复合材料科学与工程

邓宇, 甘德丽, 张鹏, 杨希涛

2018, 0(1): 5-11.

摘要 ( 136 )

PDF (1934KB) ( 299 )

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提出H型钢部分外包混凝土柱(PEC柱)结构,通过对18根PEC柱试件的轴心和偏心受压试验,研究了不同的碳纤维布粘贴层数、不同的碳纤维布粘贴间距、不同的偏心距分别对PEC柱的承载能力和破坏模式的影响。研究发现:粘贴碳纤维布的PEC柱承载力大于不粘贴碳纤维布的PEC柱;相同碳纤维布粘贴间距时,粘贴两层布比单层布的PEC柱承载力有所提高;碳纤维布粘贴间距越小,PEC柱的极限承载力越大;所有试件柱的极限承载力随偏心距的增大而降低。基于试验数据,提出承载力计算公式。

风电叶片尾缘结构稳定性研究

袁巍华, 吴玉国, 王国付, 秦志文

2018, 0(1): 12-17.

摘要 ( 148 )

PDF (2215KB) ( 327 )

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最大弦长附近的尾缘局部屈曲是风电叶片的主要失效模式之一。为研究该问题,采用有限元方法模拟了不同相对厚度的翼段尾缘屈曲模式及增强措施。分别选择19%、24%和35%相对厚度翼段,探讨增加铺层、填充泡沫或填充轻木3种方式对尾缘抗屈曲能力的影响。通过有限元特征值屈曲分析表明:增加叶片尾缘铺层厚度可以有效抑制尾缘位移并提高尾缘抗屈曲能力,同时随着翼型相对厚度的减小,增强效果呈增长趋势,但叶片质量明显增加;轻木芯材与泡沫芯材相比密度大且价格昂贵,并没有展现出明显优于泡沫芯材的抗屈曲能力;在叶片尾缘处弦向填充适当长度泡沫对叶片质量影响非常小并可以显著提高尾缘抗屈曲能力,是一种高效提高尾缘稳定性的方案。

增韧复合材料的G_Ⅰ断裂韧性有限元模拟

田达, 傅宏俊, 吴利伟, 王庆涛

2018, 0(1): 18-22.

摘要 ( 145 )

PDF (1480KB) ( 715 )

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采用Abaqus有限元仿真软件建立二维壳单元模型以及内聚力模型,运用双线性本构模型以及二次名义应力准则,对以聚酰亚胺为增韧层的复合材料进行G_Ⅰ断裂韧性模拟,同时通过改变法相刚度、能量释放率等参数探讨对复合材料性质的影响。结果表明,模拟结果与实际情况在曲线趋势上大体一致,随着能量释放率的增大,层间韧性也随之增大,主要是纤维的抽拔、断裂等塑性屈曲对能量的吸收所致。而法相刚度对于层间失效后的脆性断裂影响显著,较大的法相刚度会导致载荷-位移曲线上下波动较大,呈现出层间脆性特性。

立式埋地玻璃钢圆柱壳的稳定性分析

陈建中, 娄要胜, 吕泳, 张小玉

2018, 0(1): 23-28.

摘要 ( 115 )

PDF (3864KB) ( 294 )

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基于工程实际,采用承压不承拉的杆单元模型解决埋地结构与周围土体的相互作用问题,推导出杆单元与土体之间材料参数表达式,建立有限元计算模型,实现立式埋地玻璃钢圆柱壳结构稳定性有限元分析。通过与传统公式计算结果比较,得出传统稳定性计算公式不能用于计算立式埋地结构。参数对结构稳定性的影响结果表明:增加结构的厚度、弹性模量以及周围土弹性模量可提高稳定性,其中厚度的影响更为显著;结构稳定性随壳体长度的增加而降低。在工程应用中可采用加筋结构减小计算长度以及选择合适的回填材料和回填方式来提高土的弹性模量的方法,有效提高稳定安全性,对经济性影响较小。

复合材料层合板贴补修理失效模式分析与修理参数选择

邓志康, 昌磊, 祝奇枫, 周正根

2018, 0(1): 29-37.

