复合材料科学与工程

樊子砚, 方海, 庄勇, 刘伟庆

2017, 0(1): 5-10.

摘要 ( 133 )

PDF (872KB) ( 226 )

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复合材料夹层结构具有轻质高强、弯曲刚度大、耐腐蚀、可设计性强、抗冲击、吸能效果好等特点,用玻璃纤维增强复合材料制作面板和格构腹板,以聚氨酯泡沫作为芯材,采用真空导入成型工艺,制备格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件。保持试件的平面尺寸不变,改变腹板间距、腹板高度、腹板铺层数和泡沫密度等参数,对试件进行准静态轴向压缩试验,对比研究其吸能性能。得到以下结论:格构腹板间距和厚度对抗压承载力和吸能性能影响较大,而泡沫芯材的密度影响较小;该新型复合材料的抗压承载力以及吸能性能随着腹板所占的体积比增大而增大,格构腹板对芯材的承载及吸能增强效果显著。

截面贯穿植入复材筋法加固钢筋混凝土短梁的抗剪承载力

李劲松, 刘华新, 赵琳, 薛佳宇

2017, 0(1): 11-15.

摘要 ( 78 )

PDF (850KB) ( 194 )

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为了探讨ETS法抗剪加固混凝土短梁的破坏过程、破坏形态及抗剪承载力,对4根钢筋混凝土短梁进行试验研究和理论分析。采用我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)、美国规范(ACI318-05)的计算值和试验值进行对比分析,计算值均比较保守。研究结果表明:钢筋混凝土短梁采用ETS法抗剪加固后,加固筋的存在延缓了裂缝的发展,提高了开裂荷载和抗剪承载力,表现出良好的受力和变形性能。

嵌入式复材筋加固混凝土桥面板工作性能研究

郑愚, 夏立鹏, 杨健彬, 童兵

2017, 0(1): 16-24.

摘要 ( 144 )

PDF (1130KB) ( 205 )

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为了研究表面嵌入式(Near Surface Mounted,简称“NSM”)纤维复合筋(FRP筋)加固钢筋混凝土面板的工作性能,对该加固桥面板结构进行试验研究,并通过改变加固筋材类型和加固方式分析其对面板加固效果的影响。通过分析试验结果发现,嵌入式加固能有效提高桥面板承载力,减少面板板底开裂程度和挠度,增强面板刚度,但由于侧向约束刚度的作用筋材类型变化的影响较小。为了深入研究该加固桥面工作机理,对试验模型进行有限元模拟,数值模拟结果与试验结果对比吻合良好。此后采用该数值模型进行参数分析,深入研究混凝土强度、侧向刚度、跨高比、FRP筋弹性模量、加固率、配筋率等结构参数变化对加固桥面板承载性能的影响。参数研究结果表明:侧向刚度和配筋率增加能提高桥面板承载力,但加固效果减弱;桥面板承载力随混凝土强度、加固率和FRP筋弹性模量的增加而提高,但弹性模量变化对桥面承载力提高幅度较小;跨高比增加,桥面板承载力减小,但加固面板承载力提高幅度增长。试验研究和数值分析的结果表明,工程加固时应根据加固面板结构自身材料强度、约束刚度和配筋率选用合理的FRP筋类型和加固率,充分发挥加固材料的作用。

热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

张承双, 包艳玲, 刘宁, 王健

2017, 0(1): 25-29.

摘要 ( 127 )

PDF (875KB) ( 238 )

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分别利用材料万能试验机和DMA研究了热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学行为的影响。静态力学性能测试结果表明,经热空气老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和压缩强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为12.7%和6.9%,拉伸模量从126 GPa增大到145 GPa,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化较小。DMA测试结果表明,热空气老化使PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性和刚性提高,随着老化时间的增加,E'向低温方向移动,E″向高温方向移动,说明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。

椭圆边非弯折织物渗透率预测公式的研究

康宁, 梁玄勇

2017, 0(1): 30-35.

