当期目录

2019年 第0卷 第12期    刊出日期：2019-12-28

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基础研究

椭圆形GFRP管高强混凝土短柱轴压力学性能试验研究

王言磊, 张祎男, 刘青, 许清风

2019, 0(12):  5-10. 

摘要 ( 114 )   PDF (2446KB) ( 178 )  

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为了调查椭圆形GFRP管高强混凝土短柱的轴压力学性能,验证Teng et al.2016模型(FRP约束椭圆形混凝土应力-应变关系模型)的适用性,通过4组8个椭圆形GFRP管高强混凝土短柱试件的单调轴压试验,来考察4种截面长短轴之比对其轴压力学性能的影响,并将试验结果与Teng et al.2016模型进行对比分析。试验结果表明:椭圆形试件的破坏模式均为椭圆形截面长轴顶点附近GFRP管发生环向断裂;椭圆形GFRP管的约束可显著提升核心混凝土的抗压强度与极限轴向应变,且抗压强度和极限轴向应变随截面长短轴之比的增大而降低;Teng et al.2016模型与本文试验结果吻合得较好,表明该模型对椭圆形GFRP管高强混凝土短柱试件依然适用。

涤纶高密双轴向经编增强PVC膜材粘弹性本构关系涤纶高密双轴向经编增强PVC膜材粘弹性本构关系

侯佳佳, 陈南梁, 蒋金华, 刘译雯

2019, 0(12):  11-17. 

摘要 ( 87 )   PDF (1515KB) ( 140 )  

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对涤纶高密双轴向经编增强PVC膜材开展蠕变和应力松弛试验,探究拉伸速率和初始应力水平对材料粘弹性行为的作用规律,得到了松弛模量和蠕变柔量并绘制了其随时间变化的曲线。试验结果表明:涤纶高密双轴向经编增强PVC膜材存在典型的粘弹性行为;膜材在试验时长内已达到稳态松弛阶段;应力水平对PVC膜材的静态粘弹性有显著影响,尤其是蠕变现象随着初始应力水平的增大而出现堆积,而拉伸速率对试样的应力松弛行为起一定作用,但并不明显。通过比较可知,运用金属材料的时效蠕变与时效应力松弛关系原理推导的涤纶高密双轴向经编增强PVC膜材的蠕变和应力松弛长期转化关系式与试验结果存在偏差。

微缺陷风力机叶片复合材料的疲劳损伤及疲劳寿命研究

王琳琳, 陈长征, 周勃, 康爽

2019, 0(12):  18-23. 

摘要 ( 128 )   PDF (2310KB) ( 209 )  

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对含微缺陷叶片试件进行疲劳试验,利用红外热像技术监测试件表面温度变化,观测红外热像图变化,研究试件受力过程损伤演化及疲劳寿命,研究叶片试件疲劳试验中熵产和累积总熵随疲劳寿命的变化。结果发现,叶片试件表面温度变化有快速升温、平稳上升、急剧上升,分别约占整个疲劳寿命的10%、70%和20%。观察红外热像图有微缺陷位置最先出现明亮热源,温度急剧上升时热源范围随着时间的变化而增大。发现试件累积总熵产随疲劳寿命的变化规律同温度随疲劳寿命的变化相同;试件的累积总熵随疲劳寿命呈现非线性变化。通过试验计算得出叶片试件的疲劳断裂熵值是独立参数的固定值。基于热力学疲劳断裂熵作为失效准则,建立预测叶片复合材料疲劳寿命的新模型。

基于光纤光栅的碳纤维复合材料高温振动性能的研究

夏萍, 杨海如, 谭跃刚

2019, 0(12):  24-28. 

摘要 ( 95 )   PDF (2000KB) ( 204 )  

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采用光纤布拉格光栅(FBG)作为动应变传感器,基于实验应变模态测试方法,研究了碳纤维复合材料(CFRP)板从室温(25 ℃)到190 ℃范围内的振动特性。运用有限元法分析了室温下CFRP悬臂梁的一、二阶振动频率和振型;采用脉冲锤敲击对CFRP悬臂梁在不同温度下进行了弯曲振动测试,并通过快速傅里叶变换(FFT)得到碳纤维板在每个温度下的一、二阶固有频率。结果表明:随着温度的升高,碳纤维复合材料板的一、二阶频率下降,表明其刚度下降,并较未加热之前发生了永久变化。

高吸水树脂玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究

李曈, 张晓东, 范锦泽, 陈晨

2019, 0(12):  29-33. 

