平纹铺层及三维角联锁复合材料热氧老化后低速冲击及剩余弯曲性能

以平纹铺层和三维角联锁碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,探究其在180℃高温下分别老化4、8、16和32 d后的低速冲击响应,并结合其冲击后弯曲性能,比较两种结构复合材料抗冲击性能随老化时间的变化规律。结果表明:随着老化时间的增加,冲击加载下平纹铺层和三维角联锁纤维环氧树脂两种复合材料试件的最大冲击载荷减小,能量吸收率增大,承载性能退化;相同老化条件下,三维角联锁结构试件的剩余模量和强度保留率均高于平纹铺层试件。两者微观形貌的分析表明:平纹铺层结构试件易在热氧老化过程中形成连续的层间裂纹,并在外加载荷作用下扩展造成层间失效;三维角联锁结构试件因厚度方向的接结纱作用,界面裂纹扩展受阻,从而缓解热氧老化引起的界面性能退化。     

碳纤维/环氧树脂复合层板脱层破断的微观过程与断裂韧性的关系

对不同铺设角[ θ6/-θ6]碳纤维／环氧树脂复合层板进行了断裂韧性Gc的测试，并用扫描电镜对脱层破坏后的微观断口形貌进行了观察．通过研究，将层板的微观破断机制同宏观力学性能相结合，讨论了其内在规律，并探讨了提高层板断裂韧性Gc的有效途径．     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。     

两种复合材料冲击后压缩强度对比研究

冲击后压缩试验是评定复合材料材料损伤容限的关键试验,对两种重要的国产复合材料CCF300/Ma001和CCF300/Ma002进行冲击后压缩试验研究,以获取材料体系的损伤容限性能数据以及评估增韧树脂对损伤容限的改进效果。冲击试验的结果显示,在相同冲击能量下,当冲击能量小于20 J时采用增韧树脂Ma002的复合材料冲击凹坑深度与采用Ma001树脂的复合材料凹坑深度接近;而当冲击能量大于20 J时,Ma002体系复合材料凹坑深度仅有Ma001体系复合材料凹坑深度的大约1/2。冲击后压缩试验结果显示,当冲击能量和凹坑深度相同时,Ma002材料体系复合材料的剩余强度比Ma001体系复合材料剩余强度高约20%。对比分析试验结果证明增韧树脂体系Ma002复合材料的冲击韧性和损伤容限都高于未增韧体系Ma001复合材料。     

复合材料铺层板低速冲击作用下损伤的有限元分析

建立了分析纤维增强树脂基复合材料层合板在横向低速冲击作用下损伤和变形行为的有限元模型.针对铺层板的层内损伤,在采用应变描述的Hashin失效准则的基础上,建立了单层板的逐渐累积损伤本构模型;针对铺层板的层间脱层损伤,使用界面单元模拟层间粘接区域,在采用力与相对位移表示的材料模型的基础上,建立了各向同性脱层损伤模型,通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义界面损伤演化规律.计算模型通过有限元软件ABAQUS/Explicit的材料模型用户子程序实现.使用该计算模型对铺层方式为(04,904)S的碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板在不同横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析,并将数值仿真结果与试验结果进行了比较,验证了所提出模型的正确性.     

温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在20~300℃下的面外冲击压缩性能,分析了温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响规律.研究结果表明:温度对三维编织复合材料的冲击压缩性能具有明显的影响,三维编织复合材料的面外压缩刚度、失效应力和能量吸收随着测试温度的增加而下降,失效应变则随着测试温度的增加而增加;三维编织复合材料的失效模式主要为剪切破坏,随着测试温度的增加,破坏越明显.     

双层混杂纤维/炭黑改性环氧树脂复合材料的制备及其吸波性能

通过采用整体压制的方法制备了双层混杂纤维/炭黑改性环氧树脂复合材料,对其吸波性能进行了研究。结果表明:随着炭黑含量的增加,材料的反射衰减峰向低频移动,当炭黑含量较高时,吸收主要作用在低频波段,且存在明显的双反射衰减峰。当炭黑含量为6%时,在13.6 GHz处反射衰减峰值可达-20.6 dB,≤-10 dB的有效带宽为3.6 GHz。当炭黑含量为8%时,双反射衰减峰分别在10.6 GHz和7.8 GHz,峰值分别为-17.0 dB和-14.9 dB,≤-10 dB的有效带宽为6.7 GHz。     

压电层合板的结构特性及优化分析

基于三维弹性和压电理论 ,用幂级数展开方法得到了压电层合板静态特性的三维解 ;给出了压电层与基体之间剪应力、位移、电势的三维分布图 ;讨论了工程中常用的 2类压电材料在感知和作动情况下沿压电材料厚度方向电势的分布情况 ,分析了电势可看作线性分布的条件 ;讨论了压电层及粘结层厚度变化对层合板变形的影响 ,并作了优化分析 .     

