复合材料科学与工程

唐庆如, 包正弢, 陈淑仙

2019, 0(4): 5-11.

摘要 ( 122 )

PDF (1525KB) ( 278 )

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为了降低热固性树脂基复合材料在热补仪加热固化过程中的峰值温度以及优化其温度场分布,提出了在复合材料层合板上表面分别采用定温、对流换热边界条件和在层合板上表面放置铝制模具三种基于热边界条件的优化方法。通过有限元方法计算了上述三种情况下层合板的温度场和固化度场,并和已有方法做了对比。计算结果表明:相较于已有方法,采用以上优化方法均可以降低层合板的峰值温度并改善其温度场分布;层合板上表面定温时,其峰值温度降低最多;上表面对流换热时,峰值温度降低最少;上表面放置铝制模具时,铝的增强导热性能可以使层合板在平行于模具平面内的温度梯度较为均匀。

基于非线性超声波的疲劳损伤检测试验研究

张发友, 李成, 铁瑛, 尹振华

2019, 0(4): 12-16.

摘要 ( 93 )

PDF (1333KB) ( 245 )

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对完整铝板、含孔铝板以及用复合材料补片修补后的铝板分别进行疲劳试验和非线性超声波检测试验,提取三组试件不同疲劳周期下的基波幅值和二次谐波幅值,得到其相对二阶超声非线性系数,并拟合出相对二阶超声非线性系数随疲劳周期变化的曲线图,以研究相对二阶超声非线性系数与疲劳损伤过程的对应关系。结果表明:随着疲劳周期增加,三组试件的相对二阶超声非线性系数均呈现先缓慢上升,然后快速上升并到达峰值,最后下降的趋势,这与疲劳损伤过程中位错和裂纹的产生及扩展过程相一致;同时发现:孔损伤会加剧微裂纹向宏观裂纹的过渡,而用复合材料补片修补孔损伤可减缓裂纹的扩展。

预应力CFRP板粘结H型钢梁加固系数及参数分析

董事尔, 马猛亮, 王毅恒

2019, 0(4): 17-24.

摘要 ( 102 )

PDF (942KB) ( 263 )

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为研究各设计参数对预应力CFRP板加固H型钢梁刚度的影响,采用有限元软件ABAQUS对多组构件进行四点加载作用下的计算,分析CFRP板的长度变化、厚度变化、宽度变化、弹性模量变化以及预应力水平变化对加固性能的影响。在此基础上引入加固系数,结合简支梁跨中挠度计算公式给出适用于预应力CFRP板加固钢梁的计算公式,并将加固系数简化公式计算结果与有限元计算结果进行对比。研究结果表明:CFRP板的长度、宽度、厚度以及预应力大小对加固钢梁的刚度影响显著,CFRP板弹性模量对钢梁刚度的影响较小,且给出的加固系数简化公式具有一定的适用性和准确性。

原位聚合制备热塑性环氧树脂及其复合材料性能的研究

邹俊杰, 王钧, 陈晞

2019, 0(4): 25-30.

摘要 ( 219 )

PDF (1120KB) ( 287 )

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实验制备了一种新型的热塑性环氧树脂基复合材料,该热塑性聚合物基复合材料是由环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、一元胺的混合物浸渍增强材料并原位聚合制得的。通过将聚合好的树脂浸入有机溶剂中,发现树脂溶解于溶剂中,表明该树脂基体没有交联。利用示差扫描量热法(DSC)、红外光谱法(FTIR)研究了树脂体系的聚合制度,利用DSC和同步热分析仪研究了该体系的耐热性。采用电子万能材料实验机研究了复合材料的力学性能。结果表明,最佳的聚合制度为70 ℃/1 h+120 ℃/2 h+150 ℃/5 h+170 ℃/2 h。双马来酰亚胺树脂的加入能有效改善体系的玻璃化转变温度(T_g)。当其含量达到10%时,T_g达到90 ℃,与不添加双马来酰亚胺的树脂体系相比,玻璃化转变温度提高了36%。

高应力水平下T700/MTM46复合材料层合板拉-拉疲劳性能研究

王育虔, 刘展, 杜金强

2019, 0(4): 31-36.