摘要 ( 61 )   PDF (2973KB) ( 154 )  

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为了研究高吸水树脂(SAP)玄武岩纤维混凝土的力学性能,对不同玄武岩纤维长度(6 mm、18 mm、30 mm)、不同玄武岩纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%)以及不同SAP掺量(0.1%、0.2%、0.3%)的SAP玄武岩纤维混凝土进行了立方体抗压、劈裂抗拉、抗折试验。试验结果表明:掺入长为18 mm,掺量为0.1%的玄武岩纤维对混凝土抗压强度的提高效果较好,提高率为9.67%;掺入长为18 mm,掺量为0.2%的玄武岩纤维对混凝土抗拉、抗折性能的增强效果较为显著,相比于素混凝土分别提高了20.82%、18.04%。对于SAP玄武岩纤维混凝土,随着SAP掺量的增加,其抗压、抗拉、抗折强度均呈先上升后下降的趋势。基于试验数据,得出了玄武岩纤维的最佳长度、掺量以及SAP的最佳掺量。

胶接双悬臂梁极限载荷影响因素分析

李占营, 鲁晓锋, 杨苗苑

2019, 0(12):  34-38. 

摘要 ( 104 )   PDF (2370KB) ( 289 )  

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为了更加精确地计算风电叶片厚胶层胶接接头的极限承载能力,给出了一种基于虚拟裂纹闭合技术的胶接接头有限元建模方法,研究了粘接胶厚度和铺层结构弯曲刚度对胶接双悬臂梁极限承载能力的影响。首先,给出了基于虚拟裂纹闭合技术的胶接接头极限载荷计算的有限元建模方法;然后,建立了胶接双悬臂梁试验件的有限元模型,并预测了剥离载荷作用下的极限承载能力;最后,基于胶接双悬臂梁的有限元模型,计算了不同粘接胶厚度和铺层刚度下的双悬臂梁极限承载能力。研究结果表明:胶接接头开裂行为可以采用虚拟裂纹闭合法进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好;随着粘接胶厚度的增加,胶接结构承载能力增加;随着铺层结构弯曲刚度的增加,胶接结构极限承载能力增加;基于虚拟裂纹闭合法的胶接接头建模方法,可以用于风电叶片厚胶层胶接接头的失效模拟。

聚合物基复合材料变参蠕变模型

梁娜, 朱四荣

2019, 0(12):  39-42. 

摘要 ( 103 )   PDF (1075KB) ( 224 )  

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将标准三元件黏弹模型中的黏壶扩展为广义黏壶,认为黏滞系数是时间的函数,构造出一种变参三元件模型,求解了其本构方程及蠕变应变。运用最小二乘原理,建立了该模型参数的确定方法。理论分析了该模型适合描述聚合物基复合材料前两个阶段的蠕变行为。开展了连续纤维增强FRP单向板在应力水平为30%恒定荷载下的蠕变实验,并通过实验数据的分析,验证了该模型的正确性。

GFRP管材截面扁化现象的研究

耿帅

2019, 0(12):  43-46. 

摘要 ( 104 )   PDF (1040KB) ( 134 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用经典结构力学的方法对纯弯曲下管材的截面扁化现象进行研究,对截面扁化变形公式进行推导,并对其进行有限元分析验证。推导了纯弯曲下管材横向和纵向最大弯曲应力之间的关系,用以指导GFRP管材的设计,以保证其纵向抗弯强度可以得到充分利用。

RTM多孔注射成型注射参数对树脂流动的影响规律研究

向琳彤, 赵安安, 于飞, 鲁世红

2019, 0(12):  47-53. 

摘要 ( 66 )   PDF (3607KB) ( 234 )  

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采用树脂传递模塑工艺成型结构件时,为了提高制造效率,往往采用多注射口的方式进行成型。多注射口成型过程中注射口和排气口的位置、注射压力等工艺参数的选择会影响树脂的流动,进而影响最终成型件的质量。当前大型结构件以及复杂结构件往往用到多注射口成型方式,需要获得多注射口工艺注射参数对树脂流动的影响。利用Fluent仿真软件进行了数值模拟,采用控制变量法,研究了多注射口的数量、相邻注射口之间的距离及注射压力对树脂流动的影响,得到了上述三个注射参数与熔接痕长度和充模时间之间的关系。研究结果表明:充模时间和注射口的数量、相邻注射口之间的距离以及注射压力均成反比;熔接痕长度与注射口数量、注射口之间的距离成正比,与注射压力无关。

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

YUNUSA Mujaheed, 祖磊, TAPA Arnauld Robert

2019, 0(12):  54-61. 

摘要 ( 102 )   PDF (7677KB) ( 205 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。

应用研究

钻削参数对碳纤维复合材料微孔钻削的影响

肇启迪, 王共冬, 王萌, 李映池

2019, 0(12):  62-66. 

