复合材料科学与工程

顾威, 陈淑仙

2020, 0(1): 5-11.

摘要 ( 214 )

PDF (4025KB) ( 284 )

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采用有限元方法,构建了3234/T300B复合材料层合板固化过程的物理模型以及数学模型。对不同对流换热条件下层合板固化时的温度场及热应力场进行了数值模拟。分析了不同对流换热系数对层合板固化阶段的热应力以及固化后残余热应力的影响。结果表明:上表面施加的对流换热系数越大,固化过程升温阶段层合板内部的热应力越小,固化残余热应力显著减小。当施加的对流换热系数由5 W/(m²·K)增大到10 W/(m²·K)时,温度和热应力的下降幅度最大。研究表明通过引入对流换热条件来减小固化过程升温阶段层合板热应力以及固化残余应力是可行的,也为优化热风枪固化方法提供了参数依据。

复合材料格栅板受弯性能试验研究与数值分析

吴启凡, 方海, 高峰, 陈继业

2020, 0(1): 12-20.

摘要 ( 78 )

PDF (7881KB) ( 126 )

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以纤维增强复合材料格栅板为研究对象,包括不设蒙皮的纯格栅板、设单面蒙皮的格栅加筋板和设双面蒙皮的格栅夹层板。采用不饱和聚酯树脂作为基体材料,玻璃纤维作为增强材料,通过模塑工艺加工成型格栅板。针对该板的受弯性能开展试验研究与数值分析。对按不同方式设置蒙皮的格栅板进行了三点弯和四点弯加载试验,研究其受弯承载力、破坏形态等,结果表明:采用上蒙皮增强纯格栅板,可显著提高试件的抗弯承载力和刚度,并使结构具备良好的延性破坏特征。针对格栅板的受弯性能进行了数值分析,并对比试验结果,验证了有限元模拟的准确性;针对蒙皮厚度、格肋高度、格肋厚度和格肋间距等因素对格栅板受弯性能的影响规律进行了参数分析。

薄壁金属内衬复合气瓶自紧压力的有限元分析及性能研究

林松, 贾子璇, 李文斌, 李双雯

2020, 0(1): 21-26.

摘要 ( 183 )

PDF (4256KB) ( 206 )

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本文研究自紧压力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能的影响规律。采用有限元分析方法对气瓶的自紧过程进行数值模拟,缠绕成型复合材料气瓶,进行水压疲劳及爆破试验验证,并在试验过程中引入声发射监测。试验及分析结果表明,自紧压力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳及爆破性能影响较大,自紧压力过大会使得气瓶复材层出现树脂开裂、纤维断裂等损伤,导致复合气瓶爆破强度值下降。疲劳试验结果表明,自紧压力过大容易导致薄壁内衬提前进入屈服状态,降低疲劳寿命。针对薄壁金属内衬复合材料气瓶,其自紧压力的选取必须充分考虑金属内衬在自紧及工作过程中的应力值,使其在合理区间。

飞机雷达罩根部约束精细化建模

曲秀晓, 李兴德, 周春苹, 王家显

2020, 0(1): 27-32.

摘要 ( 101 )

PDF (6706KB) ( 207 )

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雷达罩是壁厚由电性能设计出的薄蒙皮夹层电磁透波结构,根部通过密封胶条、铰链、有限的锥销、连接锁与飞机相连,承担飞机的气动载荷。薄蒙皮夹层结构承载能力弱,而根部连接点的刚度大,承载能力强,正确设定连接刚度能够计算出雷达罩中正确的应力应变分布。本文以某型雷达罩为例,围绕NASTRAN软件建模,通过分段线性、非线性单元追踪建模、结果反算和试验验证手段,提出并验证雷达罩静强度计算的精细化建模方法,方法可靠,可以推广应用于其他结构根部约束的精细化建模。

旋翼复合材料桨叶弹击损伤的有限元仿真分析

李晓彬, 方科, 沈亚娟

2020, 0(1): 33-38.

