复合材料科学与工程

杨志, 卢博远, 吕智慧, 李志远

2016, 0(9): 5-11.

摘要 ( 56 )

PDF (1057KB) ( 75 )

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复合材料胶接结构损伤变形和演化行为的实时表征对其服役的安全性和可靠性评估具有重要的意义。结合数字图像相关(Digital Image Correlation,简称“DIC”)和声发射(Acoustic Emission,简称“AE”)技术,研究循环拉伸加载条件下复合材料单搭接界面的损伤变形与破坏行为。依据单向拉伸失效载荷均值,取准静态破坏载荷的70％和80％分别进行循环拉伸加载实验。通过不同阶段复合材料胶接界面的损伤变形场、应变场信息及演化过程中获取的AE信号,分析循环加载下复合材料单搭接界面损伤破坏的力学机制与实时变形和AE特征信号的对应关系。结果表明,复合材料单搭接试件损伤破坏的实时微位移场特征和AE相对能量、撞击累积数及幅度谱等反映了胶接界面微裂纹的萌生及扩展行为。随应力水平的升高,复合材料单搭接试件破坏前的循环次数呈递减趋势。

轴压PVC-CFRP管钢筋混凝土柱应力-应变关系模型

于峰, 牛荻涛

2016, 0(9): 12-16.

摘要 ( 84 )

PDF (881KB) ( 168 )

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开展10根轴压PVC-CFRP管钢筋混凝土应力-应变关系试验研究,结果表明试件应力-应变关系曲线可分为两个阶段:第一阶段为抛物线,与相同配筋钢筋混凝土柱的应力-应变关系曲线相似;第二阶段为强化段,试件应力-应变关系基本呈线性关系,随着FRP条带环箍间距的增加,试件强化段斜率逐渐减少,轴向配筋可显著提高核心混凝土柱的承载力和变形,配筋率对试件强化段的斜率影响很小。通过对试验数据的回归分析,提出试件轴压承载力和极限压应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。

内置复材管局部弱约束混凝土方柱受压性能研究

孙运楼, 齐玉军, 刘伟庆

2016, 0(9): 17-25.

摘要 ( 39 )

PDF (1104KB) ( 110 )

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基于约束混凝土提出一种由钢筋、混凝土及缠绕管组成的内置复合材料管局部约束混凝土组合柱(Concrete-Encased FRP Confined Concrete Sub-Columns/Cores Column,简称“CEFC”),本构件截面形式为外围的钢筋混凝土类方柱和内置于4角点的FRP管约束混凝土圆柱(Concrete-Filled FRP Tube,简称“CFFT”)组合而成。通过试验研究及有限元数值模拟对钢筋混凝土柱及内置复合管局部弱约束混凝土方柱进行了轴偏压作用下力学行为的分析和比较。结果表明,弱约束CEFC典型破坏模式为局部破坏,内置CFFT可较好延缓构件整体破坏。CEFC在轴压和偏压作用下延性都有所提高,且在偏压作用下CEFC具有明显的二阶刚度,且承载力具有小幅度提高。

混杂效应对混杂纤维混凝土力学性能的影响

贺晶晶, 师俊平, 王学志, 韩铁林

2016, 0(9): 26-32.

摘要 ( 63 )

PDF (939KB) ( 131 )

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讨论了玄武岩纤维与聚丙烯纤维的“纤维混杂效应”对混凝土基体力学性能的影响。结果表明,玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土(B-P HFRC)的劈裂抗拉强度和抗折强度明显高于玄武岩纤维混凝土(B FRC)和聚丙烯纤维混凝土(P FRC)。提出了“纤维混杂效应函数”的概念,利用MATLAB数据拟合的方法求得了玄武岩-聚丙烯纤维混杂效应函数,对其求极值获得了玄武岩-聚丙烯混杂纤维对混凝土力学性能改善最佳的体积掺加率。

基于非完善界面单向纤维复合材料弹性模量预测与应力分析

邓志康, 邓京兰, 王继辉, 黄志强

2016, 0(9): 33-38.

