复合材料科学与工程

王轩, 曹阳丽, 邓云飞, 于吉选

2018, 0(8): 5-11.

摘要 ( 94 )

PDF (6433KB) ( 430 )

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为研究平纹编织面板蜂窝夹芯结构的侧向压缩性能,将蜂窝夹芯结构失效分为面板失效、蜂窝芯失效和胶层失效,基于渐进损伤分析方法建立蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤分析模型,对平纹编织面板蜂窝夹芯结构进行侧向压缩失效预测,与侧压性能试验结果相比,破坏强度非常吻合。结果表明,建立的侧向压缩损伤分析模型能够模拟平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤起始、损伤扩展和最终破坏,并最终预测其侧压破坏强度。

基于玻纤映射的螺栓连接强度及损伤分析

聂昕, 磨承杰, 姚威, 熊东箭

2018, 0(8): 12-18.

摘要 ( 120 )

PDF (2767KB) ( 350 )

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探讨了车身结构中注塑成型玻纤增强复合材料(GFRP)螺栓连接强度及其损伤失效的主要类型。开展了PA6 GF30材料的相关力学性能测试,基于Multicontinuum(MTC)理论进行材料分解与材料参数拟合,获得了有限元仿真分析的相关材料参数。拉伸样条的仿真与实验结果表明:基于材料分解、玻纤映射、材料参数拟合的仿真分析方法能有效解决注塑件模流分析与结构分析的延续性与准确性问题,同时提高了仿真分析的效率。基于玻纤材料的准确映射信息,着重研究了玻纤增强复合材料间螺栓的连接强度与损伤失效模式,并综合分析了端径比、宽径比及厚径比对螺栓连接强度及材料损伤失效的影响。结果表明:连接失效的主要模式为拉伸失效与挤压失效,且对连接性能影响较大的因素依次为宽径比、厚径比、端径比;随着宽径比、端径比的增大,螺栓的连接强度均有所增强,但当比值分别大于4和2.5后连接强度不再增加,主要表现为挤压失效;增大厚径比能显著提高螺栓的连接强度。

阻尼层厚度对嵌入式共固化复合材料阻尼结构损耗因子的影响

王绍清, 梁森, 乔艳梅, 刘炳国

2018, 0(8): 19-24.

摘要 ( 123 )

PDF (1775KB) ( 193 )

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用Ritz法研究了各应力分量的应变能,并计算了嵌入式共固化复合材料阻尼结构的损耗因子,得到了损耗因子随阻尼层厚度变化的规律。结果表明:当薄板总厚度不变,阻尼层厚度由2 mm增加到5.5 mm时,损耗因子随着阻尼层厚度的增大而增大,阻尼层较厚时,损耗因子对阻尼层厚度的变化不再敏感;当复合材料层厚度不变时,增加阻尼层的厚度可以使损耗因子增大,阻尼层厚度较厚时,阻尼层厚度的变化对损耗因子的影响较小;与复合材料层厚度不变时相比,薄板总厚度不变时,阻尼层较厚时对损耗因子的影响更小。

木芯复合材料梁柱T型植筋节点受力性能试验研究

雍唯一, 齐玉军, 方海, 刘伟庆

2018, 0(8): 25-31.

摘要 ( 97 )

PDF (1614KB) ( 221 )

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针对木芯复合材料梁柱T型节点,提出胶接和植筋两种连接方式,前者采用了复合材料节点连接件,后者包括有节点连接件和无节点连接件两种形式。通过剪切-转角试验,分析不同形式节点的力学特性及破坏特征,得到了其剪切-转角曲线、转动刚度和承载力。结果表明:有节点连接件的植筋连接(TJ3)具有良好的弹性性能和承载能力,其承载力分别为无节点连接件的植筋连接(TJ2和TJ4)的2倍和1.6倍;此外,在近节点荷载作用下(剪跨比为5/3),试件TJ3为剪切破坏,其他3个都为受弯破坏;TJ2、TJ3和TJ4螺纹钢筋的应力分布规律大体一致,最大拉应力都位于连接件与柱连接界面处。

通电过程中单向连续CFRP的暂态效应

李静, 郑华升, 朱四荣

2018, 0(8): 32-35.