摘要 ( 186 )

PDF (6959KB) ( 116 )

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为研究旋翼复合材料桨叶在高速弹击情况下的损伤情况,本文通过有限元方法,对直升机复合材料桨叶翼型段的弹击损伤进行了仿真分析。建立了复合材料桨叶翼型段的有限元分析模型,采用在三维Hashin失效准则的基础上修改的编织布失效准则对桨叶中的复合材料单元的弹击损伤进行判断,基于ABAQUS软件编写了VUMAT材料子程序,并按照损伤形式对损伤单元的刚度进行折减。计算结果和试验结果的对比分析表明:仿真分析结果和试验结果具有良好的一致性,可见通过数值仿真可以直观地分析桨叶的弹击损伤,预测损伤范围,为桨叶结构的抗弹击设计和评价提供依据。

红外加热缠绕成型工艺参数对CF/PEEK复合材料层间剪切性能的影响

单毫, 陈宇, 李俊杰, 姚钱

2020, 0(1): 39-46.

摘要 ( 161 )

PDF (3183KB) ( 304 )

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为获得层间粘结性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)缠绕成型制品,以粉末浸渍法制备的CF/PEEK单向带为原料,采用自制的高功率红外加热热塑性复合材料缠绕成型设备,进行缠绕成型工艺的研究。以层间剪切强度(ILSS)作为评价缠绕制品性能的主要依据,分别研究了缠绕成型过程中的送料张力、下压辊压力、缠绕速率、加热温度、预热时间和冷却速率等关键工艺参数对CF/PEEK环制品性能的影响。实验结果表明,成型温度为410 ℃,预热为40 min,送料张力为8 kg,下压辊气缸压力为0.30 MPa,芯模转速为6 r/min,缓慢冷却条件下制得的缠绕制品性能最优,层间剪切强度达到(82.29±1.27) MPa,并据此制备出了CF/PEEK缠绕管道。

还原程度对石墨烯复合材料吸波性能影响

邹毅, 王钧, 田旭军

2020, 0(1): 47-51.

摘要 ( 83 )

PDF (2814KB) ( 158 )

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还原石墨烯(RGO)是一种高效的电磁波吸收材料,其缺陷相关的介电损耗机制是当前研究的热点。本文在密闭氧化法制备氧化石墨烯(GO)的基础上,通过调节VC的用量制备了还原度可控的RGO。结果表明:RGO的还原度随着VC用量的增加而提高,且电导率与还原程度正相关;在1 GHz~18 GHz内,高度还原的RGO具有更好的吸波效果,当其在树脂基体中添加量仅为1.5wt%时,3 mm的吸波体在9.5 GHz具有最强吸收峰值-16.4 dB。本文探讨了RGO缺陷相关的介电弛豫机理,为新型的石墨烯基复合吸波体的研究和应用提供了实验依据。

缝合参数对缝合复合材料力学性能的影响研究

杨龙英, 龚家谦, 黄当明

2020, 0(1): 52-59.

摘要 ( 120 )

PDF (6253KB) ( 242 )

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缝合复合材料因具有优异的抗冲击性能而在航空航天界得到广泛应用。在缝合时可以设置不同的缝合参数,主要包括缝合压力、针距和行距等。不同的缝合参数对复合材料制件的力学性能影响不同。本文主要研究了临缝和链式缝合两种缝合方式在不同的针距和行距缝合时,对缝合复合材料力学性能的影响,包括拉伸性能、压缩性能和剪切性能,从而来确定临缝和链式缝合的最佳缝合针距和行距。

610B无卤阻燃环氧树脂及碳纤维复合材料性能

周宇, 栾贻浩, 臧千, 凌辉

2020, 0(1): 60-66.

摘要 ( 122 )

PDF (4899KB) ( 219 )

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设计了一种新型磷-硅协同高效无卤阻燃环氧树脂610B,并制备了碳纤维增强热熔预浸料T700/610B。通过DSC、凝胶时间、动态黏度、热重、红外和SEM,对树脂体系的反应及流变特性、室温储存期和阻燃机理进行研究;通过真空袋成型工艺制备了碳纤维增强复合材料并对其力学性能和阻燃性能进行了评价。结果表明:树脂在中温条件下有效固化,室温下储存期大于30 d,预浸料铺覆性好,适合低成本真空压力成型,制备的复合材料力学性能优异、低烟低毒、阻燃性能突出。

基于积木式的飞艇桁架式复合材料龙骨结构验证方法

李元章, 鲁国富, 任三元, 肖鹏

2020, 0(1): 67-71.

