3D打印碳纤维复合材料的轨道车辆端部结构仿真研究

为进一步实现轨道车辆轻量化,本文首先对3D打印连续碳纤维复合材料进行了研究.然后,基于ABAQUS对用3D打印碳纤维复合材料制造的轨道车辆端部结构进行了仿真,分析了该构件的碰撞吸能性能和其失效模式,比较了不同铺层的复合材料车辆端部结构的不同碰撞吸能行为.研究表明,连续纤维有角度地错开了结构铺层,不仅可以提高材料的吸能量...     

三种纬编针织增强体复合材料的力学性能

为探讨不同组织结构的纬编针织复合材料的力学性能,以芳纶和UHMWPE纤维为原料,采用硅烷偶联剂KH-550对芳纶和UHMWPE纤维进行表面改性处理,在横机上编织满针罗纹,圆筒形,罗纹空气层三种不同组织的纬编针织增强体.采用模压成型工艺将增强体与环氧乙烯基酯树脂进行加工,制得三种纬编针织结构增强复合材料,对三种复合材料的经纬向拉伸、压缩、弯曲和层间剪切强度性能进行测试比较.结果表明,经硅烷偶联剂KH-550处理的纤维针织增强体各项力学性能均有所提升,满针罗纹纬编针织复合材料的经向拉伸、经纬向压缩、经纬向弯曲和经纬向层间剪切强度均优于其他组织,而罗纹空气层纬编针织复合材料的纬向拉伸强度达到最大,圆筒形纬编针织复合材料的各项性能最低.     

整体中空夹层复合材料剪切性能研究

为了研究整体中空夹层复合材料的层间剪切性能,该文在分析整体中空夹层复合材料细观结构的基础上,将材料的芯材结构简化为双菱形,建立了相应的实体模型。采用渐进损伤分析有限元方法预测了材料的剪切刚度及强度、各组分材料的应力分布和破坏模式。理论分析与实验结果表明,整体中空夹层复合材料的经向剪切性能优于纬向性能,剪切载荷作用下的主要承力部件为绒经,绒经根部是发生破坏的主要区域。     

交织双轴向纬编针织结构及增强复合材料的拉伸性能

介绍了一种新型的交织双轴向纬编针织结构.以高强涤纶作针织纱.玻璃纤维为衬经和村纬纱线编织出织物样品,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)加工成复合材料,通过对不同拉伸方向、不同铺层的拉伸试验进行比较.探讨了该复合材料的拉伸性能.结果表明,单层铺层复合材料经纬向的拉伸性能存在较大的差异,拉伸曲线存在拐点,采用双层90.镝层可减少复合材料经纬向拉伸性能的差异,并有效地提高复合材料的拉伸力学性能.     

双轴向增强纬编间隔织物复合材料的加工制造及力学性能

利用玻璃纤维编织一种新型双轴向增强纬编间隔织物,采用轻质树脂传递模塑工艺(LRTM)制作了该新型结构织物增强复合材料,并对复合材料在经纬向的拉伸性能、弯曲性能和压缩性能进行了测试与分析.研究表明:制作双轴向增强纬编间隔针织复合材料的关键是织物在厚度方向上不被压扁;复合材料的拉伸性能和弯曲性能主要取决于两个面层衬经衬纬纱的拉、弯性能.压缩性能不仅与纤维束的压剪组合破坏有关,还与纤维束与基体的界面黏结性能有关.     

玻璃纤维3D复合材料开发

本文首先叙述了3D复合材料的结构、性能特点及编织方法，分析了3D复合材料开发的难点和重点。然后，介绍了在织机上尝试利用多层织造技术开发玻璃纤维T、I、8及X型3D复合材料，并指出了传统纺织技术在开发3D复合材料方面的困难和发展方向。     

细编穿刺3D碳/碳复合材料双向拉伸实验研究

对细编穿刺3D碳/碳复合材料双向拉伸性能进行了实验研究,介绍了双向拉伸实验方法,自行设计制作了一套双向拉伸实验装置,采用有限元分析方法进行了十字型试件的设计.对两种不同铺层的细编穿刺3D碳/碳复合材料进行了1∶1应力状态下的双向拉伸实验,得到了材料在该种应力状态下的强度,试件初始破坏都发生在中心区.研究结果为该种材料在复杂应力状态下的强度分析奠定了基础.     