摘要 ( 67 )

PDF (1054KB) ( 280 )

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采用不同大小的激励电流,研究了单向连续碳纤维增强塑料(CFRP)从通电初期到稳定阶段的电压响应规律。结果表明,当激励电流≥300 mA时,在通电初期,试样的电阻急剧减小,当通电时间达到100 s左右后,电阻逐渐趋于稳定。激励电流越大,其加载初期的电阻变化速度越快,其稳定状态下的电阻变化量也越大。在通电过程中CFRP试样的温度逐渐上升,其温度变化曲线形状与电阻的暂态响应曲线形状基本相同,稳定状态下的温升随着激励电流的增大而增大。实验结果揭示了通电发热所引起的温敏效应是形成CFRP暂态响应的主要原因。

自动铺丝加工轨迹姿态优化算法研究

王显峰, 叶子恒, 王若舟, 赵聪

2018, 0(8): 36-41.

摘要 ( 142 )

PDF (2682KB) ( 242 )

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自动铺丝加工技术在复合材料大型构件中应用广泛。在高速加工技术的研究基础上,提出了一种自动铺丝加工轨迹姿态优化算法。自动铺丝应用的对象多为复杂构件,其中施压法向的剧烈变化会降低铺放速率,延长制造周期。为了解决这些问题,通过建立自动铺丝加工允许偏转空间,用滤波法和约束优化两种方法对加工轨迹进行了姿态优化。通过数据分析和实际铺放验证,优化后加工轨迹的转轴运动曲线以及转轴加速度曲线均得到了一定程度的光顺优化,此外加工时间也得到了明显的减少。

考虑稳定性的复合材料加筋板结构快速化铺层优化设计

张长兴, 段世慧

2018, 0(8): 42-47.

摘要 ( 123 )

PDF (2200KB) ( 290 )

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利用铺层参数和工程常用铺层库对复合材料加筋板的铺层顺序进行优化,在不改变结构重量的情况下提高结构的初始屈曲载荷。考虑到在优化过程中需进行稳定性分析计算,而频繁调用有限元计算时间较长,因此选取屈曲载荷计算值与试验值和有限元结果相近的基于能量法的复合材料加筋板稳定性快速分析方法。优化过程以铺层参数为设计变量,利用MATLAB优化工具箱实现铺层参数的优化;然后将优化结果与工程常用铺层库中各铺层的铺层参数进行对比,用最小二乘法选取相近的铺层顺序进行匹配;最后利用能量法和有限元方法验证优化后的加筋板屈曲载荷是否提高。算例表明,上述优化方法运算时间短、优化效率高,优化后的加筋板屈曲载荷提高了17%以上。

BFRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁抗弯性能试验研究

孔祥清, 于洋, 邢丽丽, 韩飞

2018, 0(8): 48-54.

摘要 ( 110 )

PDF (2604KB) ( 297 )

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设计制作10根梁,包括1根玄武岩纤维(BFRP)筋混凝土梁、1根钢筋混凝土梁以及8根BFRP/钢筋混合配筋混凝土梁。通过试验研究了高配筋率及低配筋率下不同配筋面积比对混合配筋混凝土梁受弯性能的影响,分析其承载力、破坏形态、变形性能、裂缝发展及延性性能,并与BFRP筋混凝土梁以及钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明,BFRP/钢筋混合配筋梁的破坏形式包括两种:高配筋率混合配筋梁钢筋屈服后受压区混凝土压碎;低配筋率混合配筋梁则在钢筋屈服后BFRP筋被拉断,梁发生脆性破坏。混合配筋混凝土梁荷载-挠度曲线表现出以试件开裂和钢筋屈服为转折点的三线性特征。混合配筋混凝土梁极限承载力稍低于BFRP筋混凝土梁,但高于钢筋混凝土梁,且随着配筋面积的增加而增加。混合配筋混凝土梁的延性系数均比钢筋混凝土梁大,且配筋率越低,配筋面积比越大,延性系数越高。要满足结构抗震设计规范要求,建议配筋面积比不小于0.6。

MCNTs对乙烯基酯树脂固化及其拉挤玻纤复合材料层间粘合性能影响

陈尚能, 申明霞, 陆凤玲, 曾少华

2018, 0(8): 55-60.

