基于光纤布拉格光栅的复合材料振动性能研究与损伤监测

采用光纤布拉格光栅(FBG)对碳纤维增强复合材料(CFRP)的振动性能和损伤类型进行研究。采用落球击打碳纤维增强复合材料悬臂梁自由端,使复合材料悬臂梁产生谐振。通过测量复合材料悬臂梁的谐振频率,计算其阻尼损耗因子,得到无损伤碳纤维复合材料的振动性能。在此基础上,对碳纤维增强复合材料人为引入损伤,利用FBG测量其损伤状态下的谐振频率,依据谐振频率分析判断损伤类型。研究结果可对碳纤维增强复合材料的振动性能研究和损伤监测提供参考。     

基于FBG的复合材料成型与冲击监测研究

碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进复合材料得到了广泛应用,但由于层合板结构薄弱的层间性能,致使其在受到外界冲击时,内部极易发生分层损伤,造成力学性能的下降并带来安全隐患。本文考虑将光纤Bragg光栅传感器(FBG)埋入碳纤维复合材料层合板中,对复合材料的真空辅助成型工艺及单次冲击进行了监测研究。实验结果表明,FBG可以有效监测复合材料成型过程中的温度、应变变化,并反映其存在的残余应变;在低能量冲击条件下,可以监测到复合材料内部应变变化及内部损伤情况,为FBG监测CFRP层合板的低速冲击损伤提供了依据。     

基于支持向量机的碳纤维增强复合材料梁的分层损伤识别

针对目前支持向量机(SVM)运用于复合材料的分层损伤识别的有关研究尚少,采用归一化后的模态频率,基于SVM回归理论对碳纤维增强复合材料(CFRP)悬臂梁的分层损伤位置、大小及分层界面进行了损伤识别。首先建立了CFRP梁的有限元模型,得到"损伤变量-模态频率"的数据库和数值测试案例,对比不同参数优化方法下的SVM回归预测效果。然后使用德国Polytec激光扫描测振仪进行模态试验获取CFRP梁试件的模态频率值,将实测频率值用于SVM回归预测,进一步证实了SVM在CFRP梁结构的分层损伤识别领域的应用前景。     

湿热环境对CFRP层板力学性能影响预测

通过万能试验机对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板力学性能测试,研究了CFRP经湿热环境处理后力学性能的变化规律,并通过分析与改进古尼耶夫中值老化方程,建立了适用于经湿热环境处理后的CFRP层板强度估算公式。研究表明:干燥环境下CFRP层板力学性能随环境温度升高而基本不变;85%RH湿度下层板的力学性能均随环境温度升高而下降;70℃水浴环境下层板拉伸性能进一步下降;预测70℃水浴环境下层板拉伸强度与试验数据的误差较小。     

碳纤维复合材料力阻效应研究综述

碳纤维增强复合材料(简称CFRP)是一种优良的新型结构材料,同时具有较好的自感知特性,其力阻效应(电阻随应变的变化)明显。本文综述了国内外对碳纤维单丝、CFRP筋材和CFRP板等不同形式材料力阻效应的研究现状,总结了力阻效应灵敏度指标的相关研究成果,并对其变化规律及机理进行了探讨,指出了应用CFRP材料构建智能结构体系需进一步开展的研究工作。     

碳纤维复合材料的电阻-应变传感特性研究

在研究碳纤维复合材料(CFRP)的电阻-应变变化规律的基础上,本文分析了碳纤维织物形式、电极种类对电阻变化的影响.并对单向碳纤维布复合材料的导电模型进行了推导.结果表明,单向碳纤维布复合材料电阻变化具有较好的应变相关性,可作为应变传感器使用,达到预警及智能监测的效果.     