摘要 ( 83 )

PDF (913KB) ( 109 )

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界面缺陷对复合材料的性能有着显著的影响,基于弹性力学以及能量原理基本理论,利用基于界面上应力连续而位移有一定突变的无厚度弹簧模型,对含界面缺陷的材料性能进行了探究。得出界面的非完善参数、纤维相体积分数对材料的纵向与横向弹性模量、泊松比以及应力的影响规律。并将计算结果与完善界面、开孔的经典结果以及实验数据进行了对比验证。计算结果表明,利用非完善界面参数预测含缺点界面的材料性能并进行应力分析比利用完善界面模型计算的结果更精确。

喷胶对复合材料风电叶片剪切性能的影响

潘祖金, 乌建中, 刘剑, 孙元荣

2016, 0(9): 39-43.

摘要 ( 89 )

PDF (825KB) ( 211 )

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研究喷胶对复合材料叶片剪切性能的影响。模拟不同类型玻纤布在模具上铺设时进行喷胶固定的过程,采用真空灌注工艺(VIP)制作复合材料样板,使用锻烧法测试不同样板中玻纤的体积含量,从理论上分析了纤维含量与复合材料面内剪切强度的关系,以及利用万能试验机对复合材料样条进行层间剪切性能破坏测试。结果表明,使用喷胶后,单向布复合材料的纤维含量基本没变化,三轴向布复合材料玻纤含量下降了6.9%,单向布复合材料的层间剪切性能下降了61.4%,三轴布复合材料的层间剪切性能下降了18.8%,因此,喷胶禁止在以单向布为主的复合材料铺层里使用,在铺设三轴布复合材料时可以适量使用。

铺层结构对树脂基复合材料层间剪切强度影响的研究

周磊, 黎大胜, 侯锐钢

2016, 0(9): 44-48.

摘要 ( 50 )

PDF (811KB) ( 169 )

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主要目的在于利用双切口剪切强度试验法验证手糊成型的玻璃钢层合板铺层顺序以及单向布的相对体积含量对层间剪切强度的影响。实验中六种玻璃钢层合板的铺层方式分别为(UF)₅ 、(UF,CSM,UF,CSM,UF)、(CSM,UF,CSM,UF,CSM)、(UF,CSM,CSM,CSM,UF)、(CSM,UF,UF,CSM,CSM)、(CSM)₅。单向布相对体积含量依次为100%、60%、40%、40%、40%、0%。通过实验结论发现,单向布相对体积含量对层合板层间剪切强度影响较大,其中铺层方式为(UF)₅的层合板通过双切口法得到的层间剪切强度高达40.768 MPa,而铺层方式为(CSM)₅的层合板在双切口法中所测得的层间剪切强度却只有15.867 MPa。相对而言,铺层顺序对层合板的层间剪切强度影响相对较小。同时利用数理统计方法“秩和检验法”对大量实验数据进行了离散性分析,结果表明,在同一种铺层方式下,尽管因为不同失效形式导致数据具有较大的离散性,但这些数据仍然可以作为一个整体进行分析。

纳米SiO₂和PP-g-MAH对玻纤增强PP复合材料性能的影响

杨建军, 何亚东, 张志成, 信春玲

2016, 0(9): 49-54.

摘要 ( 82 )

PDF (910KB) ( 175 )

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纤维和树脂之间的界面结合强度是决定复合材料性能的关键因素。通过实验研究在玻璃纤维表面涂覆经硅烷偶联剂KH550表面处理的纳米SiO₂以及在PP基体中加入PP-g-MAH对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的界面结合强度和力学性能的影响。结果表明,纳米SiO₂经KH550表面处理后可以降低其表面能,有利于其在纤维表面分散吸附;纤维表面涂覆纳米SiO₂及在PP中加入PP-g-MAH,有利于增强纤维和树脂之间的界面结合强度,复合材料的层间剪切强度提升了116.06%,拉伸强度提升了109.14%,弯曲强度提升了99.85%。

CNG-2型气瓶的数值模拟方法对比

刘培启, 柴森, 陈祖志, 古纯霖

2016, 0(9): 55-60.

