基于3D打印技术树脂蜂窝复合材料夹芯结构的力学性能研究

本文利用增材制造技术制备了Bi-grid、Tri-grid、Quadri-grid和Kagome-grid 4种闭孔芯子结构,其与上、下面板胶粘在一起形成复合材料夹芯结构。利用有限元分析及三点弯曲测试,研究4种不同闭孔夹芯结构在弯曲载荷作用下的力学响应行为,并观察不同结构的破坏形式。结果表明:Bi-grid闭孔夹心结构的失效模式为芯子与面板的脱粘,而其他三种结构的临界破坏方式为芯子的剪切破坏。试样面板应力集中区域位于上面板的加载区域及下面板的支撑区域,芯子应力集中区域位于加载与支撑之间。Quadri-grid闭孔夹芯结构的力学性能优于其他三种结构。     

碳纤维/PMI复合材料在湿热环境下的损伤扩展分析

运用三点弯曲试验研究和数值模拟的方法对新型材料碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料在高温湿热的弯曲性能以及损伤扩展进行了分析。研究结果表明：复合材料在高温湿热下的弯曲破坏载荷误差为9.13‰,预测了复合材料在湿热环境下的最大破坏载荷和破坏趋势。同时发现复合材料在湿热环境下的破坏机制：夹芯结构首先发生芯层压缩失效,然后才是剪切失效,结构最后的破坏是由剪切失效引起的,损伤扩展过程与试验保持一致。     

修复方式对蜂窝夹芯结构弯曲性能的影响

针对夹芯结构经常出现的三种损伤方式:单面板损伤、单面板和蜂窝损伤以及穿透性损伤,利用真空袋压工艺,采用高强玻璃布补片和Nomex蜂窝芯作为修补材料,通过复合材料胶接与挖补修复工艺对损伤结构进行修复,主要探讨了修复前后不同损伤孔径对其弯曲性能的影响。结果表明,三种损伤方式对蜂窝夹芯结构的最大载荷和弯曲刚度都有很大影响;三种损伤方式的夹芯结构的最大载荷和弯曲刚度都随着损伤孔径的增大而降低;用复合材料胶接与挖补工艺对三种损伤方式的夹芯结构进行修复,能大大提高受损结构的弯曲性能;修复后的最大弯曲载荷达到完好夹芯结构的80%以上,修复后的弯曲刚度达到完好夹芯结构的85%以上。     

脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响

为研究脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响,采用ABAQUS/Explicit有限元分析平台,结合VUMAT子程序,建立基于渐进损伤失效理论的有限元分析模型。开展无损伤和三种不同直径脱粘的平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能试验,并将结果与有限元分析结果进行对照。研究表明:试验与有限元仿真得到的失效载荷和破坏模式吻合很好,验证了所建立有限元模型的正确性;无损伤和含不同直径脱粘的平纹编织面板蜂窝夹芯结构在侧压作用下的破坏模式均为面板屈曲、压缩断裂以及蜂窝芯子的压缩破坏;脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压承载能力的影响较小,面板是侧向压缩的主要受力部分;随着脱粘直径增大,载荷位移曲线波动更剧烈且波动频次更高;胶层损伤主要发生在临近脱粘的较小区域,对结构整体性能影响很小;面板的损伤从自由边沿垂直于承载力的方向扩展,直至断裂。     

PMI泡沫芯材填充GFRP帽型筋梁弯曲性能研究

通过三点弯曲试验得到聚甲基丙烯(酰)亚胺(PMI)泡沫芯材填充玻纤增强塑料(GFRP)帽型筋梁的弯曲性能数据,发现该结构有较好的延性,破坏形式较为安全.采用有限元方法对试验进行了数值模拟,得到了与试验相符的模拟结果,证明了数值模拟的可行性.在此基础上研究了泡沫芯材倾角、宽度、厚度的变化对结构刚度的影响并进行了数值计算,进一步考虑工艺等因素得出用于电动汽车车身覆盖件的PMI泡沫芯材填充GFRP帽型筋梁的优化设计参数.     