纬编双轴向多层衬纱织物增强防弹板防弹性能的研究

从实验研究的角度介绍了一种新型复合材料防弹板的制作工艺、弹击实验，并对实验现象和结果进行了分析和讨论。该防弹板由天津工业大学复合材料研究所最新研制成功的专利产品(纬编双轴向多层衬纱(MBWK)织物)作为增强材料(若干层)，经水乳性PU树脂涂覆热压后成型，该产品具有卓越的机械力学性能及抗冲击性能。从工艺特点和实验结果来看，这种增强结构在防弹领域有一定的产业化应用前景。     

浮空器膜材循环拉伸力学性能及弹性常数研究

对全新飞艇蒙皮膜材Uretek3216L进行了单轴循环拉伸试验,采用自主研发的多功能薄膜双轴拉伸试验机进行5种应力比例下的拉伸试验.探讨了单双轴循环试验的应力应变关系及弹性模量随循环次数的变化规律,对双轴耦合弹性模量的理论公式进行了推导,分析了纬经向应力比对耦合弹性模量的影响规律.结果表明,单轴循环的第15次和第1次循环相比,经纬向弹性模量分别增大了20.7%和39.1%,其中第2次循环增大幅度最大,经纬向均占总增量的60%以上.对于双轴试验,随纬经向应力比R的增大,经向耦合弹性模量增大而纬向减小.确定了膜材的单、双轴应力下的弹性模量和3D应力应变响应曲面.     

单向混杂复合材料拉伸性能的两级分析

为了研究混杂复合材料的混杂效应,该文建立了单向混杂复合材料拉伸性能的两级三维剪滞模型,第一级模型为纤维和树脂构成的纤维束两相材料体系,第二级模型为2种(或多种)纤维束组成的混杂复合材料体系.纤维的强度基于蒙特卡洛(Monte-Cado)方法,用两参数的韦布尔(Weibull)分布模拟.用此模型模拟了夹芯和分散两种混杂方式、不同混杂比例下的碳/玻混杂单向复合材料棒材的纵向拉伸性能,数值模拟与实验结果吻合.研究发现:在该文的材料体系下.碳纤维体积分数低于或等于5%时,有明显的二次破坏现象.     

纤维金属层板的拉伸性能研究

GLARE是一种先进的混杂层板材料,由高韧度薄铝合金层和高强度玻璃纤维/环氧树脂层交替铺设而成,具有独特的轻质、耐疲劳、耐冲击、高阻燃性和耐腐蚀属性.系统地对GLARE层板进行了静力拉伸测试,展示了铺层结构和铺层类型对其静力学性能的影响,并对混杂模型的适用性进行了验证.结果显示:采用混杂模型法预测GLARE层的轴向弹性模量具有较高的精度,但进行强度预测时对于部分类型的层板需要考虑纤维的桥接作用.     

金属丝网增强聚苯硫醚耐高温滤料的试制与研究

采用不同规格的金属丝网和不同面密度的聚苯硫醚(PPS)纤网,通过针刺结合水刺加固得到不同类型的三层复合结构耐高温过滤材料,并对其结构、孔径、拉伸性能和耐高温性能进行测试.研究表明:滤料的平均孔径随着基网目数的增大而增大,随着纤网面密度的增大而减小;试样经、纬向断裂强力均高于1 500N/5cm,纬向强力都大于经向强力,纬向伸长率都大于经向伸长率;试样耐高温性能优良,经向热收缩率小于1.5%,纬向小于1.0%,断裂强力保持率在100%以上.     

具脱层复合材料层合梁-板的自由振动分析

基于经典弹性理论,建立了含脱层复合材料层合梁的运动控制方程,研究了脱层复合材料层合梁自由振动频率和振动模态。分析中,对脱层梁结构采用分区处理,同时结合边界条件、内力平衡条件以及位移连续条件,建立了梁模态分析的特征方程。最后利用具体算例,探讨了具脱层梁不同脱层参数、铺设角度下的一、二阶固有频率,并对比分析了不同的脱层深度、脱层长度和脱层位置以及不同的铺设材料对复合材料层合梁模态的影响。     

3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的压缩力学性能

为了研究3D打印仿贝壳珍珠层复合材料在准静态压缩情况下的力学性能,探索3D打印贝壳珍珠层复合材料细部尺寸变化对力学性能的影响规律,采用光固化3D打印成型的制备方法,应用刚性不透明塑料Vero Blue作为硬质砖块,软质橡胶Tango Black作为软质胶层,制备了不同砖块长宽比和不同软胶层厚度的仿贝壳珍珠层复合材料试样。运用准静态压缩的力学测试方法,同时结合有限元分析软件ABAQUS的验证,考察了仿贝壳珍珠层复合材料的压缩力学性能。实验和数值分析结果清晰表明,3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的主要破坏形式是软质胶层开裂。数据结果显示:当软质胶层厚度不变,增加硬质砖块的长宽比可以提升整体材料的弹性模量22%～48%;而硬质砖块长宽比保持不变时,软质胶层厚度的减少则能提升断裂能量190%～253%.另外分析了试样在压缩应变为0.05时的压缩应力,结果显示有限元分析与实验结果比较吻合。     