碳纤维复合材料层合板在低速冲击下的力学响应

利用改进的霍普金森杆对不同铺层方式的碳纤维复合材料层合板(CFRP)进行低速冲击试验,分析不同铺层顺序下,CFRP层合板的动态力学响应。搭建了基于高速三维数字图像相关方法(3D-DIC)的实验测量系统,该系统由3台高速相机组成,其中两台组成3D-DIC观测系统,用于三维成像,另外一台记录子弹飞行姿态,从而计算子弹飞行的速度。利用3D数字图像相关技术可以得到层合板损伤后的位移场,然后进行差分得到材料损伤后的应变场。利用ABAQUS/Explicit仿真软件对试验结果进行模拟,试验结果和模拟结果吻合较好,从而验证了3D-DIC在研究碳纤维复合材料层合板抗冲击性能中的有效应用。     

机织针织混编复合材料的冲击拉伸性能及有限元模拟

用分离式霍普金森杆(SHTB)装置测试机织针织混编(CWK)复合材料在高应变率下的应力-时间曲线及破坏形态;根据材料结构建立简化模型,即将针织纱力学性能强化到树脂中,形成等效树脂,并计算等效树脂的刚度矩阵;结合等效树脂和机织纱性能,运用有限元分析软件ABAQUS模拟材料冲击拉伸过程,并比较试验与模拟结果.研究结果表明,应力-时间曲线以及破坏形态具有较高的一致性,简化模型能很好地预测混编复合材料的冲击拉伸性能,对设计其他混编复合材料具有一定的应用价值.     

反对称角铺设层合板在面内双向压缩作用下的屈曲和后屈曲

本文以挠度为摄动参数,采用摄动法研究了四边简支反对称角铺设层合板在面内双向压缩作用下的屈曲和后屈曲性态.本文同时讨论了铺设角、镝层数、载荷比及初始几何缺陷对层合板屈曲和后屈曲性态的影响.     

对称角铺设矩形叠层复合材料板受低速冲击时的解层破坏分析

研究了低速冲击作用下复合材料结构破坏行为与冲击速度及材料属性间的关系.采用碰撞力分段模型和一阶剪切理论分析了给定初始速度的铁球与四边夹支的叠层复合材料板中心发生碰撞的动力学行为,包括碰撞力及表面沉陷随时间的变化规律;然后根据忽略厚度的界面模型假设及简化的Tsai-Wu张量破坏准则对叠层复合材料板的解层破坏进行了计算和分析.结果表明最大碰撞力与初始碰撞速度成正比,夹支矩形叠层复合材料板的解层破坏区域最先出现在应力幅值较大的中轴线及边界附近,并随初始碰撞速度的增大而扩展并改变几何形状.     

Prediction of Final Velocity of Aramid Fabric-Resin Composite Laminates Subjected to Ballistic Impact

The strain rate effects of aramid fiber material, quasi-static and ballistic impact perforation of composite laminates made of aramid fabric and phenolic resin/PVB are investigated respectively by means of MTS, split Hopkinson tension bars and ballistic impact apparatus. The tensile impact experiments on aramid fiber material are performed in strain rate range from 0.01/s to 1000/s. Experimental results show that the mechanical properties of aramid fiber material are insensitive to strain rate in the range from 0. 01/s to 1 000/s. An energy model to predict final velocity of composite laminates subjected to ballistic impact is proposed on the basis of experimental data of quasi-static perforation through the targets. The predicted final velocities show good agreement with the experimental final velocity.     

