二维单轴与二轴编织铺层复合材料压缩性能

研究了编织角和纤维体积分数的变化对二维单轴和二轴编织铺层复合材料压缩性能的影响,分析了两种复合材料试样的压缩破坏模式。结果表明:当两种结构的编织角和纤维体积分数相同时,二维单轴编织铺层复合材料的压缩强度和压缩模量均高于二维二轴编织铺层复合材料;当承受沿试样长度方向压缩载荷时,两种复合材料试样中编织角较小的区域破坏较为严重,且层内裂纹沿试样厚度方向延伸,但其在层间的延伸并不连续。研究表明二维单轴编织铺层复合材料中纤维屈曲的减少对提高复合材料的压缩性能有明显效果。     

真空吸渗挤压二维正交铺层C_f/Al复合材料压缩失效机制

采用真空吸渗挤压技术制备了二维正交铺层碳纤维增强铝基(2D-C_f/Al)复合材料,研究了室温下2D-C_f/Al复合材料沿不同方向的压缩性能及其失效行为.研究结果表明:利用真空吸渗挤压技术制备的复合材料的浸渗质量良好,微观组织致密,基体铝合金和纤维分布均匀,无明显缺陷存在;沿垂直于纤维铺层方向的压缩屈服强度约为平行方向的2.5倍,比基体铝合金的压缩强度提高了57%.复合材料的压缩破坏机制与纤维铺层方向密切相关:当压缩载荷垂直于纤维铺层方向时,主要以剪切失效为主;当压缩载荷平行于纤维铺层方向时,主要以界面脱粘和纤维弯折失效为主.     

单向带与织物碳纤维增强树脂基复合材料中孔隙的细观特征

研究单向带与织物碳纤维增强树脂基复合材料中孔隙的细观特征,主要包括孔隙的分布特征、形貌、位置、面积和长宽比等。采用金相显微镜、扫描电镜和超声C-Scan检测对不同孔隙率(0～5.0%)的复合材料层压板进行观测和表征,比较单向带和织物层压板中层中孔隙和层间孔隙的细观特征,并采用统计分析的方法研究孔隙面积和孔隙长宽比随孔隙率的变化趋势。研究结果表明:受纤维分布的影响,单向带层压板和织物层压板中孔隙有其各自的细观特征,且随孔隙率的增加呈现一定的规律,从细观尺度上为孔隙率检测评估和性能预测提供了更客观、更符合实际的物理描述。     

铝用石墨质阴极不同焙烧温度下孔隙结构演化

采用图像分析方法研究铝用石墨质阴极在不同焙烧温度下孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔径分布、形状因子、视孔隙比表面积、连通性等参数的变化规律和孔隙复杂度的分形特征.结果表明:随着焙烧温度增加,孔隙率逐渐增大,而视孔隙比表面积、形状因子和连通性呈先减小后增大趋势;石墨质阴极试样不同温度下焙烧生成孔隙均符合分形规律,借助图像分析孔隙结构参数和分形维数可界定不同典型焙烧温度下阴极孔隙结构的演变特征,并据此提出相应的孔隙特征演化模式.     

超声压紧对低能电子束分层固化复合材料质量的影响

针对低能电子束分层固化复合材料层间孔隙缺陷导致层间剪切强度较低的问题,设计了超声压紧装置。该装置通过压头将超声波作用于预浸带铺层上,配合低能电子束固化系统制作复合材料层合板,并研究了超声压紧参数对复合材料质量的影响。实验结果表明,超声振动在压紧过程中产生的机械效应和热效应可有效减少孔隙,增强纤维与树脂的界面结合性能,提高层间剪切强度,从而改善复合材料试件质量。其中,振幅对复合材料孔隙率及层间剪切强度影响最大,当超声振幅为7.5μm时,试件致密性明显改善,孔隙率降至1.80%,层间剪切强度提高11.7%;压紧力影响相对较小,当压紧力从100 N到220 N变化时,层间剪切强度只有3.64%的提高,孔隙率在2.62%以下。过大的振幅与压紧力都会引起压紧过程中预浸带温度升高,导致树脂固化度提高,渗透性变差,孔隙率增加,使复合材料质量降低。     

二维三轴编织铺层复合材料开孔前后弯曲性能

采用普通机械方式对不同层数二维三轴编织铺层复合材料进行开孔,并对开孔前后材料的弯曲性能进行研究.结果表明:当孔直径与试样的宽度比为1∶3.88时,铺层数为一、二、三的编织复合材料开孔后最大弯曲载荷和弯曲强度较开孔前分别下降了1/3左右;弯曲弹性模量分别下降了1/2左右.开孔前后试样的最大弯曲载荷和弯曲弹性模量都随着铺层数的增加而增加,但当铺层数达到一定层数后,对弯曲性能的改变量减小.材料弯曲破坏试验中表现的主要破坏模式为压缩破坏.开孔对周围的影响主要为距孔边缘1~2mm范围.     

铺层结构对复合材料螺旋桨水动力性能的影响

基于面元法及有限元方法,采用分区迭代方式开展复合材料螺旋桨流固耦合分析,重点讨论了材料纤维角度和结构铺层方式的影响.针对桨叶剖面变厚度特征与单层材料有限厚度之间的矛盾,提出了更具实用意义的沿叶面往叶背方向逐层退化的铺设方式,并发现该铺设方式复合材料螺旋桨流固耦合性能主要受靠近叶面的铺层结构控制.后续铺层结构优化设计中可仅考虑近叶面若干铺层以节省计算工作量.     

平纹编织复合材料挖补修理附加层优化研究

平纹编织复合材料应用广泛,但该类型结构维修关键参数的研究较少,文章根据实际维修情况建立复合材料层板挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了分析模型的准确性,基于该模型进行了附加铺层尺寸参数优化研究。结果表明,附加层的铺设对于提高修补板强度有积极的效果,但过多的附加铺层数容易增加修补缺陷,建议修理中附加铺层数不宜过多。优化过程中发现复合材料挖补维修存在一个对强度影响较大的附加铺层长度值,该临界长度正比于维修总区域,实际维修中附加铺层长度参数建议为该临界值的2~3倍,文中修补条件下的推荐值为20~25mm,该结论可为复合材料结构修补提供较为准确的维修指导。     

双曲壳结构复合材料的热临界屈曲温度分析

以双曲壳结构复合材料为研究对象,利用有限元Block-Lanczos研究分析法对复合材料层合双曲壳结构在温度场下热屈曲行为进行研究,并研究了复合材料层合双曲壳铺层厚度、边界条件、纤维方向等对临界屈曲温度的影响。结果表明:在均匀温度场下复合材料层合双曲壳临界屈曲温度与边界条件、铺层厚度、纤维方向有密切关系并成一定规律分布。通过对复合材料双曲壳结构的热屈曲性能分析,为复合材料结构设计和实际工程应用提供了一种有效的分析及建模方法。     

杉木积成材的剖面密度分布特征及其CT辅助分析

用剖面密度仪对不同密度的杉木积成材剖面密度进行了检测,辅以CT技术对杉木积成材长度和宽度方向的剖面进行了扫描。结果表明：杉木积成材的剖面密度分布存在梯度 ,表层的密度较高,芯层的密度较低,密度的峰值在距板材表层约1.0 mm处;杉木积成材内部分布着一定数量的孔隙,长度方向剖面的孔隙较多且较小,宽度方向较少且较大,端 部的孔隙比中部大且多;孔隙率随着密度的降低而增大,因而它不宜制造低密度的板材;CT技术可作为直观、清晰揭示杉木积成材剖面密度分布和内部结构形貌等的辅助手段。