摘要 ( 102 )   PDF (5139KB) ( 214 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

在碳纤维复合材料的制孔加工中,微孔加工是一项重要的加工技术。微孔加工中的分层现象主要是由入口钻头的剥落效应和出口的推挤效应引起的。孔壁损伤主要由钻削温度过高导致层间树脂软化、粘刀,影响刀具切削质量。本文通过实验研究了不同主轴转速和进给速度对直径为1 mm的碳纤维复合材料孔的轴向力和钻削温度的影响,并用扫描电镜(SEM)观察了微孔质量。结果表明,控制主轴转速和进给速度可以有效地降低轴向力和层间温度,提高成孔质量。

多孔纤维填充芳纶蜂窝夹层结构吸音隔音性能研究

肖红波, 瞿航, 蓝国勇

2019, 0(12):  67-71. 

摘要 ( 129 )   PDF (2105KB) ( 216 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了提高芳纶蜂窝夹层复合材料的吸音降噪性能,在蜂窝夹芯中填充PET多孔纤维和PP纤维混合吸音材料,研究了蜂窝高度、多孔纤维填充量、蒙皮开微孔等对蜂窝夹层结构吸音系数(SAC)和传声损失(STL)的影响。结果表明:填充吸音棉、蒙皮开孔可有效改善复合材料夹层结构的吸音性能。在中高频段(0.8 kH～2.5 kHz)内,当纤维材料在蜂窝夹层结构中的填充量为300 g/m²时,SAC的峰值为0.84,提高了0.16,但纤维材料对结构STL的影响较小;蒙皮开微孔,有利于发挥微穿孔板的吸声作用和多孔纤维的吸音效果,SAC大幅度提高。

基于MF/Malek法的FM94胶黏剂固化反应动力学建模

裴石凯, 李毅波, 杨远程, 李剑

2019, 0(12):  72-76. 

摘要 ( 114 )   PDF (1278KB) ( 230 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用非等温差示扫描量热法(DSC)对环氧树脂FM94胶黏剂的固化动力学进行了研究。基于Model-Free法,分析了不同升温速率下的DSC曲线,解释了FM94胶黏剂的固化机理,求解了反应活化能E值,并通过Malek法确定了固化机理函数为自催化模型。结果表明,采用Model-Free法与Malek法结合获得的自催化模型与实验数据吻合得较好,求解得到的模型在升温速率为2 K/min~10 K/min下能较为准确地描述环氧树脂FM94胶黏剂的固化反应过程。

纤维类型对砂浆收缩性能的影响

程从密, 何健辉, 何娟, 张亚芳

2019, 0(12):  77-82. 

摘要 ( 95 )   PDF (5338KB) ( 187 )  

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研究了玻璃纤维、钢纤维、玄武岩纤维和木质素纤维对砂浆自收缩、干缩性能的影响。对不同纤维增强砂浆的自收缩、干燥收缩和干燥收缩后湿胀规律进行研究,结果表明,玻璃纤维抑制砂浆收缩能力和干缩湿胀稳定性在几种纤维中都是最好的。木质素纤维对砂浆早期收缩有较好的抑制效果,但对砂浆长期收缩的抑制能力是几种纤维中最差的。各纤维砂浆90 d干缩率大小规律为:木质素纤维砂浆>无纤维基准砂浆>钢纤维砂浆>玄武岩纤维砂浆>玻璃纤维砂浆。掺纤维砂浆的自收缩率远低于干缩率,各纤维砂浆90 d自收缩率大小规律为:无纤维基准砂浆>木质素纤维砂浆>钢纤维砂浆>玄武岩纤维砂浆>玻璃纤维砂浆。

含MWCNTs玻璃纤维增强复合材料的力学和界面性能的研究

郑益飞, 申明霞, 段鹏鹏, 曾少华

2019, 0(12):  83-88. 

摘要 ( 80 )   PDF (2793KB) ( 134 )  

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为了进一步提高玻璃纤维增强环氧复合材料(GFRE)的力学性能,本文将工业级多壁碳纳米管(MWCNTs)均匀分散在含分散剂B60T的环氧树脂(EP)中,制备了MWCNTs/GFRE复合材料。研究了MWCNTs官能团种类和含量对GFRE宏观和微观力学性能的影响,并对复合材料界面粘合性进行了分析。结果表明:官能化MWCNTs可以明显提高GFRE的力学性能和层间粘合强度,羟基化碳纳米管(MWCNTs-OH)对GFRE的力学性能和层间剪切强度提升最明显;与GFRE相比,当MWCNTs-OH用量为0.1wt%时,MWCNTs-OH/GFRE的拉伸强度和弯曲强度分别提高了51.9%和31.2%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了9.1%和5.2%,层间剪切强度提高了23.9%;动态粘弹性研究表明,与GFRE相比,MWCNTs-OH/GFRE的初始模量提升了约10.1%,玻璃化温度提高约4.8 ℃;MWCNTs对MWCNTs/GFRE界面结合和耐温性的提高,与其官能团数量、种类及其与环氧分子的反应难易以及形成的化学键自由度有关。

复合材料非热压罐成型孔隙率研究

袁超, 程文礼, 陈静

2019, 0(12):  89-93. 