摘要 ( 128 )

PDF (5990KB) ( 229 )

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本文研究了T700/MTM46复合材料层合板在高应力水平下的拉-拉疲劳性能。首先开展了层合板静拉伸试验研究,得到了静拉伸强度、模量和破坏应变,各项静力性能指标分散性小,静力破坏模式以小范围内的脆性断裂为主。然后根据得到的静强度确定疲劳应力水平,开展层合板拉-拉疲劳性能试验研究,各应力水平下疲劳寿命分散性大,且并没有随应力水平高低表现出规律性;疲劳破坏模式以分层失效为主,几乎整个工作段长度内都出现了严重的分层现象;疲劳应力水平越高,破坏时刚度下降程度越小,且归一化刚度退化曲线表现出“快-慢-快”三阶段性;疲劳过程中损伤起源于90°层,且在疲劳过程中该层内的损伤扩展最为严重,0°层的损伤出现最晚,但是0°层纤维断裂预示着即将发生灾难性的疲劳破坏。

××环氧胶黏剂用于某航空发动机外涵机匣内表面修复的可行性研究

游彦宇, 吴茂庆, 赵红旗, 李占山

2019, 0(4): 37-42.

摘要 ( 120 )

PDF (3284KB) ( 233 )

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航空发动机复合材料外涵机匣内表面工作温度高,且受复杂环境因素影响,是当前外涵机匣修理的难点。本文主要以××环氧树脂为修补胶黏剂,制备了0.5 mm损伤深度的典型试验件,通过典型修补试验件的耐温性能、抗振动性能及力学性能,对××环氧胶黏剂用于外涵机匣内表面修复的可行性进行了研究。研究结果表明:试验件在230 ℃及280 ℃的高温环境下未发生明显变化,满足外涵机匣耐温试验要求;振动实验中各应变点的应变值平均值均小于50 με,试验后胶黏剂与复合材料保持良好的胶接状态;修补后试验件的拉伸强度与未损伤试样的强度相当,疲劳强度略有降低,但均满足外涵机匣对于静力及疲劳强度的要求。

石墨烯/聚酰亚胺薄膜的制备及结构、性能分析

赵斯梅

2019, 0(4): 43-46.

摘要 ( 121 )

PDF (2080KB) ( 221 )

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石墨烯无机填充物以原位聚合方式与聚酰胺酸基体进行聚合反应,在相界面处形成化学键,采用逐步升温固化制得聚酰亚胺复合薄膜。通过对不同填充物含量复合薄膜的结构、微观形貌、热稳定性、力学性能及导电性进行实验分析,结果表明:当w(石墨烯)=1.0%时,复合PI薄膜具有优异的综合性能。

风电叶片气热抗冰系统理论设计及工程应用

侯彬彬, 杨文涛, 周俊杰

2019, 0(4): 47-51.

摘要 ( 124 )

PDF (1754KB) ( 321 )

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针对MW级风电叶片气热抗冰技术建立了加热融冰过程中的热力学模型,对复合材料叶片表面融冰时间进行了计算,其结果与有限元仿真计算结果误差小于7%。对风场服役的2 MW机型叶片进行融冰实验,结果表明,气热抗冰系统在环境温度为-10 ℃的条件下可以有效融冰/防冰。

纤维增强塑料排烟内筒高温条件下的性能研究

王涛, 张海鹏, 侯锐钢, 何智超

2019, 0(4): 52-57.