连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头设计

为了解决3D打印喷头在成形过程中需要频繁抬起和跳转的问题,研制一种具有复合丝材可控导入、高效熔融挤出及实时剪切功能的新型3D打印喷头。首先,基于结构原理和功能分析方法,对喷头进行分模块化设计;然后,对喷头剪切装置控制系统及其控制流程进行设计和分析;最后,采用所研制的3D打印喷头实物进行连续碳纤维增强复合材料预浸丝的熔融挤出及剪切试验。结果表明,采用所设计的喷头结构以及程序控制方法,可以实现剪丝刀片在喷嘴末端对于复合材料的有效剪切,剪切断口平整,验证了所研制的新型复合材料3D打印喷头的可靠性和实用性。所提方法可有效避免喷头在抬起和跳转运动过程中引发的问题,为连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头的结构设计及其运动控制提供了参考。     

3D打印混凝土研究现状及前景展望

随着第四次工业革命朝人工智能方向迈进,建筑业迎来智能建造时代.3D打印混凝土技术所具有的高效、智能和精确等技术优势及其所带来的人力需求少、资源消耗少和环境负载低等经济和社会效益将使其成为建筑业智能建造发展的关键环节.但3D打印混凝土技术与传统混凝土技术有很大区别,无论是打印材料还是打印装备等都需进行技术变革.本文介绍了3D打印混凝土以层间弱界面和力学各向异性为代表的主要特征;分析了打印间隔、打印速率、挤出形状和打印路径等参数对打印效率和打印结构力学性能的影响;探讨了原材料选择及配合比设计对可打印性能及力学性能的作用;总结了3D打印混凝土力学性能测试方法及发展3D打印混凝土在材料制备和装备研发等方面所面临的主要问题,最后展望了3D打印超高性能混凝土在建筑业智能建造方面的未来前景.     

遗传算法在碳纤维复合材料高速转子优化设计中的应用

对多层结构碳纤维复合材料转子进行了高转速下的静力学分析 ,建立了多层嵌套结构碳纤维复合材料转子的强度与转子的材料密度、转速、纤维铺设角、各层径向壁厚以及各层间过盈配合量间的数学关系式。应用遗传算法进行了转子结构的优化设计 ,解决了多层结构碳纤维复合材料高速转子设计中如何寻求转子最优外形和工艺参数的难题。通过对转子各层的纤维铺设角、各层径向壁厚以及各层间过盈配合量进行优化 ,获得了转子的最佳几何外形和工艺参数 ,使转子的储能密度较优化设计前提高了 1 36 % ,最大限度地提高了转子的储能能力。此优化设计方法为多层嵌套结构碳纤维复合材料转子的储能密度优化设计提供了有效手段     

整体中空夹层复合材料剪切强度分析

为研究整体中空夹层复合材料的层间剪切性能,根据材料的芯材几何结构,建立双菱形剪切力学模型,分析了经纬向剪切工况下芯材根部应力状态.采用最大应力理论推导出材料的剪切强度计算式,并预测了相应的失效模式,试验测试结果证实了理论模型的准确性.在此基础上,根据经纬向剪切强度理论计算式,进一步研究了材料织造参数对剪切强度的影响规律.结果表明:整体中空夹层复合材料的经纬向剪切强度随芯材高度的增加而降低,但随绒经纱号数或绒经密度的增加而显著提高;经向剪切强度不随芯材倾角变化而变化,而纬向剪切强度随芯材倾角的增大而增加.     

碳纤维增强树脂基复合材料力学性能预测

利用有限元软件ABAQUS作为建模计算平台,应用Python语言编程,实现了纤维增强复合材料有限元模型中纤维体积分数含量的控制和各向异性材料局部坐标与整体坐标下输出变量的转换,对碳纤维增强树脂基复合材料的基本力学性能进行了预测,提出了预测纤维增强复合材料基本力学性能的新方法.可对不同性能的纤维、基体材料、不同纤维体积分数含量、不同纤维铺设铺层角度、不同加载方向的纤维增强复合材料的力学性能进行预测.     

2.5D C_f/SiC复合材料磨削工艺试验研究

为研究2.5D C_f/SiC复合材料的磨削工艺性能,设计并完成了单因素试验.结果表明:磨削深度ap、砂轮线速度vs及进给速度vw均对2.5D C_f/SiC的磨削性能评价参数(表面形貌、表面粗糙度及磨削力)产生影响,其中磨削深度对评价参数的影响最大,进给速度影响最小;经向纤维及纬向纤维的支撑效果具有很大差异,导致不同的磨削加工缺陷形式;2.5D C_f/SiC的主要缺陷形式包括界面脱粘、裂纹、纤维露头及拔除;不同加工参数及纤维方向会导致磨屑出现一定的差异.根据试验结果对2.5D C_f/SiC的磨削加工机理进行了考察分析,为2.5D C_f/SiC的磨削加工理论的研究提供了重要的技术支撑.