复合材料科学与工程

李双蓓, 吴海, 崔凯

2016, 0(11): 5-10.

摘要 ( 101 )

PDF (845KB) ( 243 )

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基于物理中面的概念,建立了压电功能梯度板(FGM)几何非线性静力弯曲的基本方程,利用Ritz法研究了材料性质、梯度指数等对FGM板考虑几何非线性时弯曲变形的影响,并通过不同的电压施加方式探讨了压电材料对FGM板变形控制的规律。与已有文献结果对比分析表明,本文建立的方程和采用的方法是可靠的;基于几何非线性方程求解功能梯度材料板的静力变形时,计算偏差随着物理中面与几何中面位置偏差的增大而增大,在利用压电材料对FGM板的变形进行控制时,宜采用物理中面。

喷涂碳纳米纤维对玻纤预制体渗透率的影响

董梦瑶, 鲁智力, 吕广超, 张娜

2016, 0(11): 11-14.

摘要 ( 114 )

PDF (820KB) ( 162 )

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采用真空辅助喷涂的方法制备了相对于玻纤质量分数为0.5%、2%的碳纳米纤维/玻纤复合材料,并对其饱和渗透率、不饱和渗透率进行了对比研究。结果表明:0.5%、2%碳纳米纤维的加入均使得预制体的饱和渗透率、不饱和渗透率降低;不含CNF的玻纤织物垂直Z向上的饱和渗透率约为水平Y向渗透率的20%,喷涂CNF后,下降至10%左右;当孔隙率小于47%时,喷涂CNF的预制体Z向渗透率接近0;0.5%CNF喷涂后对预制体径向不饱和渗透率影响较小,但2%CNF喷涂后,其径向不饱和渗透率约为玻纤织物基体的20%。

双轴向经编和三维正交机织增强复合材料拉伸性能实验研究

马亚运, 陶楠楠, 高晓平

2016, 0(11): 15-19.

摘要 ( 68 )

PDF (852KB) ( 234 )

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为对比双轴向经编和三维正交机织玻纤复合材料沿0°和90°方向拉伸性能,分别以0°/90°双轴向经编织物和三维正交机织物为增强体,E-2511-1A环氧树脂/2511-1BT固化剂为基体,通过VARTM成型,测试试样沿0°和90°拉伸性能。结果表明,该双轴向经编复合材料仅在0°方向拉伸强度和当量强度略高,弹性模量和当量模量均弱于三维正交机织复合材料,这与增强体纱线线密度和织造密度紧密相关。复合材料拉伸断裂截面显示,三维正交机织物内Z纱有效改善了双轴向经编复合材料易拉伸分层失效和断裂截面处纤维抽拔、脱粘等问题。

空心与实心玻璃纤维及其复合材料性能研究

张文娇, 彭超义, 杨金水, 杨孚标

2016, 0(11): 20-26.

摘要 ( 156 )

PDF (933KB) ( 201 )

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对比研究了空心玻璃纤维与实心玻璃纤维单丝及复丝拉伸强度,建立了玻璃纤维单丝强度模型。通过缠绕工艺及模压工艺制备了空心/实心玻璃纤维复合材料(HGFRP/SGFRP)单向板,考察了HGFRP及SGFRP单向板的拉伸性能及弯曲性能。研究表明,空心玻璃纤维及实心玻璃纤维单丝拉伸强度均符合Weibull分布,空心玻璃纤维单丝及复丝的拉伸强度低于实心玻璃纤维,HGFRP的比拉伸强度和比弯曲强度略低于SGFRP,但HGFRP的比拉伸模量和比弯曲模量高于SGFRP。研究表明,空心玻璃纤维有望在新一代轻质高强材料中发挥新型异型纤维增强体的作用。

机翼上壁板半圆切单接头长桁端头压缩性能研究

张明星

2016, 0(11): 27-31.