摘要 ( 105 )

PDF (2535KB) ( 260 )

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为提高乙烯基酯树脂(VE)拉挤复合材料层间剪切强度(ILSS),采用工业级多壁碳纳米管(MCNTs),在交变搅拌速度下将其分散在VE中,制备低成本含MCNTs的VE玻纤拉挤复合材料,并评估MCNTs自由基捕捉效应和拉挤速度对ILSS和热性能的影响。结果表明:适量补充引发剂总量可补偿由于MCNTs自由基捕捉效应而损失的自由基,提高含MCNTs拉挤复合材料的ILSS和玻璃化转变温度(T_g);与未加MCNTs的VE拉挤复合材料相比,添加0.1wt% MCNTs的VE拉挤复合材料ILSS提升了近20%,T_g提高了8.1 ℃;拉挤速度降低可提高VE的固化程度,进一步提高了复合材料的层间粘合性能和耐热性。MCNTs、VE和玻璃纤维三者之间通过化学或物理交联相互作用,改善了复合材料的界面结合性能。

低酯基密度乙烯基酯树脂耐碱性能研究

刘世强, 茆凌峰

2018, 0(8): 61-65.

摘要 ( 90 )

PDF (1396KB) ( 309 )

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对低酯基密度双酚A型乙烯基酯树脂(MFE 711型)在80 ℃碱溶液中的腐蚀性能进行研究,同等实验条件下与其他类型树脂耐腐蚀性能进行对比,碱液介质为质量分数为25%的氢氧化钠(NaOH)溶液。试验证明低酯基密度乙烯基酯树脂在高温条件下具有优异的耐碱性能,经25% NaOH浸泡600 d,弯曲强度保留率为75%,弯曲模量保留率为105%,质量保留率为98.6%,有效厚度变化率小于0.5%,巴柯尔硬度保留率为108%。

高精度复合材料天线反射器结构与热变形仿真优化分析

邢思远, 刘洪新, 彭志刚, 张玉生

2018, 0(8): 66-73.

摘要 ( 68 )

PDF (8052KB) ( 101 )

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针对卫星用高精度复合材料反射器,分别采用Hyperworks和Msc.Patran/Nastran有限元软件,对蜂窝夹层复合材料天线的强度、模态以及不同工况下的热稳定性进行了仿真分析,并采用Hyperworks对反射器进行了结构优化。通过仿真结果分析发现,采用两种软件的复合材料天线反射器的强度、模态和热变形数值解相近,说明Hyperworks和Msc.Patran/Nastran在复合材料结构和热变形仿真方面具有良好的通用性。同时,基频仿真分析结果与试验结果一致,说明仿真分析对于结构设计具有指导性。此外,对反射器结构优化使得结构重量降低了8.5%,基频提高了19.7%。

承插式复合材料杆塔的弯曲性能研究

王洪运, 孙海洋, 魏喜龙, 蔡金刚

2018, 0(8): 74-79.

摘要 ( 94 )

PDF (1536KB) ( 344 )

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提出一种利用复合材料插接中空锥形杆段连接而成的输电杆塔,应用于66 kV的电压等级。杆塔主承力梁由杆段插接而成,依据电力设计规范,设计了杆塔的结构形式,给出了变截面杆塔受点载荷下挠度的计算公式,利用层合理论分析了杆段复合材料的铺层角度、铺层厚度与杆段刚度之间的关系。采用有限元软件计算出杆段间插接长度对主梁弯曲性能的影响,通过小角度纤维缠绕工艺成型各插接杆段。开展杆塔安装导线、断线、风载等各工况真型试验。试验结果表明,插接形式的复合材料杆塔具有良好的抗弯性能和耐疲劳性能,可满足输电杆塔的使用要求。

ZB阻燃剂对环氧树脂复合材料性能的影响

赵志颖, 梁洪涛, 彭飞, 王少敏

2018, 0(8): 80-82.