摘要 ( 119 )

PDF (856KB) ( 159 )

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将NCF的纤维束两侧近似为半椭圆,对NCF单胞设计五因素五水平正交试验,利用CFD方法得到渗透率的数值结果,进而拟合出预测渗透率的椭圆边公式。对于纤维束四方排列的NCF单胞,椭圆边公式的计算结果和数值结果平均误差为1.91%;对于六方排列,平均误差为1.90%。对NCF渗透率的预测结果和实验结果的相对误差为0.22%,小于矩形边公式的误差3.96%。当束间间距w₁与椭圆边的半长轴c₁之比小于0.8时,两预测公式值之比大于1.1。说明椭圆边公式对NCF材料渗透率的预测更加准确,适用范围更广。

分子结构对聚酰亚胺泡沫熔体粘度和形貌的影响

胡爱军, 李克迪, 李姝姝, 杨士勇

2017, 0(1): 36-43.

摘要 ( 125 )

PDF (1036KB) ( 170 )

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研究了含2,3,3',4'-联苯四酸二酐(a-BPDA)的聚酰亚胺(PI)泡沫材料体系中,泡沫前驱体树脂的热处理温度、计算分子量、二酐分子结构对聚酰亚胺前驱体树脂熔体粘度和泡沫形貌的影响。研究发现,对于a-BPDA/m-PDA/NA体系,计算分子量为1500、密度为100 kg/m³时,前驱体树脂经过260 ℃/1 h的热处理得到的泡沫材料泡孔均匀、闭孔率可达89%,压缩强度为1.34 MPa,压缩模量为37.1 MPa;在该体系中,部分引入ODPA或BTDA,可降低材料制备成本,同时拥有PI泡沫原有的形貌和闭孔率。

变截面纤维增强塑料梁结构的疲劳寿命分析方法

牛牧华, 陈程

2017, 0(1): 44-52.

摘要 ( 176 )

PDF (1239KB) ( 207 )

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研究了一种变截面纤维增强塑料梁结构在风载、惯性作用等综合载荷作用下的疲劳寿命分析方法。MW级水平轴风机叶片是一种典型的变截面纤维增强塑料悬臂梁结构,其外载荷按照IEC61400的相关规定和GL(Germanisher Lloyd)规范,利用GH bladed软件对风力机的疲劳工况进行设定和载荷计算并获得疲劳载荷谱。为了解决沿展长和时间不断变化的载荷对求解带来的困难,通过有限元方法获得梁结构任意截面上各点的应力转换矩阵。应力转换矩阵可将无规律的疲劳载荷谱转换为各应力分量的应力谱,通过将应力谱利用雨流计数法进行统计,再根据材料的疲劳S-N曲线和Miner线性损伤叠加原理,即可得到梁结构上任意点的疲劳损伤和疲劳寿命。通过简单算例与商业软件FOCUS的计算结果对比,该方法能更方便地得到任意位置处、任意截面上的多轴向纤维增强塑料结构的疲劳性能,并且表明该有限元-应力转换矩阵方法对于评估变截面的纤维增强塑料梁结构在随机载荷作用下的疲劳性能是一种高效且可靠的方法。

新型高摩合成材料组分对摩擦性能的影响规律研究

徐祥, 杨明, 张世伟, 龚乾江

2017, 0(1): 53-57.

摘要 ( 108 )

PDF (881KB) ( 171 )

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采用正交试验设计的方法制备得到不同配比的新型高摩合成材料,通过极差分析方法探索了组分对合成材料摩擦系数、弹性模量的影响规律。在MMS-2A摩擦磨损试验机上测试了材料的摩擦系数,用OLS4100型-3D激光共聚焦显微镜观察了摩擦试样的磨损形貌,探索分析了组分影响合成材料摩擦磨损性能的内在机理,并用TG/DTA7300型号热分析仪和SANS试验机对合成材料的热性能及力学性能进行测试,获得组分对各种性能的影响规律。结果表明:高性能填料与丁腈橡胶对材料的摩擦系数影响最大,纤维影响最小;纤维对弹性模量的影响最明显,影响最小的是高性能填料。建立了模型摩擦系数与弹性模量的回归模型,其R²值分别为0.94与0.955。合成材料开始分解的温度在300 ℃左右,材料的耐热性能随着橡胶含量的增加而降低。通过对表面形貌进行分析,发现不同的组分对合成材料磨损机制的影响规律。

CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁抗弯刚度及截面内力分析

邓宇, 刘楠, 杨勇, 张鹏

2017, 0(1): 58-62.