熔融沉积成型木塑复合夹层板的弯曲性能

采用熔融沉积成型(FDM)制造方法,以木塑复合线材为原料,利用3D打印软件Ultimaker Cura的“填充结构”功能设计网格、直线、三角形等13种芯层结构(二维6种、立体7种),并将其与纸板粘接得到木塑复合夹层板。利用三点弯曲测试,研究不同夹层板的破坏失效形式与弯曲性能。结果表明:木塑夹层板的失效模式主要有弹性变形、面板起皱、芯子剪切和芯子压溃。在13种芯层结构中,立体的同心3D芯层结构夹层板弯曲性能最佳,弯曲模量和静曲强度分别为159.56 MPa和4.85 MPa,分别是网格芯层结构夹层板的5.4倍和2.3倍,具有较强的抗弯曲变形能力,适合于设计制造轻质高强度制品。     

三维角联锁机织复合材料弯曲抗疲劳性能有限元分析

使用三维绘图软件PRO/E 5.0绘制出三维角联锁机织复合材料结构模型,借助有限元软件ANSYS Workbench对该结构模型的弯曲疲劳性能进行分析。在复合材料弯曲静力学分析的基础上,添加疲劳工具对复合材料的抗疲劳性能进行分析,通过复合材料纤维、树脂各自的寿命、损伤分布云图分析复合材料的抗疲劳性能。结果表明:弯曲载荷作用下,复合材料与弯曲压头接触的位置表现出更大的弯曲应力;这些位置在较小循环载荷作用下较早发生破坏;与测试方向平行的纬纱较经纱发生更严重的破坏。     

玻璃纤维泡沫夹芯板挖补修理弯曲性能试验与有限元模拟

针对玻璃纤维泡沫夹芯结构关于维修结构性能研究的缺失,本研究完成了玻纤泡沫夹芯板的维修和弯曲性能测试,并在试验基础上建立了结构有限元模型,进行了强度与刚度的试验数据验证。得到结论如下:通过试验结果,简化了有限元分析模型中的胶层设置;将泡沫芯体和玻纤面板的破坏载荷作为结构的初始与最终破坏载荷,仿真计算的破坏载荷较试验平均载荷超出18. 92%,较最大试验破坏载荷超出7. 14%;应用线性阶梯载荷步表征模型的应变趋势,在线性变形区域与试验符合较好,在受压面板,最大偏差为11. 2%,在受拉面板,最大偏差为24. 3%。表明该玻璃纤维泡沫夹芯修补结构的有限元模型分析精度较高,具有较强的工程实用性。     

碳纤维增强复合材料桥梁弯曲破坏过程有限元模拟

利用MTS-810型万能强力机测试复合材料桥梁的弯曲性能,得到复合材料桥梁载荷-挠度曲线和弯曲破坏形态。基于复合材料桥梁的真实结构,建立连续实体壳单元桥梁模型,运用商用有限元软件Abaqus/Explicit计算桥梁的弯曲破坏过程。计算得到的载荷-挠度曲线与试验具有较好的一致性;破坏位置均发生在支撑辊的位置;复合材料桥梁的破坏模式主要表现为纤维断裂、基体开裂、分层破坏以及腹板屈曲失稳。研究结果表明,有限元法用于复合材料桥梁的性能预测和优化设计是有效的。     

缝合增强泡沫夹芯结构复合材料力学性能研究

采用机械缝合设备连续制备了"X"型构型缝合增强泡沫夹芯结构预成型体,并采用真空导入模塑工艺(VIMP)整体成型了缝合增强泡沫夹芯结构复合材料。实验研究了面板纤维布层数、面板纤维布穿透缝合层数、缝合角度、缝合针距及纱线股数对缝合增强泡沫夹芯结构复合材料弯曲性能和平压性能的影响规律。实验结果表明:与未缝合结构相比,缝合结构在质量未明显增加的情况下,弯曲性能和压缩性能得到了显著提高,其弯曲刚度最大提高了4.66倍,破坏载荷最大提高了13.8倍;压缩强度和压缩模量最大分别提高了26.2倍和15.2倍。     

穿孔位置对单向层板弯曲刚度的影响

对不同穿孔位置单向板分别在筒支和固支约束方式下的弯曲刚度进行试验研究，并进行了有限元建模和数值计算。有限元计算结果和试验结果吻合良好。研究结果表明，穿孔面积比相同时，在不同的约束条件下穿孔位置对弯曲刚度的影响不同；在弯矩最小处穿孔的单向层板具有最大的弯曲刚度。     

纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料的弯曲性能研究

本文主要对高性能纤维的纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料的弯曲性能进行研究分析.本文所用的增强纤维为玻璃纤维和高强聚乙烯纤维两种,增强织物包括玻璃纤维织物、高强聚乙烯纤维织物及玻璃纤维/聚乙烯纤维层间混合织物三种,基体为乙烯基酯树脂,文中着重对几种复合材料的弯曲性能进行测试和分析比较.分析结果表明,该类复合材料有很好的弯曲性能,含有玻璃纤维的横向弯曲破坏有其特点,玻璃纤维为脆性破坏,而聚乙烯纤维表现为屈曲破坏.     