摘要 ( 55 )

PDF (1011KB) ( 142 )

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针对数值模拟时CNG-2型气瓶常用的两种模型——轴对称模型和三维壳单元模型存在的争议,对两种模型进行了详细的对比,并讨论了纤维缠绕角度对其结构的影响,得到以下结论:由于CNG-2型气瓶纤维缠绕角接近90°,轴对称模型和三维壳单元模型的应力分布基本相同;壳单元理论上的缺陷导致三维壳单元模型纤维层的径向应力为0,是两种模型结果存在差别的主要原因;对纤维缠绕角接近90°的CNG-2型气瓶进行应力分析时,轴对称模型可以代替三维壳单元模型,且计算工作量较小;当纤维缠绕角不为90°时,两种模型间的误差随缠绕角变化,且当缠绕角在90°~70°之间时,误差在5%以内,在工程允许范围内仍可使用轴对称模型进行应力分析。相关结论可为CNG-2型气瓶数值分析工作提供有益的指导。

TPU无纺布/碳纳米纤维膜对玻璃纤维复合材料固体颗粒侵蚀性能的影响

吕广超, 刘春太, 董梦瑶, 张娜

2016, 0(9): 61-65.

摘要 ( 103 )

PDF (883KB) ( 173 )

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选用TPU无纺布/碳纳米纤维膜作为复合材料外层保护层,采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备无纺布/碳纳米纤维/玻璃纤维/环氧(NTPU/CNF/GF/EP)复合材料,并对复合材料的机械性能、耐固体粒子侵蚀磨损性能进行了研究。结果表明,直径为～500 μm的尖角碳化硅侵蚀颗粒,在侵蚀距离为76 mm、冲蚀角度为90°的条件下,对复合材料的侵蚀磨损破坏行为较强;一层100 μm厚NTPU的加入使复合材料的拉伸性能相比于GF/EP(FRP)降低了大约10%,耐固体颗粒侵蚀性提高了8倍;NTPU/CNF膜的加入可以有效地提高玻璃纤维复合材料的力学性能和御蚀性能。

GFRP筋与再生混凝土粘结性能试验研究

张卫东, 王振波, 王成武

2016, 0(9): 66-69.

摘要 ( 72 )

PDF (830KB) ( 166 )

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为了系统研究GFRP直径、再生混凝土粗骨料取代率、立方体抗压强度及劈裂强度四因素对GFRP筋再生混凝土间粘结性能的影响,按照CSA标准设计制作了12组标准粘结试验并进行抗拔试验。试验结果表明,再生混凝土粗骨料取代天然骨料对粘结破坏形态影响不大,破坏形态以拔出破坏为主;但平均粘结强度随着再生混凝土粗骨料取代率的增大而下降;立方体抗压强度、劈裂强度两者对平均粘结强度的影响较为相似,均显示出随强度下降而下降的趋势;由于剪力滞后的影响,平均粘结强度随GFRP筋直径的增大而下降。

整体中空夹层复合材料弯曲刚度研究

刘畅, 周光明, 王狄辉, 朱基炜

2016, 0(9): 70-74.

摘要 ( 73 )

PDF (894KB) ( 90 )

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基于整体中空夹层复合材料的织物结构特点以及对经纬向弯曲变形现象的分析,建立两种夹层梁模型,分别推导了经向与纬向弯曲刚度的解析表达式。通过理论解、有限元解以及试验值的对比,验证了模型的合理性和准确性。在此基础上,运用本文理论方法探讨了纱线密度对整体中空夹层复合材料弯曲刚度的影响。研究表明,随着纱线密度的增加,整体中空夹层复合材料经纬向弯曲刚度均呈线性增加;经向弯曲刚度的影响因素按影响程度从大到小依次为经纱、绒经、纬纱;纬向弯曲刚度的影响因素按影响程度从大到小依次为纬纱、经纱、绒经;和纬向弯曲相比,绒经对经向弯曲刚度的影响更大。

BFRP混合加固预损偏心受压短柱试验研究

刘华新, 韩定杰, 杨龙, 王惠令

2016, 0(9): 75-80.