摘要 ( 147 )

PDF (896KB) ( 308 )

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环氧树脂复合材料在航天航空等各领域中有着重要的应用,随着材料性能和需求的不断升级,提高复合材料的阻燃性能成为新的要求。向环氧树脂(EP)中添加ZB阻燃剂,利用极限氧指数法(GB/T 8924)及TG测试手段,发现在环氧树脂中添加ZB阻燃剂后,环氧树脂热分解温度提高,且阻燃剂含量越高,分解温度越高;分别以未添加和添加ZB阻燃剂的环氧树脂基体制备复合材料面板,进行力学性能测试和倾斜烧蚀实验,发现随着ZB阻燃剂加入量的增加,环氧复合材料阻燃性能提高,拉伸强度与压缩强度下降。

不同半圆切深度对飞机复合材料长桁压缩性能作用

张明星

2018, 0(8): 83-88.

摘要 ( 83 )

PDF (5274KB) ( 322 )

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制作了不同深度的中央翼半圆切长桁端头试验件,通过对轴向压缩测试,测得了整个试验件的载荷-应变曲线。试验结果表明:随着试验载荷的增加,试验件发生非线性变形,半圆切深度对破坏载荷影响显著,半圆切位置从紧固件处往内(半圆切深度变浅)移动,破坏载荷明显增大;从紧固件处往外(半圆切深度变大)移动,破坏载荷减小。长桁蒙皮区域最大应变出现在肋缘条和蒙皮连接的第一排钉附近。

吊装自成型GFRP弹性网壳结构分析与设计

向升, 邹乐, 程斌

2018, 0(8): 89-95.

摘要 ( 60 )

PDF (7206KB) ( 57 )

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吊装自成型GFRP弹性网壳结构以GFRP空心圆管为基本杆件,并利用吊装提升过程中自重作用下的弹性变形形成设计空间曲面。参考国内外相关设计规范及文献,对吊装自成型GFRP弹性网壳的结构分析与设计方法开展研究。建立网壳结构的杆系有限元模型,开展多种工况下的受力分析,并根据计算结果对结构的施工阶段、正常使用极限状态、承载能力极限状态以及结构稳定性进行验算。结果表明,该结构的位移、应力、极限承载力、稳定系数等性能指标均满足设计要求。

风电叶片气动性修复原则研究

袁渐超, 王国栋, 黄鹏超, 方红伟

2018, 0(8): 96-101.

摘要 ( 99 )

PDF (2386KB) ( 254 )

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简要阐述了复合材料叶片的发展状态、通用的片条理论和翼型的数值模拟方法等内容。运用二维流场分析的方法,对典型翼型截面的各个不同状态进行处理,得到不同状态下的应力云图和速度云图。根据各种状态下的受力情况及气体流速分布,重点探讨并推导出气动性修复原则的适用区域和基本要求,并且对复合材料叶片的修复原则前景进行了展望。

复合材料叶片包边粘接超声检测方法

高晓进, 周金帅

2018, 0(8): 102-105.

摘要 ( 112 )

PDF (2482KB) ( 322 )

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新型航空发动机风扇叶片采用了纤维增强树脂基复合材料叶片前缘与薄金属包边粘接的结构。针对叶片包边的材料组成和结构特点,分析了常用的超声穿透法和超声反射法对叶片包边粘接质量检测的适用性,提出了超声C扫穿透法和高分辨超声A扫对面反射法结合的检测方法。结果表明,采用提出的检测方法能够全部检出试样中5 mm×5 mm的Ⅰ界面和Ⅱ界面人工脱粘缺陷,且可有效地检测实际产品中的包边脱粘缺陷。

热固性树脂基复合材料的资源化再利用进展

张力, 张以河, 王雷, 田谋锋

2018, 0(8): 106-113.

摘要 ( 199 )

PDF (2018KB) ( 808 )

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随着热固性树脂基复合材料的应用越来越广泛,其废弃物也越来越多,废弃物的资源化再利用成为产业界与社会面临的新问题。对热固性树脂基复合材料的资源化再利用进展进行了综述。首先概述了物理回收法与能量回收法,并对化学回收法进行了重点介绍;然后列举并总结了热固性树脂基复合材料废弃物在航空、汽车、休闲娱乐、建筑等领域的再利用现状;最后,总结了该领域目前所存在的问题,并提出了应采取的对策。

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