摘要 ( 105 )

PDF (4274KB) ( 380 )

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在对复合材料层合板进行渐进失效分析时,Zinoviev刚度退化模型是最常用的刚度退化模型之一,但是该模型涉及的参数较多并且只能用于二维问题,对其进行简化和改进后,不仅参数减少而且可以扩展至三维,基于此改进的Zinoviev刚度退化模型,结合Shokrieh改进的三维Hashin准则,采用INTER205单元对胶层进行模拟,利用ANSYS软件建立了承受面内拉伸荷载的含圆孔缺陷的复合材料层合板双边贴补修理渐进失效三维有限元模型。此有限元模型的结果和试验结果拟合得比较好,验证了改进的Zinoviev退化模型和有限元模型的有效性。利用此有限元模型分析了承受面内拉伸荷载的双边贴补修理复合材料层合板的失效模式,发现主要破坏模式为胶层的脱胶加速了母板中的纤维失效,导致结构最终失效。最后分析了主要修理参数对修理效果的影响,结果表明:增大补片尺寸可以明显提高修补结构的强度;当补片刚度与母板刚度相同时,修补效果较好;当补片厚度为母板厚度一半时,修补效果最好。

FRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁受弯性能数值模拟及理论分析

孔祥清, 于洋, 高化东, 刘华新

2018, 0(1): 38-44.

摘要 ( 123 )

PDF (2893KB) ( 380 )

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近年来,FRP筋和钢筋混合配筋混凝土结构已逐渐成为土木工程界的研究热点问题之一。在试验研究基础上,应用有限元分析软件ANSYS建立了GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁的数值模型,对其抗弯性能进行了有限元分析,提出了FRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁名义配筋面积的概念,并结合中国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》建立理论模型,对混合配筋混凝土梁的抗弯承载力和挠度进行了理论分析。通过与试验结果对比,证明了有限元模型的精确性以及基于《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》提出的理论计算模型对混合配筋混凝土梁的有效指导性。

混凝土梁嵌粘混合FRP筋弯曲性能试验研究

王兴国, 代波, 张鹏飞

2018, 0(1): 45-49.

摘要 ( 133 )

PDF (1520KB) ( 329 )

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分别在钢筋混凝土简支梁和连续梁的受弯区、负弯矩区表层嵌粘不同FRP筋材进行加固,进行单调加载弯曲试验,研究不同初始荷载、FRP筋种类对简支梁、连续梁嵌粘FRP筋后的特征荷载、应变、变形等的影响程度,记录加载过程中梁体裂缝扩展情况。结果表明:不同FRP筋混合嵌入加固混凝土梁,可显著提高简支梁、连续梁的抗弯承载力,改善使用阶段性能,与单一FRP筋材嵌粘加固相比,裂缝分布特征相似,延性更佳;在初始荷载未完全卸除时,混凝土梁表层嵌粘不同FRP筋的加固效果略逊于无初始荷载作用下的加固梁,不过效果仍比较理想,建议实际工程中尽可能卸除外部荷载后再进行嵌粘混合FRP筋加固。

基于数值试验的FRP约束混凝土圆柱轴压性能研究

张冰, 孙运楼, 齐玉军

2018, 0(1): 50-59.

摘要 ( 130 )

PDF (2164KB) ( 363 )

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纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱(FRP Confined Concrete Column,简称“FCCC”)具有承载力高、延性好等优点,目前以试验为主要研究方法,很难对其截面尺寸、混凝土强度等级及FRP层数等参数进行全面研究。首先对FCCC轴压性能的试验和数值模拟研究现状进行了归纳总结,然后基于Drucker-Prager弹塑性本构建立有限元模型,并通过现有试验结果验证了该模型的正确性;采用该有限元模型研究了截面直径为150 mm~750 mm,混凝土强度等级为C30~C80以及FRP层数为1层至5层的不同FCCC的轴压性能。结果表明:FRP层数恒定时,FCCC的轴向承载力和延性随着混凝土强度等级的提高而分别提高和降低;混凝土强度恒定时,FCCC的轴向承载力和延性随着FRP约束量的增加而提高;混凝土强度和FRP层数恒定时,FCCC的轴向承载力随着直径的增大而减小。通过数值试验的方法较全面地研究了不同参数对FCCC轴压性能的影响,可为FCCC受力性能的进一步研究和工程设计提供参考。

电泳沉积时间对SiC_f/SiC复合材料性能的影响

侯慧宁, 周新贵, 李明远

2018, 0(1): 60-67.