摘要 ( 139 )

PDF (2302KB) ( 266 )

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根据复合材料结构积木式验证方法,结合飞艇桁架式龙骨的结构特点,提出了飞艇桁架式复合材料龙骨的验证思路和结构设计与强度验证的步骤。以某飞艇的桁架式复合材料龙骨结构强度的验证为例,对上述方法进行了从元件级到部件级的试验验证、数值验证及其结果的对比分析。结果表明所建立的桁架式复合材料结构的Nastran有限元分析模型满足工程需要,飞艇桁架式复合材料龙骨可以采用积木式方法进行验证。

一种油罐用混杂型光固化预浸料性能研究

钱建华, 陈玲, 刘世强

2020, 0(1): 72-75.

摘要 ( 117 )

PDF (1145KB) ( 184 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

对影响混杂型UV预浸料的因素进行分析,试验证明预浸料一次性成型厚度与热引发剂浓度呈正相关,热引发剂(BPO)加入量为1.0%,最大可固化深度可达30.4 mm,为保证预浸料具有优异铺覆性,当增稠剂(MK 35)加入量为1.5%~2.0%时,工艺性能最佳。与传统UV预浸料进行性能对比,试验证明混杂型UV预浸料与传统UV预浸料力学性能相当,两种材料在相同条件下进行紫外光固化,前者一次性成型厚度较后者提高120.3%,解决了光固化成型厚度受限这一难题。

CF/PPS编织复合材料的制备及力学性能研究

张佳新, 梅启林

2020, 0(1): 76-81.

摘要 ( 117 )

PDF (9001KB) ( 284 )

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采用混编法制备碳纤维(CF)/聚苯硫醚(PPS)混编织物,通过模压成型制备出连续碳纤维增强聚苯硫醚复合板材。研究铺层层数、热压温度、热压时间、树脂含量和处理混编织物的硅烷偶联剂种类对复合板材力学性能的影响,采用万能材料试验机、扫描电子显微镜、SEM-EDS等手段对碳纤维和复合材料层压板进行表征。结果表明碳纤维增强聚苯硫醚复合板材的最佳工艺条件为:铺层层数为20层,热压温度为330 ℃,热压时间为30 min,树脂质量分数为50.2%;使用硅烷偶联剂KH560处理后,复合板材力学性能显著提高,其拉伸强度和弯曲强度分别为920.1 MPa、890.6 MPa。

风力机叶片参数化有限元建模

齐沛玉

2020, 0(1): 82-86.

摘要 ( 193 )

PDF (2477KB) ( 351 )

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研究了叶片参数化建模的方法,从气动设计开始,将叶片的翼型、气动外形、部件定位数据、材料、铺层等信息进行参数化。通过本文研究的方法,计算得出叶片有限元模型需要的节点、单元和铺层数据,实现了自动化参数建模,经验证其结果快速准确,提升了叶片有限元分析效率。

复合材料机身Z型隔框变形控制研究

韩小勇, 苏佳智, 王霖, 高龙飞

2020, 0(1): 87-91.

摘要 ( 125 )

PDF (1980KB) ( 230 )

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采用单向带预浸料在Z型隔框成型工装上完成零件的铺贴及固化,在零件切边以后采用三坐标测量机完成零件的型面测量,将测量数据与零件理论型面进行了分析对比。分析了零件缘条与腹板之间的回弹、零件在半径方向以及在腹板方向上的变形情况,并根据工程对零件型面的要求,对隔框成型工装进行了型面补偿,得到了工装设计的零件工艺数模。采用完成型面补偿以后的工装制造了全尺寸隔框零件,采用三坐标测量机对零件型面进行了测量,验证了工装型面补偿的有效性,零件型面轮廓度控制在±0.375 mm以内,隔框在与角片及蒙皮进行装配的过程中,很好地满足了装配公差的要求。

玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合材料板材耐冲击性能的研究

王子帅, 钟智丽, 万佳, 薛兆磊

2020, 0(1): 92-94.

