初始裂纹对碳纤维层合板断裂韧性影响的研究

采用碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料层合板材料,制取了不同初始裂纹长度的试样,采用三点弯曲试验得到其弯曲断裂载荷-位移曲线,并采用柔度变化率的方法确定起裂点,用J积分的远场公式来计算JIC值。结果表明:碳纤维复合材料层合板具有"假塑性"的力学行为;随切口深度a/W增加,起裂点载荷值减小,并且当切口深度比较浅时,JIC值不稳定。     

层状梯度结构SiC颗粒增强铝基复合材料的损伤分析

通过对不同层深的 Si C颗粒增强复合材料的损伤过程分析发现其损伤过程分为三个阶段 :高速率线性阶段、低速率平缓阶段及损伤加速阶段。梯度结构材料的芯部高塑性层或颗粒增强铝基复合材料的基体对裂纹扩展有延迟作用     

碳纤维板材与轻合金板材自冲铆接头性能研究

为探究用自冲铆接技术连接碳纤维复合材料与轻合金板材的可行性以及接头的静力学性能,选取碳纤维增强复合板(CFRP)与AA5052铝合金板(5052)进行自冲铆接试验,分析接头的成形质量,利用电液伺服材料试验机对接头进行拉伸-剪切试验,分析接头的失效形式、失效载荷以及能量吸收值。结果表明:用自冲铆接技术连接碳纤维增强复合板与铝合金板材时,应使用碳纤维材料作为上板;CFRP-5052自冲铆接头的失效形式均是上板材料纤维丝的断裂以及层间开裂,并且上板厚度越大,失效载荷以及能量吸收值越大。     

复合材料/铝合金黏接-自冲铆接头力学性能

为探究碳纤维复合材料黏接-自冲铆复合接头力学性能,对厚度为1.5 mm的碳纤维复合材料及5052铝合金板材分别进行自冲铆接,结合dp460环氧树脂黏接-自冲铆复合连接及黏接3种不同工艺制作单搭式接头,通过剖面直观检测分析法对接头成形进行质量评价,由拉伸-剪切试验获得各组接头的静破坏载荷及失效位移,并计算相应能量吸收值。结果表明:黏接-自冲铆复合连接工艺可以实现对碳纤维复合材料与5052铝合金板材的有效连接,其复合接头静破坏载荷比自冲铆接接头增加160%,为5 425.2 N;与黏接接头相比,黏接-自冲铆复合接头能量吸收能力更强,是前者的2倍;失效模式为在铆接位置发生纤维层断裂,黏接处发生混合破坏,搭接区域的5052铝合金板上出现纤维层残留;失效机理为铆钉刺入破坏纤维材料的连续性,在黏接剂的作用下断裂的纤维层黏接在上板并与下板分离。     

基于SPH-FEM法Ti/Al3Ti装甲防护性能研究

为研究Ti/Al_3Ti层状复合材料靶板在不同撞击时刻的损伤情况及失效形式,通过SPH-FEM模拟钨合金弹侵彻Ti/Al_3Ti层状复合材料靶板的过程,探讨其防护性能。模拟结果表明:在高速冲击载荷作用下靶板产生花瓣形开裂,伴随有不同程度的剥离;Al_3Ti层中出现径向沟槽状损伤裂纹,并出现部分脱落现象。Ti/Al_3Ti特殊的叠层结构使层间裂纹不断改变其扩展方向,发生裂纹偏转,增加裂纹扩展路径,使材料吸收更多的冲击能量,从而具有良好的装甲防护性能。     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤特性研究

以碳纤维复合材料层合板为研究对象,针对低速冲击损伤进行落球低速冲击数值模拟与试验研究,用三维Hash-in失效准则与内聚力单元相结合分析3种不同冲击能量下层合板的损伤演化规律,在试验过程中引入数字图像技术(digital image correlation,DIC)对冲击过程进行实时监测.结果表明:碳纤维复合材料层合板的损伤面积随低速冲击能量增加而增大,低能量以基体开裂为主,高能量以基体开裂和分层为主.用DIC技术得到层合板损伤表面应变规律和集中分布区,与数值模拟结果相验证,误差小于5％.     