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论：添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。     

基于数学模拟的碳纤维胶粘板剪切性能研究

采用真空辅助成型方法制备得到碳纤维增强复合材料(CFRP)胶粘板。研究了基于应力的3D-混合失效准则对CFRP胶粘板的损伤失效模型，并对应力、应变和剪切失效时的应力分布进行了数值模拟。结果表明：高温高湿老化胶粘板面内剪切达到峰值前的Mises应力分布与未老化试样的主要受力在中部区域，试样都在板材一侧发生断裂，裂纹近似呈V型。高温高湿老化不会对CFRP胶粘板的失效模式产生影响，未老化CFRP胶粘板试样的峰值荷载和剪切应力相对较大；而经过高温高湿老化处理后，CFRP胶粘板试样的承载能力和剪切应力有所降低，这与荷载-位移曲线结果和应力、应变云图结果吻合。     

碳纤维复合材料加固混凝土板的有限元计算与分析

建筑工程中广泛采用混凝土板,而对大面积板采用碳纤维复合材料(CFRP)对混凝土结构进行加固补强是一项先进的技术.本文介绍了碳纤维布材料的性能及碳纤维加固技术的主要功能、特点,并用ANSYS有限元软件进行了计算分析.     

湿法缠绕成型T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料力学性能研究

研究了湿法缠绕成型的T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环及单向板力学性能。测试了树脂配方的粘度-温度特性,T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环的拉伸及剪切性能,采用SEM对NOL环拉伸试样破坏形貌进行了观察。测试了T700碳纤维/氰酸酯树脂单向板复合材料的常温拉伸性能、弯曲性能、层间剪切性能和高温弯曲性能。结果表明,树脂配方在25℃下的粘度为800 cps,可以直接在室温条件下用于复合材料湿法缠绕成型,并具有充分的使用期。NOL环的拉伸强度为2220 MPa,剪切强度为56. 8 MPa,树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维氰酸酯树脂单向板复合材料的高温力学性能优异,200℃下弯曲强度保留率高达60. 4%,250℃下弯曲强度保留率高达45. 0%。     

碳纤维树脂基复合板料的铺层方式对低速冲击性能的影响

为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板铺层方式对低速冲击性能的影响,设计了一系列CFRP板的冲击试验。对CFRP板的铺层方式、冲击能量的形式进行调节和改变,获取CFRP板在各种条件下的低速冲击行为;再通过冲击实验和超声波扫描的方法研究冲击过程中CFRP板的铺层方式和冲头质量对碳纤维树脂基复合材料板冲击性能的影响。结果表明,在15 J的低能量作用下冲击CFRP板时,冲头的质量越大,该板对能量的吸收率越大,损伤面积也越大;相同能量和相同冲头质量的冲击情况下,铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_2的抗冲击性能最好。CFRP板的冲击载荷、能量吸收和损伤形态与冲击能量的大小以及冲头动量密切相关。     

无粘结预应力CFRP板加固RC梁预应力损失研究

先对碳纤维增强聚合物(CFRP)薄板施加预应力,然后再将其锚固于已受荷载的混凝土梁上,测试了CFRP板中应变变化,研究了预应力施加完成至实验梁单调加载前的预应力损失情况,并采用对数函数进行了拟合,公式的拟合结果与试验值吻合较好。结果表明,实验梁加载后,CFRP板中应变增量基本一致,可认为在加载过程中体外片材各处应变基本相等。     

论文《基于光纤布拉格光栅的复合材料振动性能研究与损伤监测》(2017年第8期15～19页)更正说明

正一、更正原因由于实验结果与后续实验结果有出入,为确保文章质量,作者对文章的部分内容进行如下更正。二、更正详细说明(1)原文16页中"3.实验"下加入副小标题:"3. 1 CFRP悬臂梁受迫振动的FBG监测",并在其后加入如下段落:为了验证FBG实时记录CFRP悬臂梁振动频率的准确性,首先对悬臂梁做受迫振动实验。将     

未来5年高科技复合塑料将成为汽车工业主流

2001年宝马公司率先在其中试厂开发和试验高强轻量的碳纤维复合材料(CFRP)车体板和其他部件,所用碳纤维系Zoltek公司生产的大丝束产品,目标是2007年生产出采用CFRP制造的系列汽车。     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性分析及试验研究

首先,本文采用各向异性弹性力学的方法,结合复合材料层合理论,研究了纤维缠绕层合圆管的应力分析和变形分析方法;其次,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度;而后,对纤维缠绕成型的两种尺寸的CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究了CFRP圆管在这两种受力状态下直至破坏的应力-应变关系、极限强度以及材料宏观破坏模式.     

