碳纤维复合材料胶铆接头静态拉伸和循环拉伸失效行为

对碳纤维复合材料(CFRP)的胶接、铆接、胶铆混合接头进行静态拉伸和循环拉伸疲劳实验,对3类接头的连接强度及失效行为进行分析,预测该接头达到106循环次数时的载荷水平。对胶铆接头中胶接和铆接的贡献进行讨论,分析拉-拉疲劳失效过程中CFRP层合板、胶层、铆钉的相互作用。对3类接头在静态拉伸和循环拉伸下的失效机制进行了总结,提出3种改善铆接强度的方案。结果表明：胶接对胶铆混合接头强度起决定性作用,铆接对接头起到“二次保护”的作用;所研究的CFRP胶铆混合接头,在80%、65%、55%、45%静态最大载荷水平下的疲劳寿命分别为8 174、22 568、95 014、331 916次。在37.1%的载荷水平下该接头的拉-拉疲劳寿命可达10⁶次;铆钉孔的开裂是CFRP铆接及胶铆混合接头的主要失效形式,在铆出侧增加垫片与在铆钉孔表面涂敷结构胶2种方法可提高铆接强度30%左右。     

非平衡刚度胶-铆混合连接接头特性及失效机制

为解决汽车轻量化中混合材料车身的异质材料连接问题,研究了碳纤维增强环氧树脂复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）与铝合金非平衡刚度四钉压铆-胶接混合连接接头力学性能及失效机制.基于重导入和预定义场技术,建立了CFRP/Al非平衡刚度混合连接接头的非线性有限元分析模型,据此对混合连接压铆、回弹及拉伸载荷渐进失效机制进行仿真;对混合连接与单一连接力学性能和失效形式进行了对比分析.结果表明,所提出的建模方法能够同时考虑铆接成型过程和混合连接工艺顺序对混合接头连接特性的影响,混合连接最大载荷及能量吸收预测误差分别为2.3%、5.2%,具有较高的性能预测精度;铆接在失效初期对胶接具有加强作用,失效形式为先胶层失效后铝板拉伸失效,仿真与试验结果较为一致.      

拧紧力矩对复合材料层合板与金属板连接强度影响

航空发动机结构复杂,状态变量多且相互之间存在着严重非线性特征,传统的基于物理失效模型的方法难以精确地预测发动机的剩余寿命（RUL）。针对此问题,采用改进的卷积神经网络(CNN)方法对发动机剩余寿命进行预测。预测过程通过建立退化模型,给每个训练样本添加RUL标签;为了更好地提取发动机使用过程中状态变量与剩余寿命之间的相关关系,使用不同的一维卷积核提取序列趋势信息特征;将特征输入构建的卷积神经网络得到剩余寿命的预测值。为了验证方法的有效性,在NASA提供的涡轮风扇发动机仿真数据集(C MAPSS)上进行了测试,并与深度信念网络等方法对比,结果表明改进的卷积神经网络拥有更高的精度。     

复合材料层合板机械连接失效分析及铺层优化

介绍了一种复合材料层合板单钉连接的有限元简化模型，并基于这种模型对5种不同铺层比例的层合板进行计算分析。对计算所得应力结果采用Tsai-Wu判据进行失效判断，并绘出强度比曲线进行分析，得出其中最优的铺层比例方案。通过与实验结论的比较，验证了这种方法的有效性。根据强度比曲线分布，分析铺层比例对层合板机械连接强度的影响规律，并由此得到提高层合板机械连接强度的方法。最后通过一个例子说明了这种铺层优化方法的有效性。     

金字塔型碳纤维点阵-钢混合连接结构力学性能

为考查混合连接结构的力学性能,设计了两种不同形式的样件,通过试验研究了混合连接结构压缩与弯曲性能.结果发现:轴向压缩试验中点阵夹芯结构是连接结构的薄弱环节,芯材剪切引发的脱胶破坏与面板压皱都会引发结构失稳;面板分层是三点弯曲试验中连接结构的主要破坏模式,均发生在结构刚度突变位置,而支座反力的作用会导致点阵树脂基座的破裂,进一步引发脱胶破坏.     

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.     

碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试分析

近年来,碳纤维复合材料以其导热性能好、质量轻、强度高的优点在众多领域（如核工业、外空间等）中得到了广泛应用。其与金属的连接主要采用扩散焊、钎焊、胶结、螺栓等方式,在进行钎焊时,大部分的钎料的表面都不湿润,常要在高真空、高温环境下使用活性钎料进行钎焊。不同种类的钎料,接头强度也会具有较大差异。该文主要分析了碳纤维复合材料与常见金属（铜、铝合金）的连接方法,并介绍了接头力学性能的测试方法。     

复合材料层合板的强度鲁棒性特征

针对复合材料强度行为的复杂性和准确预测的困难，首次提出复合材料强度鲁棒性的概念，即研究复合材料强度相对各种影响因素的变动所具有的稳定性特征，为复合材料的合理设计与利用提供新的分析思路和手段，通过对CFRP层合板进行试验和数值分析对比研究，讨论了加载方向对初始层失效应力（初始强度）的影响，在确认有限元计算的有效性之后，进一步讨论了加载方向以及单层板弹性常数的小范围变动对强度的影响。结果表明，为了获得较稳定的强度特征，当弹性模量E1较小时，应尽量控制E1本身的变动，而在E1较大的情况，控制加载方向的偏离更为重要。     

高分辨率相机的碳纤维复合材料主次镜连接筒设计

分析了共轴三反光学系统中主次镜间距和光轴倾斜量对MTF的影响,计算确定了碳纤维复合材料连接筒的铺层合理形式,完成了复合材料连接筒的优化设计。通过有限元软件MSC．nastran对设计结果进行了分析,结果表明所设计的碳纤维复合材料连接筒满足了高分辨率相机连接筒结构端面变形量小于2μm的刚性使用要求。     

T700碳纤维增强复合材料螺栓连接的渐进损伤分析

为了研究及预测T 700碳/环氧复合材料螺栓连接的失效模式和失效载荷,建立基于蔡吴准则的T 700碳纤维复合材料[45_3/90_3/-45_3/0_3]_s双搭接螺栓连接的渐进损伤模型;采用渐进损伤模型分析了不同孔端距/孔直径(E/D)值对螺栓连接失效载荷的影响。结果表明:复合材料中90°铺层损伤最为严重,±45°铺层相比90°铺层损伤较少,0°铺层损伤与其他铺层相比最低。当E/D≤3时,E/D的增加能显著提高失效载荷;当E/D3时,E/D的增加对失效载荷的提高不明显,表明整体预测误差在8%以内,可见该渐进损伤模型可以较好地预测螺栓连接的失效模式及失效载荷。     

铺层角度对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度的影响

为了准确计算复合材料等效刚度,指导复合材料设计过程中铺层角度的选择。该文基于经典层合板理论,建立了考虑拉剪耦合效应的三维层合板等效刚度计算方法。基于该方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度随铺层角的变化趋势进行了分析,结果显示:随着铺层角θ_1的增加,铺层方式为(θ_1)_(25)/(θ_2)_(25)的层合板的面内轴向刚度E_x、横向刚度E_y的变化曲线包含变化率显著不同的两个阶段;法向刚度E_z呈正弦变化趋势且当正交铺层时有最大值;面内剪切刚度G_(xy)在θ_1=45°且θ_2=135°时有最大值;面外剪切刚度G_(xz)和G_(yz)变化曲线关于θ_2=90°对称。通过比较层合板与单向板等效刚度发现,选择合适的铺层角度组合能够有效提高结构的法向刚度和面内剪切刚度。     

碳纤维复合材料与高强度钢板螺栓连接拉伸性能

以单螺栓单剪连接[0°/90°]4s环氧树脂基碳纤维增强复合材料(CFRP)/高强度钢板(DP980)为研究对象,对接头宽度和端距进行了匹配设计,用试验和仿真手段,分析连接结构在承受拉伸载荷作用时的失效过程和破坏模式.结果表明:接头宽度和端距对接头破坏模式影响很大,接头宽度对接头刚度影响较大,端距对接头刚度影响较小,一定范围内接头宽度和端距对接头强度影响均较大;接头宽度与螺栓孔径的比值≥6、端距与螺栓孔径的比值≥3时,接头强度趋于最大值,并且破坏模式以挤压破坏为主;二次弯曲对CFRP/DP980接头强度影响很大.     

考虑双模量影响的复合材料销钉连接失效分析

摘要： 针对复合材料层压板销钉连接结构连接特性,提出一种考虑双模量影响的破坏载荷的数值模拟方法.考虑复合材料在拉伸和压缩应力状态下弹性模量的不同,根据材料所处应力条件选择适当的刚度矩阵,以三维Hashin准则作为单向复合材料层压板的失效判据,采用Camanho的刚度折减模型,将3组不同厚度和铺层的复合材料层压板破坏载荷的试验结果与考虑双模量影响和仅用拉伸模量的有限元模拟结果进行对比.结果表明,考虑双模量影响的有限元模型能够更加准确地预测最终层压板销钉连接结构的破坏载荷.     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.     