摘要 ( 79 )

PDF (5732KB) ( 270 )

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纤维增强塑料(FRP)排烟内筒被广泛应用于新建燃煤电厂中。本文根据燃煤电厂实际温度工况设计实验,研究了FRP排烟内筒分别在90 ℃、135 ℃、180 ℃高温条件下作用30 d、60 d、90 d后的外观、质量、含胶量、力学性能的变化。并通过对比乙烯基酯树脂在不同温度条件下的力学性能和扫描电子显微镜(SEM)对FRP排烟内筒试样截面的分析结果,着重讨论了FRP排烟内筒高温下的力学性能随时间的变化趋势和原因。研究表明:随着温度的升高,FRP排烟内筒颜色依次加深,180 ℃高温条件下60 d后试样几乎炭化,呈黑色;高温条件下质量和含胶量的变化是树脂基体的质量变化引起的,最终导致质量和含胶量随着周期变长和温度的升高而减小;力学性能随着时间的变化趋势和乙烯基酯树脂相似,随着时间增加呈现先上升后下降的趋势,在玻璃化转变温度T_g左右的135 ℃温度下60 d后,力学性能最好。在远高于玻璃化转变温度T_g的180 ℃温度下,材料力学性能后期下降明显,但作用90 d后仍有80%左右的强度保留率。

浅议PFMEA在海上风电叶片粘接工艺中的应用

赵立岩, 刘妍, 许有木, 姜悦

2019, 0(4): 58-61.

摘要 ( 94 )

PDF (559KB) ( 225 )

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在海上风电叶片产品设计开发早期,充分识别潜在失效原因并制定验证相应防范措施,是开发风电叶片产品的重要措施。本文介绍了PFMEA应用与海上风电叶片设计开发的实例,通过分析潜在失效原因,发现粘接胶涂胶尺寸设计与界面处理方式是风电叶片后缘粘接是否出现空腔、气泡等缺陷的关键影响因素,并通过NDT无损探伤检测,验证粘接胶涂胶工艺设计的可行性,有效控制产品开发的风险。

基于小样本物理测试的复合材料B基准许用值分析计算

赵晖, 张立同, 张家鑫

2019, 0(4): 62-66.

摘要 ( 141 )

PDF (4798KB) ( 359 )

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复合材料由于其复杂性及工艺和制造缺陷导致材料表现出极大的分散性,对其进行研究十分困难。目前的传统方法依赖大量试验,对人力、时间、材料成本要求极高。本文采用仿真方法,计算研究了实际工程中使用的一种碳纤维增强树脂基复合材料的纵向拉伸、横向拉伸、纵向压缩、横向压缩、面内剪切等5种力学性能的B基准许用值并分析了试验与计算之间的差异。对试验计算与仿真结果误差较大的纵向压缩强度及试验未计算出结果的横向拉伸强度进行了重点分析。计算误差控制在5%,且节省了成本。

复合材料捻子条自动化制造工艺研究

闫超, 安慎慎, 苏佳智

2019, 0(4): 67-70.

摘要 ( 140 )

PDF (2812KB) ( 365 )

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捻子条是复合材料梁肋三角区必不可少的填充材料。为了优化捻子条的制造工艺,提高制造质量,提高自动化程度,开展了材料构型、成型温度、材料填充数量等工艺参数的研究,探索不同的工艺参数对捻子条制造质量的影响。结果表明:材料填充数量为102%,拉挤成型温度为100 ℃,材料构型选取6.35 mm×6层,可以保证捻子条的尺寸稳定、外观质量好。针对帽型长桁加筋壁板的捻子条,可以采用自动铺丝+拉挤成型工艺制造捻子条。采用优化后的捻子条可以保证蒙皮和帽型长桁的装配到位,固化后壁板三角区光滑过渡,质量好。

2-乙基-4-甲基咪唑促进环氧-酸酐体系胶液结晶问题研究

芦武刚, 吴肖萍

2019, 0(4): 71-74.

摘要 ( 101 )

PDF (601KB) ( 230 )

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在一种自主研制的环氧树脂胶液使用过程中发现,胶桶内壁液面处有时会出现一层具有粘性的半固体状物质(称之为结晶)。为了解决胶液结晶问题,根据文献调研情况,开展了相关实验研究。实验研究结果表明:甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)与2-乙基-4-甲基咪唑(2,4-EMI)发生了胺解反应,生成了一种酰胺和羧酸,因其不溶于树脂体系而导致结晶;调整配制工艺,将2,4-EMI先加入环氧树脂中,并初步搅拌混合,之后再加入MeTHPA和助剂,混合均匀,则可以有效避免结晶现象的出现。

风云四号卫星天线罩制备及性能研究

逄增凯, 李耘飞, 刘轶铎, 刘莉莉

2019, 0(4): 75-78.

