复合材料科学与工程

齐佳旗, 段玥晨, 李成, 铁瑛

2019, 0(5): 5-11.

摘要 ( 112 )

PDF (6158KB) ( 402 )

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为了研究铝蜂窝夹层板在低速冲击下的动力学响应,通过有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA分析了半球头圆柱低速冲击铝蜂窝夹层板的损伤变形,建立了含蒙皮、蜂窝芯和胶层的铝蜂窝夹层板精细化仿真模型,通过与文献试验结果对比,验证了模型的准确性,并研究了铝蜂窝芯单元尺寸、高度以及金属、碳纤维增强复合材料(CFRP)两种蒙皮材料对蜂窝夹层板冲击响应的影响。结果表明:铝蜂窝芯单元尺寸越大,夹层板的刚度和稳定性越低;芯层高度对吸能的影响较小;胶层对吸能的影响不可忽略;相对于铝蒙皮,CFRP蒙皮铝蜂窝夹层板的吸能效果较好。

薄壁内衬复合材料发射筒结构设计与缠绕工艺研究

黄通, 郭保全, 栾成龙, 朱家萱

2019, 0(5): 12-17.

摘要 ( 195 )

PDF (1678KB) ( 302 )

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为了探究碳纤维增强复合材料在单兵筒式武器设计中的应用,开展了薄壁内衬碳纤维增强复合材料发射筒结构设计和工艺技术研究。首先,基于弹性理论和网格理论分别建立薄壁内衬层和碳纤维增强层厚度计算模型;其次,基于纤维增强复合材料损伤过程,分析了复合材料筒身的失效形式,讨论了采用不区分失效形式的Tsai-Wu强度准则和区分失效形式的Hashin强度准则的作用影响;最后,阐述了复合材料发射筒的缠绕工艺流程,重点分析了铺层方式和缠绕张力对纤维缠绕工艺的影响。研究结果可以为复合材料发射筒以及纤维增强复合材料圆筒结构的设计和加工提供参考。

纤维增强再生骨料混凝土力学性能试验及公式推导

方圣恩, 洪华山, 张培辉

2019, 0(5): 18-24.

摘要 ( 154 )

PDF (1450KB) ( 240 )

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选取不同纤维制备多种纤维增强再生骨料混凝土试块,测试各项力学性能指标如抗压、劈裂抗拉强度和弹性模量,并与普通混凝土对比;探讨了玄武岩纤维的最优体积掺量,基于试验结果建立玄武岩纤维增强再生骨料混凝土各项力学性能之间关系的换算公式,并推导了力学性能指标计算公式。试验结果表明,由于再生粗骨料的较高吸水率导致实际水灰比降低,使得相同配合比下的素再生骨料混凝土获得了比普通混凝土更高的抗压和劈裂抗拉强度;而掺加纤维并非最优体积掺量及存在散布不均会导致再生骨料混凝土抗压强度下降。此外,玄武岩纤维对再生骨料混凝土力学性能的提升较小,部分性能甚至降低,立方体抗压强度对应最优体积掺量为0.1%,其他力学指标为0.2%。所提出的玄武岩纤维再生混凝土各力学性能指标计算公式准确度较好,具有一定的参考价值。

湿法缠绕在线自动配胶系统研究

占冬至, 韩晓艳, 还大军, 肖军

2019, 0(5): 25-30.

摘要 ( 143 )

PDF (1473KB) ( 339 )

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针对现有湿法缠绕中间歇配胶-浸渍的适用期限制、固化剂含量与含胶量波动等问题,提出了缠绕自动化配胶的一种解决方案:以PLC控制两台蠕动泵输送树脂和固化剂至动态混合器的流速的方式来实现精确配比,以编码器采集的纤维出纱速度输入PLC控制总出胶量的方式来保证缠绕件含胶量;搭建在线自动化配胶试验系统。初步验证结果显示:系统可以实现在线自动连续配胶且没有适用期限制,不同缠绕速度下树脂与固化剂的理论值与实验值误差在±2%以内。

Z-pin增强复合材料层合板缺陷的红外检测技术研究

孟令民, 周克印, 王崇高, 李勇

2019, 0(5): 31-37.

