ会有所减小;当温度升至1000 ℃,由于材料中所吸附的水分基本挥发完全,ε和tanδ降到最小值;当温度高于1000 ℃时,由于复合材料在制备过程中会引入微量杂质,随着温度升高这些微量杂质开始电离,并产生粒子电导,所以导致ε和tanδ均有较大幅度的上升。本文实测数据可以用于高超声速电磁窗材料透波性能的研究与应用。

国产MT700碳纤维复合材料螺栓连接强度实验研究

李桂洋,李健芳,张娅婷,黄智彬

2016, 0(10): 75-79.

摘要 ( 146 )

PDF (900KB) ( 128 )

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对国产MT700与进口T700S碳纤维复合材料单螺栓连接结构的静拉伸强度进行实验研究,分析了两种材料的载荷-位移曲线特征、连接强度特性及破坏形式。实验结果表明:国产MT700/603层合板连接部位的承载能力及结构稳定性均优于进口T700S/603层合板,M5及M6单螺栓连接破坏强度分别提高了12%和10%;另外,国产MT700/603层合板胶-螺混合连接有效提高了整体连接强度和安全设计裕度,胶层破坏后,M5与M6单螺栓胶-螺混合连接剩余强度系数分别达到65%和88%。

碳纤维船用螺旋桨叶片疲劳性能试验研究

吴健,曹耀初,李泓运,王纬波

2016, 0(10): 80-83.

摘要 ( 101 )

PDF (879KB) ( 171 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

在船用可回转推进器结构设计方案的基础上,完成了碳纤维复合材料叶片的设计制造。结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称“CFD”)方法获得了复合材料螺旋桨叶片的等效最大设计载荷,最后通过设计相应的试验装置对复合材料叶片进行了疲劳寿命与剩余强度的试验。研究结果表明,在经过百万次疲劳载荷作用后,叶片无肉眼可见损伤,叶片的剩余强度远大于极限载荷,该复合材料螺旋桨叶片的材料结构设计与制造工艺满足工程使用要求。

联合增稠对不饱和聚酯团状模塑料流变行为的研究

许小强,周权,倪礼忠,仝华

2016, 0(10): 84-87.

摘要 ( 78 )

PDF (787KB) ( 206 )

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模压流变性能是不饱和聚酯团状模塑料(BMC)在工业压制过程中相当重要的工艺参数。传统的BMC制造工艺,由于模压过程中流变性能较差,需要较大的模压压力及较长的模压时间,这样既增大了模具损耗,也降低了工厂的生产效率。系统讨论了化学增稠剂Ca(OH)₂在模压过程中对BMC流变行为的影响,在此基础上利用结晶性树脂与Ca(OH)₂对BMC进行联合增稠,对联合增稠的BMC的平板流动性能及螺旋流动性能进行分析。结果表明,结晶性树脂与Ca(OH)₂搭配的复合增稠体系不会影响BMC的固化行为,同时可以较好地改善BMC的模压流动性能,实现低压条件下BMC的成型。

紫外光固化树脂及其复合材料研究进展

朱璞,张鉴炜,江大志

2016, 0(10): 88-94.

摘要 ( 147 )

PDF (849KB) ( 285 )

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纤维增强树脂基复合材料(FRP)多采用热固化方式成型,成型周期长,无法满足汽车等领域复合材料结构快速、高效的生产要求。树脂紫外光固化技术具有固化速度快、生产效率高、环保节能等显著优势,可满足FRP大规模工业化生产要求。综合近年来紫外光固化树脂及复合材料领域的研究热点,主要从反应原理、固化动力学、树脂及配方研究、光固化复合材料成型工艺及应用等领域介绍目前的研究现状,对紫外光固化树脂及复合材料的未来发展进行简要展望。

全球降水观测卫星用复合材料燃料箱

王丽,丁新静

2016, 0(10): 95-97.

摘要 ( 59 )

PDF (746KB) ( 112 )

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介绍了全球降水量观测气象卫星的重要结构部件——复合材料燃料箱。这种复合材料燃料箱在返回阶段可烧毁,从而避免产生太空垃圾,降低了对人类和环境的损害。阐述了可消亡的复合材料燃料箱的设计要求,然后从构成燃料箱的铝推进剂管理装置、内衬、压力容器等各部构件结构方面,重点综述了纤维缠绕箱体和裙的预浸料铺放工艺及各部分的连接。最后认为国外研发的复合材料可烧毁燃料箱有巨大的应用前景和太空环保意义。

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