摘要 ( 98 )

PDF (847KB) ( 99 )

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进行了8根CFRP-PCPs复合筋内嵌加固混凝土梁的加载试验研究。结果表明,与预应力CFRP材料的其他加固方式相比,采用预应力CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁可有效提高加固梁的刚度。依据试验荷载-挠度关系曲线,建立了三直线弯矩-曲率关系模型,并推导出了CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁短期刚度与挠度计算公式,将计算值与试验值进行对比,吻合度良好。

TiO₂掺杂钕-氰酸酯树脂基复合材料的制备及性能研究

姚焕英, 祝保林

2017, 0(1): 63-67.

摘要 ( 81 )

PDF (855KB) ( 180 )

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运用多步接枝工艺,实现了掺杂TiO₂粒子(M系列)的表面改性,制备出系列M粒子-氰酸酯树脂(CE)复合材料。研究了复合材料的摩擦力学性能及洛氏硬度的变化。结果表明,加入少许M系列粒子(质量分数＜4%)后,可以使得氰酸酯树脂(CE)的摩擦力学性能得到改善。当复合材料中M-2粒子的含量为3wt%时,摩擦系数下降36%,摩擦消耗下降约60%,增强了复合材料的耐磨性;当M-2粒子的含量为4wt%时,复合体系洛氏硬度提高了10.4%。

基于连续编织-缠绕-拉挤成型工艺的复合材料直管固化研究

许家忠, 袁亚男, 张博文, 李强

2017, 0(1): 68-76.

摘要 ( 142 )

PDF (1181KB) ( 249 )

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根据复合材料固化成型原理,建立采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的复合材料直管的传热模型以及固化动力学模型,利用有限元软件ANSYS和APDL语言开发复合材料直管固化过程数值模拟程序,以三维复合材料直管为模型进行固化数值模拟仿真,从而分析不同参数对采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺复合材料直管固化成型过程中的温度与固化度的影响。通过对复合材料直管模型进行固化数值模拟仿真分析可以得到工艺参数(如初始温度、加温历程、拉挤速度等参数)对固化过程的影响规律。对应用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的复合材料直管进行在线温度测试,测试结果表明数值模拟与实际生产工艺贴合,对实际生产有指导意义。

A形复合材料加强框的RTM成型工艺研究

原崇新, 高丽敏, 陈凯, 李永行

2017, 0(1): 77-79.

摘要 ( 131 )

PDF (795KB) ( 242 )

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随着复合材料在飞机上的应用正在由次承力结构到主承力结构的扩展,长桁、梁等加强框也逐步采用复合材料。作为民机发动机吊挂的主承力件,研究了A形加强框采用复合材料RTM成型工艺可行性,对模具设计、材料铺层设计、注胶模拟、注胶口选择以及注胶参数优化等方面进行了研究,并完成了复杂结构件的机加工,最终研制出满足工艺要求的结构件。

二维二轴编织铺层复合材料细观几何模型及拉伸模量的一种计算方法

柯常宜, 覃小红, 阎建华

2017, 0(1): 80-85.

摘要 ( 100 )

PDF (876KB) ( 195 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了一套工程实用的二维二轴2×2编织结构的单层和多层的细观几何模型及拉伸模量的计算方法,分析复合材料的细观结构特征,考虑了编织纱束的实际横截面形态和屈曲起伏,还有实际编织工艺和成型固化,提出了单层和多层结构复合材料的细观几何模型,基于细观分析,建立了单层和多层二维二轴编织铺层复合材料等效力学模型和拉伸模量的计算方法,最终计算数值结果趋势上与实际情况一致,在具体数值上吻合度很好,表明该方法实际有效可行。结论表明,建立的细观几何模型能很好地表达单层和多层二维二轴2×2编织复合材料的结构特征,等效力学模型能够很好地反映复合材料的拉伸行为,建立的拉伸模量预测方法能够很好地导出拉伸模量。

BF表面改性对BF/竹/木复合材料胶合性能的影响

向艳艳, 申士杰, 靳婷婷

2017, 0(1): 86-91.