摘要 ( 85 )  

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通过非热压罐预浸料成型过程中的影响因素分析,开展预浸料、成型工艺及封装方法对非热压罐成型零件孔隙率的影响研究。结果表明:非热压罐成型过程中,预浸料覆膜方式对成型零件的孔隙率有较大影响,单面覆膜制得的预浸料与双面覆膜制得的预浸料相比,成型零件的孔隙率较低;适当增加保温平台有利于气体在树脂凝胶前排出,制得的零件孔隙率较低;采用增加导气条的封装方法更加有利于铺贴过程夹裹的气体、预浸料的挥发份等的排出,零件孔隙率较低。

聚丙烯酸酯热塑性树脂及其真空辅助灌注成型复合材料性能研究

张平, 牟书香, 朱金春, Pierre Gerard

2019, 0(12):  94-100. 

摘要 ( 104 )   PDF (1090KB) ( 222 )  

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分析了阿科玛聚丙烯酸酯热塑性树脂Elium190M的反应特性,研究了热塑性树脂的基本性能和真空灌注纤维增强热塑性复合材料的力学性能,并与风电叶片行业批量在用的热固性树脂及其真空灌注复合材料性能进行了对比。研究结果表明,聚丙烯酸酯树脂粘度较低,适用期较长,且固化温度较低,固化时间较短,适用于真空辅助灌注成型工艺。纤维增强热塑性复合材料与风电叶片批量在用的热固性复合材料的力学性能相当,同时热塑性树脂Elium190M与其热塑性复合材料之间具有良好的界面性能,表明该热塑性树脂也可以先局部采用预制件成型,然后采用整体一体灌注成型的方式进行大型复合材料制件的制造。

卫星太阳电池阵刚性基板用网格面板的含胶量控制

苏庆云, 刘海鑫, 尉世厚, 郑建虎

2019, 0(12):  101-105. 

摘要 ( 96 )   PDF (1348KB) ( 204 )  

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以进口的HM40-3K碳纤维和国产的BSCHM40-3K碳纤维为研究对象,采用SEM对碳纤维的表面形貌进行表征,通过表面/界面张力仪对碳纤维的接触角、表面能和浸润性进行分析,然后对HM40-3K/环氧TDE-86、BSCHM40-3K/环氧TDE-86固化吸胶过程吸胶系统的设定和最终制件含胶量进行分析。试验结果表明,碳纤维集束性越大越分散,接触角越小,表面能越大,表面能极性分量越大越有利于树脂的浸润,固化过程中树脂越不容易被吸出来。参照HM40-3K/环氧TDE-86固化过程的吸胶公式给出了BSCHM40-3K/环氧TDE-86的吸胶公式,并发现了支持该吸胶公式成立的重要规律。

综述

纤维改性再生混凝土材料性能研究进展

王兴国, 程飞, 王一新, 阿拉塔

2019, 0(12):  106-113. 

摘要 ( 88 )   PDF (1865KB) ( 194 )  

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再生骨料及其制品是促进建材行业健康发展的有效方式。但再生骨料具有表观密度小及孔隙率等缺点,难以应用于工程结构承重构件。纤维改性再生混凝土材料性能作为一项工程技术,可大幅提升再生混凝土的力学性能,降低了建筑业对天然砂石资源的需求,有效节省了天然砂石资源。本文主要介绍了纤维再生混凝土材料性能,探讨了其耐高温性能,总结了其耐久性能相关试验成果,分析了纤维改性再生混凝土性能的机理,并提出了其现阶段研究存在的问题,进一步展望了其未来的发展方向。

连续石英纤维增强二氧化硅复合材料研究概况

高龙飞, 万业强, 路秋勉, 李松

2019, 0(12):  114-117. 

摘要 ( 108 )   PDF (872KB) ( 177 )  

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目前,溶胶-凝胶(Sol-gel)法是制备连续石英纤维增强二氧化硅(SiO_2f/SiO₂)复合材料的主要方法。本文介绍了影响SiO_2f/SiO₂复合材料致密化的因素,并综述了SiO_2f/SiO₂复合材料的研究进展,对SiO_2f/SiO₂复合材料的制备工艺及防潮涂层提出了几点建议,并展望了该材料的应用前景。