复合材料压力容器及其相关问题研究

纤维缠绕增强复合材料（Fiber Wound Reinforced Plastics,FWRP）压力容器是由高强度连续纤维经聚合物基树脂浸渍后在一定形状的芯模（或内衬）上缠绕固化而成。由于其具有比强度高、比模量大、可实现等强度设计、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优异性能以及便于大尺寸整体成型的特点。从上世纪七十年代起,为了最大限度地减轻压力容器重量,科技人员研发了由内衬与外缠绕复合材料增强层的复合压力容器技术。这种采用这种轻质高强的新型复合材料来研制抗爆容器已在众多领域中逐步取代金属压力容器,在国防高科技与民用领域得到了广泛应用。     

具有金属内衬缠绕压力容器成型全过程应力场分析

基于具有金属内衬复合材料缠绕容器缠绕、固化和预超压3个制造工艺过程的特点,提出一种温度参数当量法模型和虚实单元分析策略,以模拟在缠绕预张力工艺中的力学行为．根据固化反应动力学理论和热传导理论,对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中瞬态温度、固化度和热应力场分布及其变化规律进行了数值分析．采用经典塑性理论为基础的非线性有限元方法,预测了预超压工艺后容器复合材料缠绕层和金属内衬内残余应力场的分布．以一典型的具有金属内衬复合材料纤维缠绕压力容器为例,讨论了在3个工艺过程中工艺参数对容器内应力场分布的影响．结果表明：适合的工艺参数能够提高压力容器的承载能力．     

含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备

 随着新能源汽车、火箭发动机系统、卫星等新技术和新装备的不断发展,对其携带液体燃料和高压气体的压力容器提出高气密、轻质量、长寿命的苛刻要求.对此,本文提出一种含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备技术.研究了缠绕纤维与芯模表面间滑线系数的表征方法,提出了基于工艺可实现的精密缠绕理论;研制出0.8mm厚超薄铝合金内衬;建立了仿壁虎脚结构的界面层设计理论模型,制备出超薄金属内衬与复合材料层间的超强界面层;掌握了复合材料结构的损伤自修复方法,提高了复合材料压力容器的可重复使用次数,所研制的轻量化复合材料压力容器相比同容积、同压力的金属容器减重70%.     

T-800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究

针对制备高性能碳纤维缠绕复合材料的要求,以TDE-85树脂为主体树脂、AG-80树脂为添加树脂,选用混合芳香胺固化剂,研究了一种适合于T-800碳纤维复合材料缠绕成型的树脂基体。结果表明,该树脂的黏度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,其浇铸体具有优异的耐热性能与机械性能,而其制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,缠绕强力环层间剪切强度达到81MPa、拉伸强度高于2500MPa,适合T-800碳纤维的湿法缠绕成型。     

基于蒙特卡罗模拟的CFRP缠绕压力容器可靠性分析

对具有多维基本随机变量的碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)缠绕压力容器提出一种可靠性分析方法.选取CFRP单向板弹性常数、基本强度、纤维缠绕角和压力容器纵环向层壁厚作为基本设计变量,制备CFRP单向板试件和CFRP缠绕压力容器,并通过大量试验获得各变量的概率统计分布.根据经典层合壳体理论和Tsai-Wu失效准则对CFRP缠绕压力容器进行结构失效演变及应力分析,基于可靠性分析的极限状态方程,完成压力容器失效载荷与失效概率分布以及重要随机变量对失效概率分布影响规律的数值模拟.模拟结果与试验结果基本符合,验证了本文分析方法的准确性.     

纤维缠绕玻璃钢夹砂管道抢修方法

一、概述 纤维缠绕玻璃钢夹砂管为环氧树脂缠绕玻璃纤维且中间含有一定石英砂的一种新型管材,是1998年建设部科技成果重点推广项目（编号：98508）,其结构分为内衬层、结构层和表面层.内衬层是由表面毡增强的内表层和短切毡增强的次内层组成,使管道内表面光滑、防腐、防渗.结构层是由连续纤维缠绕层和树脂沙浆层组成,主要作用是承受荷载、抵抗变形.表面层是由抗老化剂和树脂配制而成,主要作用是保护并防止老化.因此纤维缠绕玻璃钢夹砂管道具有以下特点：     

复合材料圆筒的材料有效使用研究

复合材料在各种工程问题中得到了越来越广泛的应用，其中之一就是在纤维缠绕圆筒中的应用。该文根据复合材料圆筒结构静态刚强度和动态特性分析的理论模型，综合考虑其刚度和动态特性的要求，通过改变复合材料圆筒中材料的缠绕角、缠绕顺和采用Ｔ３００和Ｓ复合材料混要等形式来研究复合材料圆筒中材料的有效使用， 了基于厚度和角度优化和方式较为有效的结论。     

缠绕复合材料固化残余应力分析

本文利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示：缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

缠绕复合材料结构固化残余应力的数值计算

利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示:缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

复合材料基体固化成型工艺综述

树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能优良、工艺性能良好及具有可设计性等特点,一直受到工业界的重视,各种复合材料产品被应用到各行各业,尤其是在航空航天领域。复合材料从原材料到形成制品的过程,都需经过固化与成型,方法已经有几十种。文中介绍了国内外复合材料主要的基体固化方法、成型工艺和相关研究;固化方法主要有热固化、辐射固化与微波固化等,成型工艺主要有模压成型、渗透成型、缠绕成型与拉挤成型等;同时,对工艺研究与应用也进行了展望。     