连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明：该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。     

冲头形状对复合材料层合板低速冲击力学行为影响研究

为掌握冲头形状对碳纤维复合材料层合板低速冲击响应的影响规律，了解层合板内部的损伤机制与失效模式，用Abaqus有限元软件对层合板进行低速冲击力学行为的数值模拟，为考虑多种失效模式混合，用三维Hashin强度准则与双线性内聚力模型分别预测层合板层内与层间的渐进损伤演化，重点讨论冲头形状对层合板冲击响应的影响规律。数值模拟结果与现有低速冲击试验数据较吻合，最大误差低于5%，验证了模型的可靠性。结果表明：冲击接触面积与穿透程度是造成层合板在不同冲头形状下冲击响应差异的主要原因，冲击接触面积较小的冲头对层合板的穿透程度大，会造成层合板沿厚度方向的损伤积累。冲击接触面积较大的冲头对层合板的穿透程度小，会造成层合板沿面内的层间分层损伤扩展。     

两种廉价宇航新材料——AEROCARB和CARBOFLEX

碳纤维及其复合材料由于比重小、强度和模量高、耐高温、抗烧蚀和综合性能好,广泛被应用于宇航工业。像碳纤维增强碳复合材料(简称碳/碳)、碳纤维增强酚醛树脂复合材料(简称碳/酚醛)可以用作战略导弹头部防热材料和火箭发动机喷管喉衬材料,碳纤维增强环氧树脂复合材料(简称碳/环氧)和碳纤维增强铝合金(简称碳/铝)等可以用作导弹、卫星和运载工具等的结构材料,不但可以大     

预应力作用下复合材料层合板弹道极限响应数值研究

基于正交各向异性复合材料模型,通过施加合理的速度/固定边界条件建立带预应力的凯夫拉纤维增强复合材料层合板弹道冲击数值计算模型。通过试验结果与理论计算对比,验证和评估复合靶板数值模型的有效性及其弹道预测能力。在此基础上,研究不同预应力条件下复合靶板的弹道极限响应。结果表明:复合靶板弹道极限随预应力水平的增加呈"下降→增加→下降"的趋势。在低预应力水平下,复合靶板主要以面外分层损伤为主;在中等预应力水平下,复合靶板以面内拉伸损伤为主;在高预应力水平下,复合靶板出现体积损伤。     

铝合金表面处理对玻璃纤维-铝合金叠层板性能的影响

对铝合金表面经化学法、机械-化学法或化学-阳极氧化法预处理后,再经铺设玻璃纤维布、浸渍环氧树脂、静置固化等过程,获得玻璃纤维-铝合金叠层板;观察分析了铝合金表面和叠层板界面微观形貌,并测试叠层板力学特性。结果表明:3种预处理方法相比较,铝合金表面微孔孔径依次增大、孔数依次增多、分布依次更均匀;化学-阳极氧化法处理的铝合金制备的叠层板界面缺陷少、力学特性好。     

纤维增强复合材料抗弹吸能特性研究

为研究树脂基纤维增强复合材料的抗弹吸能特性和机制,采用4.5 g球形碎片模拟弹,对不同基体的玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料板进行了弹道极限V50和抗冲击贯穿试验,分析了不同冲击状态下各复合材料靶板的吸能特性和破坏特点.研究发现,增强纤维的应变率效应会显著地反映到复合材料板的抗弹吸能特性中,破坏模式决定复合材料板的抗弹吸能能力;弹体冲击入射速度、纤维与基体的界面特性是影响复合材料板抗弹吸能的重要因素.结果表明,在一定速度下的贯穿比吸能试验方法,可有效地评价和比较各树脂基纤维增强复合材料板的抗弹性能,该试验方法是对V50试验方法的有效补充.     

钨丝/非晶复合材料的冲击性能研究

对钨丝增强锆基非晶复合材料在不同温度下的冲击性能进行试验,研究钨丝非晶复合材料的断裂方式,与钨合金比较两者不同的断口形貌。结果表明,钨丝/非晶复合材料冲击韧性低于钨合金,但其受低温影响较小,在-40℃下的冲击功和常温相比基本不变。冲击断口主要有钨丝和非晶基体的剥离,非晶基体的断裂,钨丝的断裂(其中钨丝在横向断裂时有时伴有纵向裂纹)3种断裂方式。     