钢化玻璃平整度的控制

分析了钢化玻璃变形弯曲的原因,提出了各种情况下解决钢化变形的方法.     

双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁弯曲性能试验

复合材料夹层结构具有比强度高、比刚度高、可设计性强、耐腐蚀等特点,以聚氨酯泡沫为芯材,以玻璃纤维增强复合材料为面板和格构腹板,采用真空导入成型工艺,制备双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁。对无格构泡沫夹芯复合材料梁,不同腹板高度、腹板间距双向格构增强泡沫夹层复合材料梁进行三点弯曲试验,研究其破坏模式和机理。基于泡沫填充矩形蜂窝芯材的等效十字模型,预估试件的抗弯刚度和挠度,计算值与试验值吻合较好。     

纤维-金属混合夹层梁弯曲性能试验研究

对纤维-金属混合夹层梁(FMS)进行试验,该结构自上而下主要由无碱玻璃纤维、带齿钉金属板、泡桐木、带齿钉金属板、无碱玻璃纤维组成,其中金属板与泡桐木之间采用齿钉相连,金属板与无碱玻璃纤维之间采用不饱和聚酯树脂粘结。通过四点弯曲试验,得到了纤维-金属混合夹层梁(FMS)在不同跨高比下的弯曲性能和破坏模式,并与纤维增强夹层梁(FSS)进行对比,同时根据不同的破坏模式采用不同的理论公式对FMS试件承载力进行验证,结果表明,在跨高比为10、12、16、20、24时,FMS的极限承载力及抗弯刚度均得到了提高,理论求得的承载力值与试验值吻合较好。     

拉挤成型复合材料夹芯桥面板弯曲性能试验研究

拉挤成型复合材料夹芯桥面板系采用拉挤成型工艺制作的轻木夹芯复合材料板材,具有质量轻、强度高、刚度大、耐久性好、生产效率高等优点。本文以杨木、无碱玻璃纤维以及不饱和聚酯树脂为原料,采用拉挤成型工艺制作了复合材料夹芯桥面板,对其进行了三点弯试验,得到了其破坏模式和弯曲力学行为。试验结果表明,与带肋腹板空心桥面板相比,拉挤成型复合材料桥面板弯曲承载力提高了87%,抗弯刚度提高了24%。     

纳米碳管的分散对其增强环氧树脂强度的影响

以纳米碳管增强环氧树脂复合材料为研究对象,研究了纳米碳管在环氧树脂中的分散效果及碳管含量、分散剂的用量和碳管的分散时间对环氧树脂弯曲性能和热性能的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)观察其微观结构.结果表明,纳米碳管的分散对环氧树脂的弯曲性能影响很大,而加入纳米碳管能够显著提高环氧树脂的耐热性.     

层合板切口强度和切口敏感性的试验研究

提出了在复合材料板中人工预制尖锐切口的方法。进行了切口呼无切口试样在载荷方向垂直于和平行于纤维面的三点弯曲破坏试验。测定了玻纤／环氧层合板的切口强发口敏感度。探讨了玻纤／环氧层合板的线弹性断裂力学的适用性，借助复合材料的ＷＥＫ断裂模型估计层合板在尖切口前沿的损伤区尺寸。预测了切口强度。结果表明：对于玻纤／环氧层合板，若根据平面应变和小范围屈服的力不条件选择试样尺寸，则其三点弯曲的断裂应力、等效尖     

玻璃长丝弯曲性能测试与分析

本文采用KES-FB弯曲测试仪和斜面法对不同号数、加捻和无捻的无碱玻璃纱的弯曲性能进行了测试，并对试验结果进行了分析，探讨了纱线号数和加捻对其弯曲性能的影响。     

张力对聚碳硅烷纤维热解过程和SiC纤维性能的影响

用先驱体转化法制备连续SiC纤维,在聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)纤维热解过程中有明显的质量损失和收缩,造成了纤维的弯曲,从而影响了SiC纤维的单丝强度和束丝拉伸性能。为避免纤维弯曲,施加一定的张力对预氧化PCS纤维进行热解。结果表明;张力对于纤维的热解过程,特别是对纤维的伸缩过程有很大的影响。通过施加适当的张力,烧成后的SiC纤维平直,丝间的平行度明显改善,单丝强度和束丝拉伸性能均有提高,纤维的晶粒尺寸有一定的增加。加张力烧成中较佳张力为每束丝0．049～0．147N,SiC纤维的单丝强度达1．42GPa,提高20％左右。