摘要 ( 98 )

PDF (2394KB) ( 217 )

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针对Z-pin增强碳纤维复合材料层合板在制造中产生的典型缺陷,本文在分析其对温度场的作用的基础上,研究了Z-pin结构中缺陷热特征提取的方法。用有限元法分析了不同尺寸Z-pin植入后产生的富树脂区缺陷、不同深度的Z-pin断裂缺损缺陷、不同角度的Z-pin倾斜缺陷与可检测信息参数之间的关系,对富树脂区缺陷的检测进行了实验验证。研究结果表明:最大温差与最大对比度随着富树脂区面积的增大而增大,随着Z-pin缺损深度的增大而减小,随着Z-pin倾斜角度的增大而增大,增大或减小的程度均呈非线性关系;红外热像实验与仿真结果一致。研究结果为Z-pin增强复合材料层合板缺陷与损伤的红外热像检测与评估提供了理论依据与技术支持。

玻璃/亚麻纤维混杂复合材料的吸湿和动态粘弹性性能研究

许家宝, 周储伟

2019, 0(5): 38-43.

摘要 ( 181 )

PDF (1141KB) ( 252 )

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建立了玻璃纤维/亚麻纤维混杂复合材料层合板的吸湿模型以及湿动态粘弹性模型。采用一般的质量扩散模型分析混杂复合材料层合板的不同湿扩散特性,采用三元件模型模拟混杂复合材料层合板的湿粘弹性,模型参数通过热机械动力学分析(DMTA)实验测定,引入吸湿增重率-时间等效原理,分析不同吸湿量下混杂复合材料层合板的复刚度,研究发现在吸湿早期阶段,混杂复合材料层合板(GFFG)吸湿过程是非Fick的,混杂复合材料层合板(FGGF)满足Fick湿扩散定律,当M_t为0~0.037时,混杂复合材料层合板(_s)的储能抗弯刚度降低梯度比较大,在100 Hz以后,储能抗弯刚度增长放缓。本文所建立的模型能反映出试验观测到的规律。

不同制动速度对碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料摩擦性能的影响

许家宝, 周储伟

2019, 0(5): 44-50.

摘要 ( 92 )

PDF (9912KB) ( 67 )

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为了研究不同制动速度对碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,通过制备短切纤维(DQ)、平纹布铺层(TB)和2.5D深交联机织物(SJ)三种碳纤维预制体结构增强酚醛树脂基摩擦材料,测试了三种摩擦材料在不同制动速度下的摩擦系数、磨损率及制动时间,并结合微观表面形貌和磨屑形貌讨论了摩擦材料的摩擦磨损机理。结果表明:在相同的制动速度下,材料的摩擦系数基本表现为SJ＞TB＞DQ,深交联织物增强摩擦材料磨损量最低、制动时间最短。平纹布铺层和2.5D织物增强摩擦材料的摩擦系数受制动速度的变化影响较小,并稳定在0.35~0.45。随着制动速度的增加,短切纤维增强摩擦材料表面难以形成连续的摩擦膜,主要发生磨粒磨损;平纹布铺层和2.5D织物增强摩擦材料摩擦表面存在较完整的摩擦膜,磨损形式以粘着磨损为主。

碳纤维轴管与金属轴头过盈连接研究

石国成, 张锦光, 马祥禹, 彭赫

2019, 0(5): 51-55.

摘要 ( 112 )

PDF (4032KB) ( 224 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立碳纤维轴管与金属轴头过盈连接有限元模型,分别对过盈连接装配及扭转过程进行模拟仿真。研究了碳纤维轴管与金属轴头过盈连接装配及扭转过程中的接头应力、接触面应力的变化规律,并对金属轴头与碳纤维轴管进行失效判断。通过输出轴管与轴头过盈接触面应力值CPRESS,计算得出最大装配力和仿真失效扭矩。最后进行过盈装配和扭转实验,证明有限元分析方法的有效性。结果表明:装配完成后,过盈连接接头的结构应力最大值出现在轴管最内层纤维;扭转时过盈连接接头的结构应力最大值出现于金属轴头阶梯面倒角区域。

复合材料耐压壳环肋加强区的结构优化设计

杨卓懿, 王亚楠, 宋磊, 王俊俊

2019, 0(5): 56-61.