玻璃/纤维环氧复合材料静态拉伸试验

在描述纤维增强复合材料试件的拉伸实验中,根据试件中纤维的展布方向与拉伸荷载方向的夹角,把试件做成0°~90°每15°一个试件,并分为3种方案测出复合材料试件各个角度下的弹性模量、泊松比和应力应变曲线等参量。实验结果表明:当纤维展布方向与外载荷方向一致时,纤维对材料的增强效果最为明显;不同主纤维角度试件的弹性模量、弹性强度、极限强度和能量释放率等参量随主纤维角度的变化趋势一致,先急剧下降然后缓慢的升高。     

热固性酚醛树脂固化环氧树脂反应动力学研究

文章采用非等温DSC法研究了酚醛/环氧树脂/TA催化剂体系热固化动力学:Friedman法确定了固化动力学参数,动力学模拟建立了固化机理模型函数。结果表明:该体系放热曲线存在一个放热峰;可用Bna反应模式机理函数描述热固化反应过程,反应模式为枝状成核的自催化反应。由模型函数得出的反应时间与反应程度关系发现:温度为160℃,反应时间为30m in时,该体系反应程度达到了90%,为固化工艺条件的选择提供了依据。     

可反应性纳米SiO_2/聚己内酯杂化材料的制备和结晶性能研究

以己内酯和可反应性纳米二氧化硅为原料,在辛酸亚锡的催化作用下,原位制备了纳米SiO2/聚己内酯(PCL)杂化材料,利用红外光谱、热重分析仪和差示扫描量热仪对杂化材料的界面结构和结晶性能进行了研究.结果表明,纳米SiO2上的环氧基团在聚合过程中参与了反应,使纳米SiO2与PCL之间产生了强烈的界面作用,而且纳米SiO2的引入促进了PCL的结晶,增加了其结晶度.     

银氨蒙脱土／聚丙烯酸钠-丙烯酰胺复合材料的制备与调湿抗菌性能

通过插层聚合方法,制备出银氨蒙脱土／聚丙烯酸钠-丙烯酰胺共聚物复合调湿抗菌材料,并对材料的表面形貌、结构、吸放湿和抗菌性能进行了研究．实验结果表明,共聚物复合调湿抗菌材料的结构疏松,表面存在较大孔隙;丙烯酸．丙烯酰胺分子单体经插层聚合成功地引入到蒙脱土层间,层间距扩大为2．143nm．与聚丙烯酰胺、银氨蒙脱土／聚丙烯酰胺材料相比,银氨蒙脱土／聚丙烯酸钠-丙烯酰胺共聚物复合材料具有较高的吸放湿容量和吸放湿速度;且对大肠杆菌和藤黄微球菌具有较强的抑菌效果,抑菌率均在90％以上．     

水性环氧树脂/丁苯橡胶复合改性乳化沥青的制备及性能

采用先乳化后改性的方式制备水性环氧树脂(waterborne epoxy resin,WER)/丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber,SBR)复合改性乳化沥青,通过室内试验分析筛上剩余量、储存稳定性、蒸发残留物三大指标、布氏黏度研究不同水性环氧树脂掺量对复合改性乳化沥青性能的影响,并采用荧光显微镜对复合改性乳化沥青的改性机理进行分析.试验结果表明:随着水性环氧树脂掺量的增加,乳液的筛上剩余量呈上升趋势,储存稳定性先下降后上升,当水性环氧树脂掺量为4％,乳液的储存稳定性达到最低;蒸发残留物针入度逐渐降低,软化点逐渐提高,5℃延度先上升后下降,布氏黏度显著提高,高低温性能有所提高;荧光分析显示:3.5％SBR+4％WER的复合掺量下,形成致密的三维网络骨架结构.     

水性环氧树脂/纳米SiO_2疏水涂层的制备与表征

疏水材料的低成本化以及合成工艺简单化一直以来备受关注,本文提出了一种简单有效的疏水涂料合成方法。通过将纳米SiO_2与水性环氧树脂复合得到疏水涂料,并测定了浸涂后涂层的微观形貌和接触角。结果表明:复合疏水涂层具有微纳凹凸结构。在本试验条件下,单粒径15 nm SiO_2添加下制备的涂层接触角最大为141°;双粒径纳米SiO_2掺杂能够有效提高涂层疏水性,涂层的最大接触角为155°;3种粒径的纳米SiO_2分别在相同添加量的情况下,粒径的差异对涂层疏水效果影响不大。     

压剪组合作用下复合材料壁板的后屈曲承载能力

通过复合材料加筋壁板后屈曲有限元分析,预测盒形薄壁结构在弯扭组合作用下的承载能力.壁板基于修正的一阶剪切理论,四边简支,变形时保持直线.后屈曲分析采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术.定义了三种逐渐破坏状态,利用Hoffman准则,考虑单层板的破坏对于刚度的影响,确定壁板的后屈曲承载能力.数值计算结果表明,复合材料加筋壁板屈曲后有相当大的后屈曲承载能力,预测结果与复合材料盒段弯扭组合试验结果符合良好.