Al2O3p/40Cr复合材料的热震失效机理

采用挤压铸造法制备了Al2O3p/40Cr表层复合材料,研究了复合材料在热震过程中裂纹萌生和扩展的机理。复合层厚度为5mm,Al2O3颗粒体积分数为56%;热震试验采用650℃保温5min、20℃水冷,反复循环。结果表明,在弱机械结合情况下,由于空气中的氧气和铁生成的氧化物与基体在热膨胀系数和弹性性能上不匹配,裂纹首先在氧化层中萌生,随着氧化层厚度增加,会加速裂纹的生长;从各个方向生长的裂纹相遇时会搭接在一起,形成比较大的宏观裂纹。此机理与WC等其他颗粒增强复合材料的热震失效机理有着显著差异。热震15次后,试验材料在复合层和基材的宏观界面出现大裂纹。     

破片侵彻含内衬碳纤维复合材料圆筒损伤机理

为研究含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的损伤机理,基于LS-DYNA有限元仿真软件,采用Chang-Chang损伤准则和Cohesive界面单元,建立了考虑分层损伤的含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的数值仿真模型。通过仿真计算破片对碳纤维复合材料圆筒的动态侵彻过程,得到了碳纤维层和金属内衬层的应力云图和损伤结果,研究了含内衬复合材料圆筒在破片侵彻作用下的损伤机理、吸能特性和破片初始速度对复合材料圆筒损伤模式的影响。研究结果表明：含内衬复合材料圆筒的损伤状态包括纤维断裂、层间分层、内衬凹陷、内衬破孔和复合材料层与内衬层分离。当破片速度为300 mm/s时,复合材料层的层间分层损伤程度处于较低状态,内衬层凹陷程度最大并形成破孔,复合材料层和内衬层的分离程度最大,内衬层的吸能比达到最大;当破片速度小于300 mm/s时,破片未完全穿透圆筒,复合材料层和内衬层的损伤程度较低,复合材料吸能比大于内衬层吸能比;当破片速度大于300 mm/s时,复合材料层的损伤模式为剪切冲塞,层间分层面积逐渐增大,内衬层凹陷程度逐渐降低,分离程度逐渐降低,内衬层吸能比降低并稳定在0.53左右。     

碳纤维／环氧树脂复合材料的热氧老化机理

以碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象，分别采用失重法、静态与动态（DMTA）力学性能测试和IR分析，研究了其热氧老化规律与机理。结果表明：在热氧老化条件下，碳纤维/环氧树脂复合材料的失重率与时间之间的关系服从指数规律；其弯曲强度保留率在25℃热氧老化条件下与老化时间无关，而在100和150℃条件下则随时间呈指数规律衰减，并且温度越高，其弯曲强度保留率下降越快；DMTA与IR分析结果一致，25和100℃的条件下，碳纤维/环氧树脂复合材料的老化形式为物理老化，而在150℃的条件下，则既有物理老化，又有化学老化。     

碳纤维/ZnO复合材料的制备和性能研究

通过对碳纤维表面进行修饰,利用低温液相沉淀法制备了碳纤维/ZnO复合材料并对其结构、形貌和发光性能进行了研究.结果显示,样品的紫外-可见吸收峰约为376nm,相应的带隙宽度约为3.30eV.由样品的荧光光谱得出,样品除了具有位于384nm的微弱的近带边紫外发光峰之外,还有位于597nm的强的绿光发光带.样品经过退火之后,绿光峰降低.这可能归于ZnO中氧空位的减少.通过对原始样品和经过退火处理样品的荧光光谱的研究得出,样品的绿光发射归于氧空位.     

碳纤维/环氧树脂复合材料的应用开发新动向

本文综述了碳纤维/环氧树脂复合材料在我国各个领域中的应用现状及新动向,主要包括在风力发电、宇航材料、交通运输、建筑工程、化工防腐、体育娱乐等六个领域的应用进展。     

失效准则对工程估算复合材料连接强度的影响

通过数值计算方法确定特征长度和特征曲线.以三种连接试验件作为分析对象,利用六种不同的失效准则进行失效判定和连接强度预估,并与实测结果进行对比.通过计算发现,利用不同的失效准则,预估的结果明显不同.其中Tsai-Wu准则的误差最大,其他五种失效准则中误差水平相当,对不同试验件各有优劣.因此,推荐使用相对简单的Yamada-Sun准则.