摘要 ( 140 )

PDF (5108KB) ( 419 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

复合材料能够大幅减轻耐压壳结构的质量,这对增加水下航行器的有效载荷,提高其续航力具有重要意义。基于复合材料可设计性的特点,考虑了耐压壳与加强筋结合的“倒T”形区域,研究了不同铺层数量耐压壳结构的强度失效模式和极限承载压力。以环肋区域、连接区域、覆盖区域的铺层数量为设计变量,用拉丁超立方试验设计方法在设计变量空间里选取样本点并进行有限元结构分析,得到各样本点的响应。利用径向基神经网络模型建立铺层数量与临界失稳压力、Tsai-Wu失效指数和重量的关系,结合多岛遗传算法,得到了复合材料环肋耐压壳的最优设计方案。结果表明,优化后的耐压壳满足设计要求,提高了耐压壳结构强度利用率,缩短了优化时间。

混杂纤维混凝土高温后力学性能研究

董玉洁, 刘华新, 李庆文, 王学志

2019, 0(5): 62-65.

摘要 ( 101 )

PDF (1162KB) ( 246 )

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为研究玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土高温后的力学性能,对不同玄武岩纤维长度(6 mm、12 mm、30 mm)及不同温度(20 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃)下的混杂纤维混凝土进行了立方体抗压及劈裂抗拉试验。结果表明:普通混凝土在200 ℃下抗压强度达到峰值,而混杂纤维混凝土的抗压强度则在400℃时达到最高,随后抗压强度逐渐减小;普通混凝土与纤维混凝土的劈裂抗拉强度均随温度升高而下降,600 ℃后,混凝土的劈裂抗拉强度残余率仅剩64.9%;当玄武岩纤维长度为12 mm时,混杂纤维混凝土的耐高温能力最强,在600 ℃时,其抗压强度、劈裂抗拉强度残余率分别为84.8%、68.6%。

玻璃钢排烟内筒制造与安装现场质量控制

董玉洁, 刘华新, 李庆文, 王学志

2019, 0(5): 66-70.

摘要 ( 124 )

PDF (1026KB) ( 296 )

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玻璃钢排烟内筒在新建燃煤电厂烟囱中的应用越来越广泛,其制造工艺与安装过程的现场质量控制备受关注。本文结合某新建2×660 MW燃煤电厂玻璃钢排烟内筒制造与安装现场质量控制,介绍了玻璃钢排烟内筒在制作过程中的关键技术,总结了制作合格的玻璃钢排烟内筒的质量控制技术要点,确保交付给用户的产品质量符合设计规定。

一种解决厚壁拉挤型材端面裂纹的方法及其机理分析

张翠妙, 宋金梅, 刘朋, 毛雅赛

2019, 0(5): 71-76.

摘要 ( 132 )

PDF (1139KB) ( 196 )

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为解决厚壁拉挤型材端面裂纹问题,本文设计了六组树脂配方,配方中固化剂用量保持不变,只改变低收缩剂用量。首先对不同配方在不同升温速率下进行DSC测试,经数据处理得出固化反应活化能及指前因子,并结合固化动力学分析固化反应,推断出最佳树脂配方;然后应用六组配方进行35 mm×20 mm实心矩形材的拉挤生产,通过产品端面比较得出了最佳树脂配方,同理论分析结果一致。通过理论分析与实践结合,得出厚壁拉挤型材端面裂纹产生的原因,并总结出一定的规律。结果表明,当低收缩剂加入量为25份,拉挤速度为0.12 m·min^-1,凝胶区温度为90 ℃,固化区温度为100 ℃时,生产的35 mm×20 mm实心矩形材力学性能优良,能够满足使用要求,并应用于拉挤生产实践中,可为拉挤型材的生产质量控制提供指导。

玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料界面表征方法的研究

姜焕英, 王大鹏, 王志明, 王庆昭

2019, 0(5): 77-82.

