复合材料科学与工程

冯古雨, 曹海建, 钱坤

2017, 0(2): 5-9.

摘要 ( 96 )

PDF (5885KB) ( 241 )

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使用三维绘图软件PRO/E 5.0绘制出三维角联锁机织复合材料结构模型,借助有限元软件ANSYS Workbench对该结构模型的弯曲疲劳性能进行分析。在复合材料弯曲静力学分析的基础上,添加疲劳工具对复合材料的抗疲劳性能进行分析,通过复合材料纤维、树脂各自的寿命、损伤分布云图分析复合材料的抗疲劳性能。结果表明:弯曲载荷作用下,复合材料与弯曲压头接触的位置表现出更大的弯曲应力;这些位置在较小循环载荷作用下较早发生破坏;与测试方向平行的纬纱较经纱发生更严重的破坏。

复合材料-木塑组合柱轴心受压性能试验研究

冷远, 齐玉军, 刘伟庆, 方海

2017, 0(2): 10-14.

摘要 ( 95 )

PDF (1938KB) ( 87 )

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以木塑复合材料、无碱玻璃纤维织物以及不饱和聚酯树脂为原料,采用真空导入工艺制造复合材料-木塑组合柱。对该组合柱进行轴心受压试验,得到其失效模式、承载力以及纵向变形等力学行为。试验结果表明:复合材料-木塑组合柱在轴压荷载作用下,主要破坏模式为轴向受压破坏,且在复合材料面层出现横向裂纹;组合柱极限承载力随着截面尺寸的增加而显著提高,而且组合柱具有良好的延性。采用考虑组合效应的分析方法对该组合柱的轴压承载力进行预测,结果表明当组合系数取0.3时,理论计算结果与试验结果吻合较好。

挖补角度对复合材料修补片固化过程温度和热应力的影响

唐庆如, 田秋实, 庞杰, 陈淑仙

2017, 0(2): 15-20.

摘要 ( 86 )

PDF (1376KB) ( 129 )

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利用有限元方法,数值模拟了不同挖补角度的树脂基复合材料修补片热固化过程中的温度场和热应力场,并分析了挖补角度对修补片的温度、固化度和热应力的影响。仿真计算结果表明:挖补角度越小,修补片中心点处的温度峰值越大,固化速率越快,热应力越大;挖补角度越小,修补片非中心点处的固化速率越快,热应力越小,且挖补角度对非中心点处的热应力影响较大。综合分析后可知,在一定挖补角度范围内,合理选择挖补角度,可控制修补材料内部热应力,并获得较好的复合材料修补质量。研究结果为实际修理提供了良好的数值依据。

航空复合材料层压板钻孔分层缺陷相控阵检测参数优化

温姣玲, 卢超, 何方成, 林俊明

2017, 0(2): 21-25.

摘要 ( 102 )

PDF (3257KB) ( 107 )

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在航空复合材料层压板机械钻孔加工中,分层损伤是影响钻孔连接装配性以及材料使用寿命最严重的一类缺陷。超声相控阵因其检测速度快、灵活性好、结果显示直观等优势被广泛应用于复合材料缺陷检测研究中。为了提高相控阵检测复合材料分层缺陷的检出率和成像质量,研究了阵元数、焦距、脉冲宽度分别对成像检测结果的影响,获得了各参数变化的影响规律及钻孔分层缺陷相控阵成像检测各参数最优设置,为后续利用相控阵技术开展航空复合材料层压板钻孔分层缺陷检测方法研究提供参考。

变刚度铺放改善单钉双剪螺栓连接拉伸强度

牛雪娟, 杨涛, 李阳

2017, 0(2): 26-31.

摘要 ( 75 )

PDF (2621KB) ( 199 )

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沿最大主应力方向的变刚度铺放可有效提高复合材料构件的强度。以与孔周围设定区域内,单元格上流场速度矢方向与有限元得到的最大主应力方向之间的差异最小为优化目标,优化有势流场构造参数,从而得到优化的变刚度铺层轨迹。该方法得到的变刚度铺层能最大程度地使纤维主方向与层合板在该点处的最大主应力方向一致。研究结果表明,变刚度铺放不仅可提高层合板的拉伸强度,还可使试件在达到极限载荷后的承载能力下降速度平缓,从而降低了发生瞬时性损坏的概率。

一种预测单向玄武岩纤维复合材料横向弹性模量的方法

李祖湛, 郝志明, 贾彬, 李潘

2017, 0(2): 32-37.

摘要 ( 47 )

PDF (2294KB) ( 216 )

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根据单向玄武岩纤维复合材料中纤维排列方式,考虑几何对称性,并引入应变协调假设,提出了一种矩形代表性单元。根据代表性单元内纤维和基体的分布推导出单向玄武岩纤维复合材料的横向弹性模量。与实验、其他理论的结果比较表明,该代表性单元方法可以较好地预测单向玄武岩纤维复合材料的横向弹性模量。

基于模态应变能法功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁模型对损伤识别的影响分析

岳世燕, 杨真真, 谢峰, 黄立新

2017, 0(2): 38-43.