摘要 ( 114 )

PDF (1010KB) ( 338 )

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通过对机翼上壁板半圆切单接头长桁端头试验件进行轴向压缩测试,测得了整个试验件的载荷-应变曲线。试验结果表明,破坏主要集中在接头与长桁缘条连接区域第一排螺钉所对应的复合材料结构压溃断裂,与接头相连的长桁缘条发生长纤维断裂。建立了相应的有限元模型,因为有限元计算中未考虑损伤及刚度衰减,导致有限元分析结果比实际的试验结果略高。

真空辅助成型工艺环氧树脂体系化学流变特性研究

武佳男, 倪爱清, 张盛, 王继辉

2016, 0(11): 32-38.

摘要 ( 72 )

PDF (1003KB) ( 218 )

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通过实验研究了环氧树脂的化学流变特性,分别考察了双阿累尼乌斯黏度模型、工程黏度模型及联合黏度模型在真空辅助成型工艺专用环氧树脂(2511-1A)应用的有效性。通过比较分析发现,联合黏度模型更加准确地反映了该树脂的时间-温度-黏度的变化情况,进而预测了树脂的工艺时间窗口。根据时间-温度的变化关系,建立了非恒温下2511-1A环氧树脂体系的联合黏度模型,预测了在不同升温速率下黏度的变化,预测结果与实验结果较吻合,可进一步应用于热压工艺技术参数的选择。

复合材料气瓶的多轴疲劳寿命预测研究

黄其忠, 郑津洋, 胡军, 任明法

2016, 0(11): 39-45.

摘要 ( 110 )

PDF (970KB) ( 238 )

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采用等效应变法计算气瓶疲劳寿命的ASME压力容器规范,不能考虑多轴非比例加载效应,具有明显的不足。针对复合材料气瓶,采用修正的Brown-Miller算法研究其多轴低周疲劳寿命,并分析了自紧压力、金属内衬厚度和单层缠绕层厚度对复合材料气瓶疲劳寿命的影响,给出了提高复合材料气瓶疲劳寿命的方法。

VARTM用酚醛树脂的化学流变特性及模型分析

田谋锋, 谈娟娟, 王雷, 孙燚

2016, 0(11): 46-50.

摘要 ( 97 )

PDF (858KB) ( 258 )

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研究了一种新型的用于真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)酚醛树脂的流变特性。根据实测等温粘度曲线,采用双阿累尼乌斯模型, 建立了用于真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)酚醛树脂的化学流变特性模型方程,分析表明模型拟合与实验结果之间具有较好的一致性,这为有效地预测RTM树脂的低粘度工艺窗口、合理制定复合材料成型工艺参数提供了必要的科学依据。

湿热效应对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(11): 51-58.

摘要 ( 63 )

PDF (1098KB) ( 154 )

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研究了两种典型铺层([45₂/0₂/-45₂/90₂]s、[30₂/0₂/-30₂/90₂]s)编织型碳纤维复合材料试样件在受到不同湿热环境(23 ℃、60 ℃)作用下的雷电冲击破坏特性。同时,对两种铺层的标准试样件在60 ℃湿热环境浸泡条件下受雷电冲击后的特性进行了微观机理分析。结果显示,湿热效应会改变材料的导电特性并且显著增大雷电破坏区域的面积,但铺层角度对破坏形态的影响则趋于不明显。微观扫描结果显示,纤维与树脂间粘结强度在湿热作用下显著降低并在雷电冲击下严重破坏,出现层间与层内的分层开裂现象。

间隙补偿对单螺栓连接层合板轴向刚度的影响研究

蒋麒麟, 安鲁陵, 云一珅, 高国强

2016, 0(11): 59-64.

摘要 ( 85 )

PDF (868KB) ( 168 )

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在螺栓连接装配过程中,被连接件的轴向刚度会直接影响夹紧力的形成,以及不同工况下夹紧力的保持与衰退,对装配结构的可靠性与稳定性影响显著。由于受复合材料层合板本身的材料性质和成型工艺方法的限制,在层合板构件螺栓连接中,较小的装配间隙难以避免,飞机装配中一般采用液体垫片对层合板构件之间较小的装配间隙进行补偿。首先,以复合材料层合板单螺栓连接为研究对象,考虑强迫装配(未实施间隙补偿工艺)与采用液体垫片实施间隙补偿两种情况,利用ABAQUS建立有限元模型;其次,设计了层合板单螺栓连接结合面有效接触尺寸测量实验,有限元模型计算结果与实验测量数据的吻合度较好;最后,根据建立的模型,研究了间隙补偿及不同液体垫片参数下,层合板轴向刚度的变化。有限元分析结果表明:相对于强迫装配,随着间隙的增大,液体垫片会愈加显著地提高层合板的轴向刚度;在工艺规范的使用厚度范围内,垫片厚度的增加对层合板轴向刚度的提高具有更加明显的促进作用,同时,使用高弹性模量的液体垫片更有益于提高层合板的轴向刚度;建议0.05 mm及以上的装配间隙必须实施间隙补偿工艺。