摘要 ( 137 )

PDF (3109KB) ( 173 )

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对四种经纱细度、经纱密度不同的玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合板材进行相同冲击能量的耐冲击测试,结果表明:经纱细度增加,复合板材破坏程度减小,耐冲击性能较好;而经纱细度等参数相同的预制件,预制件经纱密度增大,玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合材料板材的耐冲击能力减弱。

空心玻璃微珠对膨胀阻燃硅橡胶复合材料性能的影响

谢超, 秦岩, 黄志雄, 张博文

2020, 0(1): 95-100.

摘要 ( 141 )

PDF (3600KB) ( 353 )

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采用空心玻璃微珠(HGM)、复配型膨胀阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/季戊四醇(PER)、协效阻燃剂氢氧化铝(Al(OH)₃)、缩合型室温硫化液体硅橡胶(107胶)制得了HGM填充型膨胀阻燃硅橡胶。研究了HGM的填充量对膨胀阻燃硅橡胶复合材料各性能的影响。结果表明:随着HGM含量的增加,硅橡胶复合材料的拉伸强度先增加后降低,其断裂伸长率逐渐降低,密度逐渐减小,背面温度先逐渐下降后又小幅度上升。当HGM含量加入至30wt%时,硅橡胶膨胀阻燃复合材料氧指数值达到36,导热系数值为最低值0.15 W·m^-1·K^-1,确定了HGM的最佳填充量为30wt%。

两种方法对玻纤预浸料的树脂含量测试及不确定度比较

吕辉, 刘霞, 张坤, 龚维

2020, 0(1): 101-107.

摘要 ( 133 )

PDF (859KB) ( 203 )

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在生产过程中,树脂含量对于玻纤预浸料的性能具有重要的影响,不同的测试方法所测得的预浸料中的树脂含量也会有所不同。本研究采用溶解法和灼烧法对4组高硅氧/酚醛复合材料预浸料进行了树脂含量的测试,并对其不确定度进行评定,测试结果表明,溶解法测定预浸料树脂含量的数值偏低,灼烧法测定预浸料树脂含量的不确定度更小。对于玻纤预浸料树脂含量的测定,为获取更加准确的测试数据,建议采用灼烧法进行测试。

FRP加固RC梁研究新进展

王一新, 王希成, 阿拉塔, 王兴国

2020, 0(1): 108-113.

摘要 ( 125 )

PDF (1577KB) ( 284 )

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混凝土梁(RC梁)作为结构体系中的主要受力构件之一,常因各种原因出现劣损影响到结构安全。FRP材料因其具有轻质、高强、耐腐蚀等特性,已被广泛应用于RC梁的加固工程中。目前,FRP加固RC梁的研究较为深入。本文综述了国内外学者关于FRP加固RC梁的静力性能以及抗火性、抗冲击性的研究现状,分析了现阶段研究存在的问题,提出了对未来研究方向的建议。

复合材料层合板振动特性基础研究综述

罗英勤, 李华东, 洪明

2020, 0(1): 114-119.

摘要 ( 229 )

PDF (920KB) ( 318 )

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对层合板理论发展进行了概述,在此基础上针对国内复合材料层合板振动特性相关文献涉及的基础研究进行了分类总结。综述了包括层合板、加筋层合板、阻尼层合板和其他特殊情况层合板在内的典型层合结构的固有振动特性基础研究。本文为相关研究提供了有益的研究参考价值。

厚截面层板复合材料三维本构关系表征技术应用展望

谌广昌, 王雅娜, 陈普会

2020, 0(1): 120-126.

摘要 ( 114 )

PDF (2519KB) ( 223 )

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厚截面层板复合材料三维力学性能试验尚未有统一的标准方法。精准的三维力学性能,尤其是完整的应力-应变关系,对于理解复合材料的复杂变形和失效机制十分关键,特别是在航空结构设计中扮演关键角色的高强玻璃纤维和碳纤维增强聚合物基复合材料。本文介绍了国外在层板复合材料三维本构关系表征技术方面的最新进展,论述了以数字图像相关全场变形测量辅助短梁剪切和小矩形板扭转试验,评估复合材料三个方向模量和强度,以及三个主材料面非线性剪切应力-应变曲线的新方法,总结了国内在厚截面层板复合材料三维本构关系表征方面的技术现状及其与国外差距。综述表明,数字图像相关测试中应力-应变场的对应关系、基于数字图像相关应变测量的材料本构关系反演是复合材料三维力学性能准确测试需要突破的关键技术点。

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