摘要 ( 93 )

PDF (2071KB) ( 222 )

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主要介绍了一种风云四号卫星用大尺寸、高性能雷达天线罩。该天线罩为泡沫夹层结构,选用无碱玻纤布、不饱和聚酯树脂、聚氨酯泡沫和表面涂层体系,采用手糊配合真空灌注工艺常温固化成型,对其结构在67 m/s风载下进行结构分析,最大形变为50 mm。泡沫与蒙皮成型前,对泡沫进行表面处理,提高两者的界面粘接性能。该方法效率高、表面质量好、力学性能优良,平拉强度为0.35 MPa,弯曲强度为28.3 MPa,剪切强度为320 kPa,侧压强度为60.8 MPa;电性能优异,L/S/C波段介电损耗介于0.1 dB~0.6 dB之间。

电子束固化碳纤维缠绕复合材料性能研究

张世杰, 王汝敏, 包建文, 李晔

2019, 0(4): 79-83.

摘要 ( 99 )

PDF (2755KB) ( 308 )

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结合压力容器缠绕成型工艺,研究了电子束固化树脂体系的工艺性能、固化参数及力、热性能;在国内首次采用电子束固化技术制备了T700碳纤维复合材料压力容器并通过水压试验验证。试验结果表明:电子束固化环氧体系(EB-1)具有较好的工艺性能和力学性能,耐热性能优良,达到191.4 ℃;采用电子束固化工艺制备的T700碳纤维/EB-1复合材料NOL环的拉伸强度为2020 MPa,层间剪切强度为68.9 MPa;制备的Φ150 mm压力容器的特性系数PV/W_c为44 km,达到了目前同类热固化复合材料的水平,固化周期仅为热固化复合材料的1/15。

玻璃钢内胆打磨系统的设计与分析

田会方, 丁皓, 张智勇

2019, 0(4): 84-89.

摘要 ( 95 )

PDF (3590KB) ( 183 )

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针对目前应用广泛的玻璃钢罐体设计了打磨系统,对此系统进行相应的结构介绍。为了避免打磨系统在工作过程中出现部件变形过大的情况,使用有限元软件Workbench对打磨车架进行静力学分析,同时针对在打磨过程中可能出现的共振、疲劳和其他受迫振动引起的危害,对打磨系统主要部件进行模态分析,验证设计的可实施性。在打磨过程中,由于打磨速度、工作压力等参数对打磨的磨削量有明显影响,所以基于Preston方程进行表面材料去除量分析,为打磨工艺的参数设置提供理论支持。

玻璃纤维增强聚合物锚杆研究进展

郑晨, 白晓宇, 张明义, 匡政

2019, 0(4): 90-99.

摘要 ( 128 )

PDF (994KB) ( 312 )

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岩土锚固是土木工程中一个非常重要的领域,锚杆作为其核心结构,受到了极大的关注。玻璃纤维增强聚合物(GFRP)锚杆与传统钢筋锚杆相比,具有更加出色的抗拉强度、不易锈蚀和介电性好等优点,在一定程度上能够节约工程成本,在越来越多的工程中得到了应用。本文对GFRP锚杆的发展历史、力学性能及耐久性等相关研究进程进行梳理和总结,讨论了GFRP锚杆研究和应用中存在的不足,并对GFRP锚杆未来的发展提出建议。

自感应导电聚合物基复合材料研究进展

赵岳, 颜春, 陈刚, 陈明达

2019, 0(4): 100-105.

摘要 ( 133 )

PDF (467KB) ( 290 )

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聚合物基复合材料综合性能优异,其应用与日俱增。然而,复合材料内部的裂纹或缺陷易导致材料失效,因此对材料早期的损坏提出预警并对其服役过程进行实时监测,可有效提高材料的使用安全性。本文介绍了导电聚合物基复合材料的自感应监测原理,重点分析了不同增强体聚合物基复合材料的研究进展,并对聚合物基复合材料原位监测的研究方向进行了展望。

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