多环过盈结构中过盈量的影响规律分析

庄虔鑫, 王东, 张贤彪

2016, 0(11): 65-69.

摘要 ( 70 )

PDF (901KB) ( 178 )

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多环过盈结构能够改善复合材料飞轮内部的径向应力水平,解决复合材料径向抗拉强度不足的问题。多环过盈结构中各环之间的过盈量大小对结构径、环向应力的影响复杂,需要对其进行合理设计。对不同环数以及过盈量分配下的高速旋转飞轮转子轮毂、复合材料层的应力分布进行有限元计算,分析了过盈量对多环过盈结构应力水平的影响规律。结果表明:在各环之间施加的过盈量对相邻各环的应力水平影响明显,但对与其不相邻环的影响较小;分环数越多,各环之间为保证不脱开所需的最小过盈量越小,但轮毂与复合材料护套之间的压应力会显著增加,有可能超过复合材料的抗压极限;为了改善复合材料层内部的应力水平,改变与应力不理想处相邻环的过盈量效果最直接也最明显。

两种大型风力发电叶片用真空灌注环氧树脂的对比分析

邓双辉, 冯云龙, 李晗, 吕晓平

2016, 0(11): 70-74.

摘要 ( 91 )

PDF (853KB) ( 255 )

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针对大型风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系,将国产高性能环氧树脂体系MERICAN 3311A/B与国外同类某产品进行了同等实验条件下的对比分析,分别考察了两种树脂体系的基本特性、增黏曲线、放热峰、凝胶时间和机械性能等。结果表明,该环氧树脂体系具有粘度低、适用期长、放热峰低、中高温固化快且固化物机械性能高等优点,符合GL认证的相关要求,并且已经达到甚至在某些方面已超越国外同类进口产品的水平,可完全满足大型风电叶片用真空灌注型树脂的要求。

陶瓷防护树脂基复合材料的磨损性能及机理研究

张连旺, 钟翔屿, 包建文

2016, 0(11): 75-80.

摘要 ( 68 )

PDF (943KB) ( 119 )

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为了提高树脂基复合材料的耐磨损性能,采用Al₂O₃陶瓷贴片制备了陶瓷防护复合材料,通过往复式摩擦磨损试验机对陶瓷片材和复合材料进行了磨损性能试验,得到了防护复合材料在不同加载参数下的磨损形貌,进一步采用三维白光干涉表面形貌仪测试了磨损试样的表面形貌、磨痕深度与宽度,并据此建立了磨损性能数据分析与评价模型,分析了防护复合材料的耐磨损机理。结果表明:复合材料采用陶瓷贴片进行防护可大大提高其耐磨损性能,经陶瓷防护后,复合材料的可承受加载载荷从40 N提高至100 N;随着载荷的进一步增加,陶瓷防护复合材料的磨痕深度大大增加,而钢球的磨损程度迅速下降,其磨损机制发生了变化。分析了造成复合材料磨损性能发生变化的原因。

10 kV复合材料电杆在大风作用下的安全可靠性研究

何昌林, 朱晓东, 沈帆, 柳欢欢

2016, 0(11): 81-84.