摘要 ( 99 )

PDF (1379KB) ( 209 )

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随着功能梯度梁的跨高比从小(厚梁)变到大(薄梁),梁的变形受到剪切变形的影响就会从大变到小。为了准确分析功能梯度梁的变形,跨高比小的厚梁采用Timoshenko梁模型,而跨高比大的薄梁采用Euler-Bernoulli梁模型。采用这两种梁模型进行功能梯度梁自由振动的有限元计算,分析单元刚度矩阵、质量矩阵和模态阵型等存在的差异。通过数值算例,研究了这两种梁模型的差异对模态应变能法的损伤识别指标的影响。对于厚梁,Timoshenko梁模型的损伤指标优于Euler-Bernoulli梁模型;对于很薄的梁(例如,l/h=25时的薄梁),Euler-Bernoulli梁模型的损伤指标优于Timoshenko梁模型。

基于ANSYS的叶根连接建模方法研究

唐金钱, 鲁晓锋, 张登刚, 李成良

2017, 0(2): 44-47.

摘要 ( 99 )

PDF (2923KB) ( 109 )

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针对风电叶片叶根连接有限元建模方法进行研究,主要通过对比工程算法、整体有限元模型与1/N有限元模型的结果进行分析验证。首先对叶根钻孔连接采用工程算法进行理论计算,得到了螺栓的理论应力。接着分别建立整体模型与1/N模型,并对模型进行加载计算得到螺栓的有限元应力。通过对比发现,有限元与理论结果的偏差较小,从而证明两种建模方法都是可行的。采用整体模型计算与实际最为接近,但采用1/N模型更能减少工作量,提高效率。

BA9913环氧树脂固化动力学和TTT图

张晨乾, 陈蔚, 关志东, 叶宏军

2017, 0(2): 48-53.

摘要 ( 130 )

PDF (1259KB) ( 557 )

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以BA9913树脂的全动态DSC扫描实验为基础,结合半经验的唯象模型获得了基于唯象模型的高韧性环氧(牌号:BA9913)树脂的固化动力学参数,建立相应的动力学模型,并测定了BA9913树脂在100 ℃时保温不同时间后的凝胶固化度。利用DiBenedetto方程研究了该等温条件下BA9913树脂固化度与加热时间的关系,得到其玻璃化转变温度与固化时间的关系表达式。采用测凝胶储能模量的方法得到了BA9913树脂凝胶时的固化度和玻璃化转变温度之间的关系,绘制了BA9913树脂的TTT图。在此基础上对T300/BA9913的固化工艺进行了优化,并研究了优化前后T300/BA9913复合材料的内部质量、基本力学性能及玻璃化转变温度。

环氧片状模塑料在模压过程中的纤维分布

徐娇娇, 李建, 黄志雄

2017, 0(2): 54-59.

摘要 ( 74 )

PDF (8109KB) ( 67 )

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纤维的流动分布对环氧片状模塑料(ESMC)制品的各项性能有十分重要的影响。以纤维含量作为性能指标,对原材料组分、片材黏度、铺层方式、模压工艺参数等因素与纤维流动分布的关系进行系统研究。研究结果表明,当玻璃纤维含量为24%、长度为24 mm、填料粒径为45 μm、片材黏度为5×10³ Pa·s、铺料面积为60%、压机闭模速度为1 mm/s时,ESMC模压制品纤维分布的均匀性较好。

基于力阻效应的CFRP试件传感特性的试验研究

梁戈, 刘荣桂, 许兆辉, 谢桂华

2017, 0(2): 60-63.

摘要 ( 85 )

PDF (1132KB) ( 116 )

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基于碳纤维复合材料传感原理,推导电阻变化率与应变的关系公式,通过CFRP试件轴向拉伸试验,得到试件的初始电阻和伏安特性曲线,研究了在三个不同的应变阶段,试件电阻变化率随应变的变化关系,并通过线性拟合得到初始阶段CFRP试件的灵敏度。试验结果表明:当应变小于0.8%时,电阻变化率随应变变化较快,表现出良好的线性关系,具有良好的力阻效应;当应变在0.8%~2.4%之间时,电阻变化率随应变的变化速度降低,电阻-应变关系曲线出现波动;当应变大于2.4%时,电阻变化率急剧增长,试件破坏。

碳纤维复合材料矩形截面管抗弯性能研究

袁威, 胡业发, 张锦光

2017, 0(2): 64-68.

摘要 ( 118 )

PDF (2612KB) ( 132 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对碳纤维复合材料矩形截面管的抗弯性能,设计了五种不同铺层方案的矩形截面管。应用有限元软件Abaqus对其三点弯曲进行了仿真分析;并通过粘贴光栅光纤传感器,应用万能试验机对实验件进行了三点弯曲实验。分别获得了仿真和实验相应载荷下矩形截面管下表面中间位置的应变值,进行一次拟合后获得相应的载荷-应变曲线,从而得出仿真和实验抗弯刚度值EI。通过对比,两者的结果具有很好的一致性。结果表明:0°比例越高,抗弯性能越好。

脱蜡处理对石英布/氰酸酯复合材料的性能影响

石佩洛, 王飞, 逄锦程, 凌辉

2017, 0(2): 69-71.