N,N-二甲基乙酰胺溶胀解离回收碳纤维增强环氧树脂复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)中的脆性玻璃态环氧树脂会将碳纤维紧密包裹，导致机械回收法获得的粉末或短纤维利用价值较低。针对这一难题，通过树脂溶胀原理将CFRP中的玻璃态环氧树脂转变为高弹态环氧树脂，显著改善了CFRP的力学解离性能。结果表明，CFRP中的环氧树脂可以在120～160℃的N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中快速溶胀，对应溶胀率为51.57%～59.71%。因溶胀作用环氧树脂基体过度膨胀和碎裂，导致CFRP解离为易于机械裁切的碳纤维薄层。碳纤维薄层通过裁切、烘干、热压成型工艺被重新制备成力学性能优异的CFRP。新制备的CFRP弯曲强度可达到原始CFRP板的76.38%～90.98%。同时DMAC化学性质稳定，可循环回收利用。     

基于FBG传感器的碳纤维复合材料内部热应变监测

将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,简称"FBG")传感器分别埋入单向板和平纹机织层压复合材料中,采用Sm125型光纤光栅解调仪测试两种复合材料在20~100℃温度范围内的内部热应变,分析单向板和平纹机织层压复合材料在仅受温度作用下内部热应变变化特征。结果表明,FBG传感器可以准确测量复合材料内部热应变变化;单向板和平纹机织层压复合材料的内部热应变均随温度升高而增大;织物结构影响复合材料内部热应变,且同一温度点,平纹机织层压复合材料内部热应变较单向板大。     

复合材料层合板阻尼参数敏感性分析

本文针对复合材料层合板阻尼性能参数进行敏感性分析,采用悬臂梁振动试验测试与应变能有限元仿真相互验证,试验结果表明纤维种类、纤维体积含量、纤维角度和加载频率均是影响复合材料阻尼性能的重要参数,其中纤维角度和加载频率影响程度明显,同时本文采用的应变能有限元法与实验结果拟合较好,可以用于预测复合材料层合板不同纤维角度下的阻尼损耗因子。     

雷击后飞机复合材料燃油箱蒙皮电热损伤特性研究

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在现代飞机上被大量使用,由于CFRP电导率和传热系数具有各向异性,雷击后,其温度分布与传统金属材料不同。为探究CFRP燃油箱电热损伤特性以对其进行雷电防护,本文利用COMSOL多物理场仿真软件建立CFRP层合板与火焰喷涂铝防护CFRP层合板模拟油箱蒙皮模型进行仿真研究,并开展典型雷电流组合波形的雷电流注入试验对仿真结果进行验证。结果表明:雷电流波形注入后,无防护CFRP板各铺层温度随着纤维方向分布;火焰喷涂铝防护的CFRP板各铺层温度呈近似圆形分布,且高温损伤面积与损伤深度均小于无防护CFRP板;表面温度受雷电流D波的影响大,而损伤深度受B、C~*波的影响较大;在雷电波形注入完成后,雷击产生的热量会沿着CFRP铺层向下传导,产生热斑导致底面温度升高,但在2.6 mm厚度条件下未超过200℃;使用火焰喷涂铝能对CFRP燃油箱起到很好的雷电防护效果。     

碳纤维增强热塑性复合材料的应变率及温度敏感性

研究了碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET/CF)复合材料在不同应变率及温度条件下的拉伸性能及损伤模式,拉伸应变率从0.001 s-1至50 s-1,温度从-40 ℃至80 ℃。结果表明, 随着应变率的增加,复合材料的弹性模量、拉伸强度均有所提高;随温度的升高,其弹性模量、拉伸强度均降低,而失效应变逐渐增大,表现出较强的应变率及温度敏感性。