摘要 ( 87 )

PDF (11037KB) ( 83 )

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针对电泳沉积结合先驱体浸渍裂解的方法制备SiC_f/SiC复合材料过程,探讨沉积时间对SiC纤维及SiC_f/SiC复合材料性能的影响规律。实验结果得出:随电泳沉积时间的延长,SiC纤维逐渐被腐蚀,致使其单丝强度下降;而在SiC纤维表面覆盖PyC涂层可以有效地保护SiC纤维,由于悬浮液中的通电作用,PyC涂层与SiC纤维的界面结合强度略有降低,纤维单丝强度随电泳时间的延长先增大后减小。5 min的电泳沉积结合9个周期的PIP得到了SiC_f/SiC复合材料最大的弯曲强度为731 MPa,随后其力学性能随着沉积时间的延长先降低后略微回升;SiC_f/SiC复合材料的热导率随沉积时间的延长先增大后减小,10 min电泳沉积得到了常温下SiC_f/SiC复合材料的最大热导率为4.658 W/(m·K)(25 ℃)。

先进树脂基复合材料高压微波固化工艺实验研究

丁星星, 湛利华, 李树健, 常腾飞

2018, 0(1): 68-72.

摘要 ( 146 )

PDF (4928KB) ( 363 )

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先进树脂基复合材料在航空航天领域应用广泛,采用高效率、低能耗的微波固化工艺以获得令人满意的固化质量的构件,已逐渐引起学者们的关注。将高压引入树脂基复合材料的固化过程中,通过缺陷分析、显微金相、力学性能检测等手段,对先进树脂基复合材料的高压微波固化质量进行实验研究。结果表明,高压微波固化能有效实现树脂基复合材料的固化,与传统热压罐工艺相比,高压微波固化工艺可获得低孔隙、少缺陷、纤维/树脂界面结合较好的固化质量,拉伸强度提高4.82%,层间剪切强度提高10.32%。研究结果为复合材料高压微波固化技术的推广与应用提供了实验数据支撑。

夹芯型吸波结构耐老化性能研究

何翔, 李永清, 朱锡, 陈柯蒙

2018, 0(1): 73-78.

摘要 ( 108 )

PDF (1300KB) ( 323 )

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选取紫外辐照、湿热及盐雾等典型海洋环境因素,对设计的夹芯型吸波结构开展加速老化实验,对比考核夹芯型吸波结构与吸波贴片的耐老化性能。结果表明:紫外老化15 d后,夹芯型吸波结构面层Q-GFRP的介电常数降幅最大,导致其有效带宽向高频方向削减达0.41 GHz;盐雾老化30 d后,吸波贴片的氧化锈蚀最严重,致使其吸收峰值和有效带宽较老化前分别下降达-6.59 dB,削减达2.40 GHz;得益于Q-GFRP的保护,夹芯型吸波结构的耐老化性能明显优于吸波贴片,且经加速老化处理后,仍可满足水面舰艇在X波段、Ku波段的雷达隐身需求。

连续玻纤增强聚丙烯混纤纱织物层压成型工艺研究

曾铮, 郭兵兵, 孙天舒, 洪成

2018, 0(1): 79-84.

摘要 ( 70 )

PDF (2637KB) ( 472 )

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采用两种不同形式的混纤纱机织物为原料,利用层压成型的方法制备了连续玻璃纤维(GF)增强的聚丙烯(PP)板材。研究了层压温度、压力、保压时间和混纤纱机织物形式对层压板材的弯曲性能和层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,当层压温度为230 ℃,层压压力为8.5 MPa,保压时间为30 min,降温过程冷却速度为0.5 ℃/min时,层压板材的力学性能最佳。弯曲强度和模量分别达到352.58 MPa、23.09 GPa,ILSS达到27.37 MPa。此时,纤维含量和空隙率分别为72.25%、2.03%。在最优工艺条件下制备的两种不同织物形式层压板材弯曲强度和弯曲模量以及ILSS:2/2斜纹织物＞平纹织物。两种织物层压板材的空隙率:2/2斜纹织物＜平纹织物。

P2352W-19预浸料与可剥布匹配性研究

陈璐圆, 顾灵聪, 王旭, 陈萍

2018, 0(1): 85-88.