摘要 ( 79 )

PDF (917KB) ( 119 )

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通过对5根预损短柱采用不同加固方式和1根对比柱进行偏心受压试验,研究了不同BFRP加固方式各柱的破坏过程、极限承载力;对比分析了不同加固方式纵向受力钢筋、玄武岩纤维筋、混凝土、玄武岩纤维布的应力-应变及荷载-挠度关系。研究结果表明,单独采用BFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土偏心受压短柱效果不明显,而采用嵌入式BFRP筋和外包BFRP布混合加固效果更为理想,表现出一定的复合加固效应。在试验研究的基础上,根据本文的基本假定进行了承载能力计算并给出了简化设计方法,可为定量分析研究提供参考。

车辆超载下玻璃钢夹砂管涵洞安全评价

魏连雨, 陈兆南, 郑彦军, 张济源

2016, 0(9): 81-85.

摘要 ( 51 )

PDF (840KB) ( 85 )

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为评价埋地玻璃钢夹砂管涵洞的安全性,保障道路交通运输安全,本文以理论计算为基础,进行现场试验检测,综合分析地面车辆荷载和竖向土压力传至公路下的埋地玻璃钢纤维夹砂管上的作用力与管涵的受力变形特性,然后用回归预测模型计算1200 kN荷载下的力学参数值,验证管涵安全运营状况。结果表明,理论计算和现场试验进行比对,验证了车辆荷载作用下直径1.5 m、厚38 mm的玻璃钢夹砂管的安全可靠性,为玻璃钢夹砂管设计和施工提供科学理论依据。

PPG对聚氨酯树脂耐水性能影响研究

汤玲, 文亮, 王钧

2016, 0(9): 86-90.

摘要 ( 108 )

PDF (851KB) ( 246 )

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聚氨酯弹性体作为一种高性能弹性体,综合性能优良,制品应用广泛,涉及建材、交通、机械、医疗等诸多领域。在聚氨酯弹性体配方优选方面,重点研究了HDI含量和PPG含量对聚氨酯弹性体拉伸性能和水解稳定性的影响。红外光谱分析表明,随着HDI和PPG含量的减少,形成氢键区域吸收峰强度增强,表明弹性体内形成氢键数量增多。聚氨酯弹性体水解稳定性测试结果表明,HDI含量越高,聚氨酯水解稳定性越差,PPG含量越高,水解稳定性越好。

碳纤维复合材料导管叶片模压模具设计

刘海鑫, 徐佳, 朱坤, 李嘉生

2016, 0(9): 91-95.

摘要 ( 86 )

PDF (907KB) ( 206 )

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复合材料导管叶片因具有耐腐蚀、高比强度、声阻尼性能优越等传统金属合金制造导管无可比拟的优点,在航空航天和船舶运输领域具有广阔的应用前景。在众多影响复合材料导管叶片成型的因素中,模具设计尤为重要,而目前高生产效率和高精度复合材料导管叶片的模具结构设计面临很多挑战。结合碳纤维复合材料膨胀系数等因素选取超殷钢作为型腔材料,根据装配要求确定了叶片毂头的三个基准,并对模具的型腔进行了整体顶出分块拆卸脱模结构设计,成功组装了模压模具并成型了复合材料导管叶片,证明了设计的可行性与正确性,解决了复合材料叶片模具难以脱模,影响生产效率的问题。

论有限元分析在SMC类重卡外饰件开发中的应用

王永红

2016, 0(9): 96-101.

摘要 ( 88 )

PDF (1072KB) ( 187 )

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通过实际案例重点阐述了有限元计算分析方法在重卡外饰产品结构设计过程中的作用,以及如何通过有限元分析实现减少车身重量,验证产品强度刚度,分析产品固有频率,改善产品结构设计及减少质量缺陷等目的,同时也对SMC工艺材料的物理特性及在中重型卡车上的应用做了介绍。

玻璃纤维/酚醛材料的热氧老化对热物性的影响及机理研究

杨阳, 王璇, 章妮, 王影

2016, 0(9): 102-104.

摘要 ( 46 )

PDF (793KB) ( 147 )

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对玻璃纤维增强酚醛树脂基复合材料进行130 ℃加速热氧老化,分别在老化前、老化30 d、60 d、90 d、120 d时,进行热物理性能测试,对老化前和老化120 d的材料进行SEM试验和IR试验。结果表明,老化初期,材料的平均线胀系数和平均比热容随时间延长先降低后提高再下降;复合材料的热导率性能在整个老化期间变化不明显。复合材料发生物理老化和化学老化。

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