摘要 ( 133 )

PDF (3892KB) ( 217 )

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对石英纤维布进行了高温脱蜡处理,并制成了石英布增强氰酸酯树脂基预浸料及其复合材料,对比了脱蜡处理前后预浸料的理化性能和工艺性的变化,以及复合材料介电性能和力学性能的变化。结果表明,脱蜡处理后的石英布/氰酸酯预浸料的工艺性能更好,复合材料的介电性能保持不变,力学性能显著提高,其中弯曲强度提高31%,层间剪切强度提高16%,脱蜡后界面结合更好。

热塑性复合材料制件热残余应力产生原因及测试方法分析

王长春, 岳广全, 张嘉振, 刘建光

2017, 0(2): 72-75.

摘要 ( 80 )

PDF (1116KB) ( 165 )

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纤维增强热塑性复合材料以其优异的综合性能被广泛用于大型民用飞机结构,但在复合材料成型过程中基体材料需要经历较高的工艺温度和降温速率;增强纤维和聚合物基体之间因热膨胀系数不匹配、铺层间各向异性和温度的梯度分布等因素将导致在基体中形成热残余应力,这将对所得热塑性复合材料构件的力学性能产生影响,需要在复合材料结构的设计和分析中加以考虑。为有效控制和降低复合材料制件中热残余应力,需要对其产生来源及发展机理进行分析。对热塑性复合材料中热残余应力的形成原因从三个不同层次进行讨论,并分析热塑性复合材料在成型过程中残余应力水平的控制方法,最后对热残余应力的测试方法进行研究,评价了各测试方法的优缺点。

复合材料预制件单面双针缝合装备技术研究

潘杰, 文立伟, 肖军, 黄晓川

2017, 0(2): 76-81.

摘要 ( 80 )

PDF (2246KB) ( 178 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

缝合技术能有效改善复合材料层间强度、提高损伤容限,通过缝合连接可以制备整体成型结构件。基于工业缝纫机工作原理,通过研究引线针、钩线针在形成线圈过程中的配合,建立了双针运动行程关系,并设计了凸轮曲柄连杆机构实现双针协同运动,将单面双针缝合头与三轴联动平台结合缝合预制件。探索双针夹角对线圈成型的影响,实验结果显示双针夹角为45°~60°时稳定形成线圈概率最高,达到90%,夹角过大或过小都会使线圈形成概率降低,实验验证了单面双针缝合装备结构设计的合理性,为装备优化提供了理论依据。

碳纤维树脂基复合材料内部缺陷X射线成像检测的仿真

王从科, 董方旭, 赵付宝, 凡丽梅

2017, 0(2): 82-87.

摘要 ( 93 )

PDF (3172KB) ( 135 )

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采用CIVA仿真模拟软件,模拟不同检测电压、检测电流和焦点尺寸下碳纤维树脂基复合材料制品内部分层缺陷的X射线成像检测结果,得到最佳射线源工艺参数;将最佳射线源工艺参数应用于X射线锥束CT成像仿真模拟,与含分层缺陷的碳纤维树脂基复合材料制品的X射线锥束CT成像检测结果相比,仿真结果与实际检测结果相吻合;同时,通过实际碳纤维树脂基复合材料制品的X射线锥束CT成像检测结果验证了该最佳射线源工艺参数的可行性和可靠性。

不同加入方式对高温后玄武岩纤维再生混凝土力学性能的影响

郭瑞晋, 毕重, 王涪, 王盼乐

2017, 0(2): 88-92.

摘要 ( 57 )

PDF (991KB) ( 99 )

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试验研究了在不同玄武岩纤维体积掺量(0%、0.1%、0.15%和0.2%)、不同高温(20 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃)情况下,两种不同的纤维加入方式(水泥浆包裹纤维、直接加入)对再生粗骨料混凝土(取代率为50%)的立方体抗压、劈裂抗拉强度的影响,结果表明间接加入方式下的强度比高于直接加入方式,但是变量不同,提高的幅度不同。当温度一定时,抗压强度提高幅度随纤维掺量的增加而增加,0.2%时最大,劈裂抗拉强度提高幅度则随纤维掺量的增加而减小,0.1%时最大;当掺量一定时,抗压强度提高幅度随温度的变化呈折线趋势,20~200 ℃时上升,200~400 ℃时趋于平缓,400~600 ℃时再上升,对于劈裂而言,20~200 ℃时基本不变,200 ℃之后提高幅度急剧下降。

纤维增强树脂基复合材料表面金属化研究进展

董晓阳, 郭金海

2017, 0(2): 93-99.

摘要 ( 121 )

PDF (795KB) ( 444 )

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对纤维增强树脂基复合材料表面金属化研究进行综述,分别介绍了纤维与树脂在复合前的表面金属化方法,纤维与树脂复合后固化前的表面金属化方法以及纤维与树脂固化后表面金属化方法;并且对复合材料在不同阶段的金属化方法优缺点进行分析介绍,结合航空航天领域在复合材料表面金属化的需求,分析了不同的金属化方法在航天复合材料结构件上的适用性。

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