摘要 ( 115 )

PDF (5306KB) ( 316 )

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玻璃纤维复合材料的界面性能是影响复合材料整体力学性能的关键因素。本文提出利用剥离试验表征玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料界面粘结强度,并结合红外光谱、接触角、扫描电镜进行表征的方法。结果表明:实验室制备的玻璃片与玻璃纤维原丝浸润剂处理前后红外图谱对比发现,红外特征峰硅羟基峰位、定量分析结果基本一致;浸润剂处理前后的玻璃片接触角分别为41.01°、52.71°,表面疏水性明显增大,可以更好地被树脂浸润;剥离试验曲线与其他界面表征试验的脱粘趋势相似,亦符合剥离曲线的基本趋势,浸润剂处理前后玻璃片与聚乙烯树脂间的平均剥离力增大84.67%,浸润剂处理表面后,复合材料界面的粘结力明显增大。因此,将剥离试验用于探究玻璃纤维热塑性复合材料的界面粘结性能具有一定的可行性。

石墨烯微片/氰酸酯多功能树脂基体研究

高锋, 白刚, 肖伟, 杨帆

2019, 0(5): 83-88.

摘要 ( 74 )

PDF (4461KB) ( 223 )

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为了制备集导电、导热、低热膨胀系数于一体的功能型氰酸酯树脂,采用石墨烯微片(KNG-150)改性氰酸酯树脂,对改性前后的粘度、电导率、热导率、热膨胀系数、力学性能以及断面破坏形貌进行分析,并通过理论计算和试验测试综合研究了石墨烯微片对氰酸酯热膨胀系数的影响。结果表明:石墨烯微片可以综合提高氰酸酯的导电、导热性能,并降低氰酸酯的热膨胀系数,但是石墨烯微片的加入会造成氰酸酯粘度增大,同时降低其力学性能。

“碳纤维复合材料/DC04钢”胶接剪切性能研究

张然然, 陈伊宁, 熊建民, 苏一畅

2019, 0(5): 89-93.

摘要 ( 129 )

PDF (3276KB) ( 305 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文采用室温固化的高韧性环氧与丙烯酸酯两类结构胶对异种材料碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymers,简称“CFRP”)和钢进行连接,分析了这两类结构胶的剪切强度、失效模式及环境耐久性。结果表明:高韧性环氧结构胶固化后剪切强度为23.5 MPa,胶层呈现以内聚破坏为主兼有界面破坏的失效模式;高韧性丙烯酸酯结构胶固化后的剪切强度为12.83 MPa,失效模式以界面破坏为主。此外,本文还探究了电泳烘烤工序对两类结构胶的剪切强度及失效模式的影响。环氧结构胶电泳烘烤后剪切强度为7.28 MPa,较电泳前降低69%,失效模式为胶层内聚破坏;丙烯酸酯结构胶电泳烘烤后剪切强度为15.65 MPa,较电泳前提高22%,破坏模式兼有胶层内聚破坏和基材破坏,可见电泳烘烤工序对不同类结构胶的剪切强度有不同的影响。因此,当CFRP件需随钢制车身电泳烘烤时,丙烯酸酯结构胶可满足剪切强度的要求。

石英纤维增强二氧化硅雷达罩吸潮机理研究及影响分析

王传兵, 那伟, 庄凌, 陈风波

2019, 0(5): 94-101.

摘要 ( 102 )

PDF (3725KB) ( 337 )

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首先从石英纤维增强二氧化硅雷达罩的制备工艺出发,分析石英纤维增强二氧化硅雷达罩的吸潮因素;然后利用介质平板透波理论分析石英纤维增强二氧化硅雷达罩吸潮后透波率与材料介电性能变化的关系;采用物理光学法对正切卵形石英纤维增强二氧化硅雷达罩的透波性能进行仿真计算,得出石英纤维增强二氧化硅雷达罩吸潮后介电损耗对透波有明显影响的结论;加工石英纤维增强二氧化硅雷达罩,放置于室温环境下,观察其吸潮规律,利用雷达导引头天线对石英纤维增强二氧化硅雷达罩的透波性能进行测试,验证了石英纤维增强二氧化硅雷达罩吸潮后透波率整体下降的结论;最后,对石英纤维增强二氧化硅雷达罩的防潮方式进行初步探讨,提出几种防潮方案。

低密度隔热材料的性能研究

宋寒, 陈明, 温鹏, 杨国涛

2019, 0(5): 102-105.