加固用CFRTP模压成型工艺及片材力学性能研究

针对传统的混凝土结构加固用纤维增强热固性复合材料的一系列缺点，提出用热塑性树脂来制备加固用复合材料．并且研究了连续芳纶纤维Keylar49增强热塑性树脂基复合材料的模压成型工艺和片材力学性能．所研制的复合材料力学性能达到国外现有加固材料指标．纤维和片材的SEM照片表明该材料的破坏是韧性破坏，且纤维和树脂存在最佳配比，在该配比下树脂能良好地浸润纤维束．     

纳米二氧化硅增稠真空灌注环氧树脂的研究

真空灌注成型工艺和湿法真空袋压成型(手糊)工艺是纤维增强复合材料成型使用较多的工艺。在纤维增强复合材料成型工艺过程中,添加适量纳米二氧化硅对低分子液态环氧树脂进行增稠改性,实现真空灌注树脂向手糊树脂的转变,改善其力学性能。     

玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料的研究

采用连续玻璃纤维与环氧树脂相复合,通过单向缠绕成型工艺,制备出具有良好力学性能的单向复合材料板．研究了复合材料的成型工艺及配方组成对单向复合材料力学性能的影响,结果表明：采用成型工艺方法和配方组成的复合材料的拉伸强度为１１４ＧＰａ、弯曲强度为２７８ＭＰａ、冲击强度为３４７ＭＰａ;同时利用扫描电镜对复合材料的界面进行了分析．     

纤维增强树脂基复合材料在土木基础设施领域中的应用

纤维增强树脂基复合材料作为一种高性能结构材料在基础设施领域逐步得到关注和应用,国内外相关学者开展了大量的研究与实践应用。本文对纤维增强树脂基复合材料的组成、主要特点以及成型工艺进行简单介绍,对纤维增强树脂基复合材料分别在建筑、桥梁、道面、防撞以及地下等土木基础设施领域中的研究及应用进行介绍与探讨。基于纤维增强树脂基复合材料已经显示的优势,对其发展趋势进行阐述:海工复合材料、复合材料漂浮式光伏支撑结构、智能复合材料以及复合材料和传统钢、混凝土材料的组合结构等均具有广阔的前景。通过对土木基础设施领域纤维增强树脂基复合材料应用进行系统综述,从而促进纤维增强树脂基复合材料的研究与工程应用。     

基于ANSYS的高温高压复合材料管道的应力分析

对一种矩形截面纤维缠绕复合材料高温高压管道进行了初步设计与分析。利用ANSYS有限元软件对复合材料高温高压管道进行了整体结构分析以考察其变形量和应力分布,并讨论纤维缠绕方向对高温高压管道刚度和强度的影响。     

硅橡胶热膨胀成型复合材料力学性能研究

针对小型深腔薄壁、多腔结构体复合材料制品难以成型,脱模困难等问题,实验探索硅橡胶热膨胀成型工艺。通过试验,摸索出适合生产加工条件的工艺间隙公式。比较了不同工艺间隙制备出试片的力学性能。而且制备出小型壳体产品,为热膨胀成型工艺在复合材料结构方面的制造提供了实验数据。     

深冷高压储氢气瓶复合材料层低温力学性能分析与优化

为提高深冷、高压双重极端工况作用下复合材料层的低温力学性能，根据层合板理论构建了深冷高压储氢气瓶复合材料层力学分析模型.通过计算热力耦合作用下多层缠绕结构的各向应力，研究横向弹性模量和纤维缠绕角度对复合材料层低温力学性能的影响.以容积140 L、压力35 MPa的气瓶为研究对象，结果表明，当横向弹性模量由14 GPa降低到5 GPa,复合材料横向应力减小68.37%,降低了基体受力失效风险；在0～50°范围内，复合材料横向应力随着螺旋缠绕角度的增加而减小，螺旋缠绕层可承载环向应力由68.18 MPa提高到424.13 MPa.横向弹性模量的降低和螺旋缠绕角度的增加使得各缠绕层的Tsai-Wu失效准则系数下降，有利于提高复合材料层的低温力学性能，减少碳纤维缠绕层数.     

工艺参数对复合材料长桁预制体变形成型制件质量的影响

为优化复合材料机械变形成型工艺,利用自主设计制造的机械成型设备制备预成型制件,通过对制件外形尺寸及微观结构进行表征,研究了成型温度、成型速率及成型间距等工艺参数对机械变形成型质量的影响。结果表明：成型温度、成型速率及成型间距3个成型工艺参数对复合材料机械变形预制件的质量都有明显影响,且3个因素之间互相作用;采用本文的材料体系,在制备铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_4s的L-型制件条件下,较优的成型工艺参数为成型间距4.3~4.5 mm、成型温度45~60℃及成型速率3~5 mm/min;通过制件尺寸表征、纤维变形量测量、金相分析等方式可以有效表征机械变形成型制件的宏观及微观质量。     

苎麻/醋酸纤维素复合材料的制备和性能研究

研究了苎麻纤维增强醋酸纤维素基复合材料的成型工艺和性能 ,分析确定了主要影响因素和适宜的成型工艺 .     

成型工艺对PP/亚麻包缠纱力学性能的影响

研究了织造与成型工艺对热塑性PP/麻包缠纱预制件及复合材料力学性能的影响.结果表明,包缠纱可形成预制件用于纺织结构复合材料加工.织造密度的变化对复合材料性能有较大的影响,综合织造的便利性和复合材料经纬向拉伸性能共同的作用,可以设定经密在较小的范围而控制纬密在适中的水平.通过正交设计和方差分析的方法,优化热压成型工艺参数,优化结果为压力6MPa,时间5min,温度185℃.利用包缠法的天然亚麻纤维和热塑性PP制成的热压复合材料,具有较好的结合界面和较优的力学性能,同时包缠纱为纤维增强复合材料成型提供了经济可行的预制件加工方法.