复合结构活性破片对双层靶标毁伤效应

研究可承受炸药爆炸加载的活性破片毁伤威力具有实际应用意义。通过14.5 mm口径弹道枪加载试验分析铝粉与聚四氟乙烯复合结构活性破片撞击不同组合形式下双层靶标毁伤效应,并采取多元回归分析方法建立活性破片对前层板的穿孔直径和后层板的扩孔面积经验公式。结果表明：在800~1 400 m/s速度范围内,活性破片撞击前层钢板或铝板形成的穿孔直径随着速度、靶厚增大而增加,而撞击碳纤维复合材料板形成的穿孔直径与速度、靶厚无关,且钢板、铝板、碳纤维复合材料板穿孔直径分别是破片直径的1.25~1.62倍、1.08~1.42倍、1.13倍;活性破片对后层铝板或碳纤维复合材料板呈现扩孔撕裂毁伤模式,且前层板强度越大,撞击速度越高,则扩孔毁伤面积越大,同时对碳纤维复合材料板毁伤应着重考虑背面碳纤维与树脂基体剥离分层模式;建立的毁伤效应经验公式准确、可靠,经试验验证其相对误差控制在5%以内,能够为活性破片对双层靶标毁伤评估提供参考。     

芳纶正交结构板材的制作及复合工艺

用芳纶纤维复丝为纤维增强材料,配合环氧树脂为基体材料,进行三维正交结构的板材制作。采用平板硫化机层压成型工艺和真空辅助树脂扩散成型(VARIM)对所制作的板材进行复合工艺处理,探讨不同黏度的树脂配比对成品制作过程的影响。结果表明:芳纶纤维较为光滑,纤维间的摩擦力较小,难以形成稳定的织物结构,需要增加芳纶纤维表面的摩擦性能;树脂与固化剂配比高(即树脂黏度低)的基体材料在复合工艺中渗透能力更强,更易形成由内至外均匀的复合材料。     

碳纤维复合材料构件干磨削砂轮研制及其加工性能研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有硬度高、各向异性、非均质的特性,是典型的难加工材料之一,磨削中极易发生分层和砂轮堵塞现象.结合碳纤维/环氧树脂复合材料构件干磨削的加工需求,研制了磨料群可控排布超硬磨粒电镀砂轮.并以常规单层电镀砂轮为参照,对碳纤维/环氧树脂复合材料进行了干磨削加工试验.结果表明:新型的磨料群可控排布砂轮在...     

三维编织碳纤维增强铝基复合材料的制备研究

以碳纤维的三维编织架构为增强体,经镀铜预处理后,置于铝合金熔体中施加压力成形,得到三维编织碳纤维增强铝基复合材料。探究大气和氩气气氛下不同三维纤维架构挤压成型的复合材料的界面特征与结构。通过拉伸试验及扫描电镜检测,对材料性能进行表征。结果表明:紧密编织的三维编织碳纤维较宽松结构的三维编织碳纤维,与铝合金基材的浸润性和相容性更好,铝合金在与三维编织碳纤维复合后拉伸强度与硬度均提升。     

铝-镁-铝轻质金属层状复合靶抗弹性能

为了对比铝-镁-铝三明治结构复合靶与等厚度铝合金靶的抗弹性能,研究铝-镁层状复合靶用于装甲防护的可行性,提出使用镁合金替代部分铝来降低铝合金装甲质量的方法。采用爆炸焊接法制备铝-镁-铝层状复合板,并通过实验测试和数值模拟分析其抗弹性能及机理。基于残余穿深法,对铝-镁-铝层状复合靶与AZ31镁合金靶、2024铝合金靶和铝-镁-铝层叠接触靶进行对比实验,并对枪弹侵彻不同类型靶板的过程进行数值模拟以验证实验结果,进一步研究了界面结合强度对层状复合靶板抗弹性能的影响。结果表明：在等厚度条件下,铝-镁-铝层状复合靶具有与2024铝合金靶相当的防护效果,但比2024铝合金靶减轻23%以上;界面结合强度可以提高层状复合靶的抗弹性能,具体表现为随着界面结合强度的增加,靶板通过整体变形来使抵抗弹头侵彻能力增强。     

玄武岩纤维增强镁合金复合材料的制备

采用化学镀铜和未镀铜的玄武岩纤维为增强体、镁合金粉末为基体,用粉末冶金法制备了玄武岩纤维增强复合材料。借助扫描电镜表征玄武岩纤维表面和复合材料的微观形貌,并测试其压缩强度。结果表明:玄武岩纤维化学镀铜处理,覆盖了一层致密均匀且没有裂纹的镀层;镀铜纤维增强复合材料的组织致密,无明显微孔、微裂纹等缺陷,提高了纤维与镁合金基体之间的浸润性,复合材料的力学特性得到提高;在实验范围内,复合材料的压缩强度随镀铜纤维的含量增加而增加,体积分数为15%时,复合材料压缩强度最高。