摘要 ( 100 )

PDF (889KB) ( 211 )

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木质复合材料的胶合性能是结构用材使用过程中的重要参数,使用硅烷偶联剂KH550、等离子体(PL)、马来酸酐(MA)、盐酯刻蚀(AE)和上述方法的组合对玄武岩纤维(BF)表面进行改性,以促进玄武岩纤维增强竹木复合材料的胶合性能。研究结果表明,对玄武岩纤维增强表面进行上述方法的组合处理效果较佳,BF/竹/木复合材料胶合性能影响依次为MA550＞PL550＞AE550>KH550。其中:KH550和马来酸酐接枝组合处理后,复合材料的竹-纤维胶层的剪切强度达到8.64 MPa,木-纤维胶层剪切强度达到8.47 MPa;竹-纤维胶层KH550和马来酸酐接枝组合处理后比只经过KH550处理的提高了50.45%,木-纤维胶层无纤维剥离。

风电叶片用环氧结构胶的工艺性能研究

王志华, 宋秋香

2017, 0(1): 92-96.

摘要 ( 113 )

PDF (829KB) ( 465 )

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研究了混合后晾置时间、固化程度、混合比例和胶层厚度对风电叶片用环氧结构胶粘接性能的影响。采用拉伸剪切强度和等效剥离强度对粘接性能进行表征。研究表明:结构胶混合后晾置90 min再进行粘接,粘接强度最高;T_g达到60 ℃后,粘接强度处于稳定状态;在正负5%的配比变化范围内,粘接性能稳定;胶层厚度增加,剪切强度呈线性下降趋势,而剥离性能基本稳定。此项研究为风电叶片合模工艺优化提供了技术基础。

基于一次底波法的玻璃钢容器厚度测量方法研究

刘磨, 杨宇清, 陆铭慧, 张毅萍

2017, 0(1): 97-100.

摘要 ( 122 )

PDF (791KB) ( 318 )

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玻璃钢由于具有质量轻、强度高和耐热性好等优点,在航空航天、民用产业等领域得到了广泛的应用。对于在役的玻璃钢制品,由于长时间的分化腐蚀或制品中存在分层缺陷等原因,会造成材料厚度发生变化。对于很难找到材料二次底波的高衰减玻璃钢,提出了一种利用一次底波来测量声速,进而求得材料厚度的方法。实验结果表明,利用一次底波法测量几种材料的厚度,误差为±0.15 mm。利用这种方法测量高衰减玻璃钢的厚度是可行的,对于高衰减玻璃钢现场测厚有很大的指导意义。

分段式风电叶片研究进展和发展趋势

秦志文, 杨科, 王继辉, 宋娟娟

2017, 0(1): 101-108.

摘要 ( 171 )

PDF (909KB) ( 313 )

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分段式风电叶片是解决长叶片运输和制造困难的有效方法。综述了分段式风电叶片相关的基础研究和技术发展概况,分析了大型复合材料分段式叶片的连接构造特点,展望了分段式风电叶片技术和应用发展趋势。

全FRP筋混凝土梁斜截面承载力研究进展

刘宗全, 岳清瑞, 李荣, 陈小兵

2017, 0(1): 109-115.

摘要 ( 110 )

PDF (922KB) ( 236 )

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纤维增强复合材料(FRP)作为混凝土结构的新型高性能增强材料,受到了国内外土木工程界的广泛关注。全FRP筋混凝土梁斜截面受剪承载力的计算需要考虑FRP纵筋和FRP箍筋的特殊影响。在大量试验研究的基础上,各国规范均提出了全FRP筋混凝土梁斜截面承载力的计算公式,其中包括中国规范(GB 50608—2010)、日本规范(JSCE 1997)、英国规范(BISE 1999)、意大利规范(CNR-DT 203/2006)、美国规范(ACI 440.1R-06)、加拿大规范(CSA.S 806-12)。用这6种规范所提供的计算模型分别计算33根试验梁的斜截面承载力,并与试验结果作对比,以此评价这些方法的可靠性。

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