摘要 ( 105 )

PDF (2287KB) ( 265 )

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通过调整空心微珠的含量制备了六种适合缠绕成型的低密度预浸布,并利用重叠缠绕、热压固化的方式制备了相应的低密度隔热材料,研究了空心微珠含量对低密度预浸布指标的影响,同时对相应低密度隔热材料的孔隙率、微观结构、力学性能、热学性能进行了系统研究。预浸布指标测试结果表明,随着空心微珠含量的提高,树脂糊的粘度逐渐增大,预浸布的树脂含量测量值离散更大。孔隙率结果表明,随着空心微珠含量的提高,低密度隔热材料的孔隙率明显提高。微观形貌结果表明,未发现明显的空心微珠聚集现象,随着空心微珠含量的提高,材料表面出现了明显的孔隙。力学性能测试表明,随着空心微珠含量的提高,材料的母向和周向拉伸强度、压缩强度逐渐降低。热学性能结果表明,导热系数、热扩散系数随着空心微珠含量的提高逐渐降低,材料的隔热性能更好。

芳纶无纬布防刺性能初探

艾青松, 虎龙, 吴中伟, 陈虹

2019, 0(5): 106-109.

摘要 ( 113 )

PDF (1108KB) ( 247 )

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针对目前国内外对芳纶无纬布防刺性能研究较少的情况,以及目前防刺服柔软度较差的事实,从织造芳纶无纬布的水性胶粘剂的胶膜本身耐穿刺性能入手,并对无纬布进行后期处理,开创性地将芳纶无纬布应用于防刺领域。确定水性胶粘剂C具有一定硬度并且与芳纶纤维匹配较好,为防刺用芳纶无纬布的胶粘剂配方;经过后期处理后,通过准静态穿刺性能测定不同胶含量的单层无纬布刺穿力,确定树脂含量为24%~27%时,芳纶无纬布具有最优的刺穿力,此时无纬布面密度为225 g/m²;通过动态穿刺性能测试确定,将芳纶无纬布叠加至34层(单层面密度为225 g/m²),加一层4.5 mm厚EVA泡沫(面密度为200 g/m²)作为缓冲层,其防刺性能在-20 ℃~55 ℃范围内均满足GA 68—2008标准的测试要求,此时防护层面密度(含缓冲层)仅为7.85 kg/m²,且具有较高的柔软度,可任意角度折叠180°。

碳纤维增强高性能热塑性复合材料界面改性的研究进展

邢开, 徐海兵, 颜春, 陈刚

2019, 0(5): 110-115.

摘要 ( 127 )

PDF (2180KB) ( 469 )

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碳纤维增强高性能热塑性复合材料因其卓越的机械性能、易加工、可回收再利用等优势在航空航天、国防军工、轨道交通等尖端领域应用广泛。界面是碳纤维增强高性能热塑性复合材料的薄弱环节,是影响其性能的关键因素之一。复合材料界面改性研究一直备受重视。本文总结了碳纤维增强高性能热塑性复合材料界面性能的影响因素,并重点介绍了碳纤维增强高性能热塑性复合材料界面改性的原理和方法。

热塑性复合材料在线成型设备研究进展

秦滢杰, 韩建平, 赵凯

2019, 0(5): 116-120.

摘要 ( 109 )

PDF (1387KB) ( 232 )

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热压罐成型技术已经成为制备超大尺寸航天飞行器的技术瓶颈,在线成型技术成为非热压罐成型技术的研究重点。然而,在线成型技术制备的热塑性复合材料性能只能达到传统热压罐成型技术的80%。消除与热压罐成型复合材料性能20%差距的关键在于突破在线成型设备中热辅助铺放头的设计制造技术,从工艺装备方面消除或降低影响热塑性复合材料性能的不利因素。本文介绍了在线成型设备的研究和发展过程,比较了两种主流热辅助铺放头即燃气辅助铺放头和激光辅助铺放头的优势和劣势。结合前期的实验结果,提出了激光辅助铺放头的技术指标,并对国内在线成型设备的发展前景进行了展望。

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