摘要 ( 101 )

PDF (868KB) ( 313 )

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为了进一步了解P2352W-19预浸料匹配可剥布对胶接质量的影响,使用干态和湿态聚酯可剥布处理待胶接表面,并通过Ⅰ型双悬臂梁断裂韧性试验和双搭接剪切试验来考察可剥布处理后试验件的胶接表面力学性能表现,将试验结果结合试验件破坏模式进行分析。研究了层板材料匹配两种高温胶膜的共胶接及二次胶接质量,确定了P2352W-19预浸料最佳匹配可剥布。

氧化石墨烯改性热固性酚醛树脂的热性能研究

孙燚, 涂晨辰, 谈娟娟, 高红成

2018, 0(1): 89-93.

摘要 ( 115 )

PDF (2382KB) ( 348 )

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采用原位聚合法和溶液共混法制备氧化石墨烯(GO)改性热固性酚醛树脂,分析GO的加入量和加入方式对酚醛树脂热性能的影响。在原位聚合法制备的改性树脂中,GO的引入使酚醛树脂的T_g略有下降,随着GO加入量的增加,树脂的残碳率和第一阶段的热分解温度先升高后降低;相比于原位聚合法,溶液共混法制备的改性树脂中,树脂的耐热性更佳,GO的分散尺度更小。

基于显微CT技术的碳纤维复合材料体孔隙率测量

肖鹏, 刘奎

2018, 0(1): 94-97.

摘要 ( 186 )

PDF (7385KB) ( 241 )

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提出了一种基于显微CT技术的碳纤维复合材料体孔隙率测量的新方法,分析了采用显微CT技术测量孔隙率的实验原理,对实验结果进行了图像处理,并统计体孔隙率。实验结果表明,显微CT技术是一种行之有效的碳纤维复合材料体孔隙率测量技术,通过图像灰度进行阈值分割可以清晰地分辨材料内部基体与孔隙,且测量过程中应选择足够大的试样体积,测量值才能真实反映材料内部的体孔隙率。

三维中空复合材料天线罩的有限元结构分析

赵大娟, 周正亮, 张守玉

2018, 0(1): 98-102.

摘要 ( 128 )

PDF (5843KB) ( 310 )

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某类型天线罩外形尺寸较大,减重要求高,三维中空复合材料可满足该类型天线罩透波和结构高强的要求。针对上述使用要求和实际工况,选择三维中空织物复合材料为主体结构,玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为补强面层,制备三维中空结构天线罩,采用有限元分析软件建立三维中空结构天线罩的有限元模型,对该类型天线罩在使用工况下的刚度、强度和稳定性进行分析,其计算结果满足刚度、强度和稳定性的要求,并通过压力试验验证中空夹层天线罩的变形量与有限元分析结果保持一致,从而指导该天线罩的铺层设计、优化及材料的选用。

FRP布加固砌体结构界面粘结性能的研究进展

王作虎, 杨文雄, 刘杜

2018, 0(1): 103-107.

摘要 ( 126 )

PDF (799KB) ( 321 )

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砌体结构存在着承载力低、抗震能力差等问题,所以对砌体结构的加固尤为重要。近些年在国内外兴起的纤维增强复合材料(简称FRP)以其轻质高强、耐久性好、施工方便等优点为砌体结构的加固提供了新的方向。FRP与砌体间的界面粘结性能是影响加固效果的关键因素之一。总结了国内外学者关于FRP加固砌体结构界面粘结性能的研究现状,通过收集到的试验数据对FRP加固砌体结构的极限承载力计算公式进行了校核,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。

碳纳米材料接枝碳纤维的复合材料界面增效研究进展

李君, 矫维成, 闫美玲, 刘贞祥

2018, 0(1): 108-113.

摘要 ( 128 )

PDF (5515KB) ( 429 )

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界面作为复合材料的重要组成部分,起着传递载荷的作用,影响复合材料的整体性能。碳纤维表面属于石墨乱层结构,微晶有序取向,惰性大,不易与树脂基体结合。对碳纤维进行适当的表面改性,增加纤维的比表面积、粗糙度和引入活性官能团,都能改善表面润湿情况,实现机械结合和化学结合,提高复合材料的界面性能。碳纳米材料接枝到碳纤维表面,是提高界面性能的有效方法之一。因此,对碳纳米管、氧化石墨烯接枝碳纤维的制备方法、界面增效设计以及界面增强机制的国内外研究现状进行综述和分析,在此基础上,展望了碳纳米材料接枝碳纤维表面和界面性能评价方法的研究趋势和前景。

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