摘要 ( 101 )

PDF (844KB) ( 201 )

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针对10 kV复合材料电杆在沿海防风加固工程中的应用,计算分析了10 kV复合材料电杆抗风能力,结果表明10 kV复合材料电杆能够抵抗至少17级的台风。利用随机理论模拟动态风速,通过有限元软件ANSYS计算分析了10 kV复合材料电杆配电线路在平均风和脉动风共同作用下的动态响应。结果表明:电杆底部弯矩变化范围较大,最大值甚至达到标准弯矩的4倍;同时,电杆顶部位移比较大,但是导线间距仍在安全范围内。通过比较可以看出,无论是承载能力还是动力学特性,复合材料电杆相比水泥杆更具有优势。

埋地复合材料泵站井受力分析研究

时强, 王新武, 张小玉, 杨楠

2016, 0(11): 85-89.

摘要 ( 81 )

PDF (920KB) ( 145 )

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介绍了一种采用玻璃纤维增强塑料(也称玻璃钢)结构替代混凝土、砖砌结构的新型复合材料泵站井。在理论分析的基础上,对直径为3 m的玻璃钢泵站井进行了强度、刚度及稳定性的有限元分析。结果表明:埋地玻璃钢泵站井环向应力理论分析与有限元分析结果基本吻合,可作为井壁厚度设计的依据;轴向应力理论分析没有考虑加强筋的影响,理论分析与有限元分析误差较大,但其值较小,可不作为井壁厚度设计的控制因素;最小稳定安全系数与加强筋的截面有关,增大加强筋的高度可有效提高泵站井的整体稳定性。

芳纶Ⅲ纤维及其混杂碳纤维复合材料的压缩性能研究

严文聪, 曾金芳, 李朝阳, 雷涛

2016, 0(11): 90-93.

摘要 ( 71 )

PDF (781KB) ( 167 )

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对比研究了芳纶Ⅲ纤维复合材料、芳纶Ⅲ纤维/T800碳纤维混杂复合材料、T800碳纤维复合材料单向板压缩性能,以及三种状态下缠绕的ø150 mm容器轴压性能。结果表明:混杂复合材料压缩强度和模量随混杂比(V_CF)的增大而增加,当V_CF为28.5%时,混杂复合材料单向板压缩强度比芳纶Ⅲ纤维复合材料提高57%,压缩模量提高20.9%;混杂复合材料ø150 mm容器(V_CF=46%)轴压破坏载荷达到138.6 kN,比芳纶Ⅲ纤维复合材料ø150 mm容器的轴压破坏载荷提高18.5%,但仍为混杂负效应。

软土地基中某埋地玻璃钢原水管爆管事故力学性能分析

李斌, 蒋浩, 张国力, 聂锦旭

2016, 0(11): 94-99.

摘要 ( 94 )

PDF (834KB) ( 132 )

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近年来,南方某市供水管网埋地大口径玻璃钢原水管发生了6次较为严重的爆管事故,威胁了该管网的供水安全。为了研究管道出现事故的原因,对爆管处管道试样进行了力学性能试验,包括试样的拉伸、压缩、弯曲试验,同时根据管道所处地质条件,结合管道自身的力学性能参数对埋地玻璃钢管的受力性能进行理论计算和分析,包括管道长期变形、强度和管壁截面稳定。根据爆管处管道试验和理论计算结果推断管道爆裂的原因,同时提出相应建议以减少爆管事故的频繁发生。

反复荷载作用下FRP约束混凝土柱受压性能的研究综述

崔宇强, 王作虎, 袁非凡

2016, 0(11): 100-106.

摘要 ( 68 )

PDF (832KB) ( 151 )

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FRP作为一种新型高性能材料,由于其可以增加构件的强度和延性,近年来在土木工程中应用广泛,尤其适用于结构抗震加固。目前,国内外对FRP约束混凝土柱的研究主要集中于单向荷载作用,而对反复荷载作用下的研究相对较少,因此对反复荷载作用下FRP约束混凝土的受压性能进行更加深入的研究具有重要的理论意义和工程实践价值。总结了国内外学者关于FRP约束素混凝土柱和钢筋混凝土柱在反复荷载作用下受压性能的研究成果,得出了以下结论:①单向荷载作用下的应力-应变曲线可以作为反复荷载下的包络线;②反复加卸载会造成应力损失,唯一性理论不成立;③FRP布的约束效果随着截面尺寸的增加而减小。最后对今后拟开展的研究工作提出了建议与展望。

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