超混杂纤维金属层板成形方法研究进展

纤维金属层板(Fiber Metal Laminate, FMLs)作为一类兼具金属和复合材料优势的超混杂材料,凭借其优异的性能在航空航天和汽车领域应用广泛,其中商业化最成功的是玻璃纤维增强铝合金层板。首先按照组成金属与增强纤维的种类将纤维金属层板的分类进行介绍,并对其历史背景与研究进展进行了回顾。由于各成形方法涉及的变形机理不同,结合成形过程中几何尺寸和工艺参数对FMLs成形性能的影响,对其回弹、起皱、分层和开裂等成形缺陷和成形难点进行了分析。综述了现阶段国内外自成形、冲压成形、喷丸成形、充液成形和激光成形等技术的发展与应用现状,并对每种技术的优缺点及适用零件的类型进行探究。深入讨论了现有成形技术所遇到的挑战,其中重点对充液成形与冲压成形进行介绍。此外,简要介绍了FMLs在成形过程中的变形机理、变形模式和成形质量。在对各方面因素进行全面分析的基础上,讨论了FMLs成形技术未来的发展方向与挑战,此工作对科研人员未来开发新的成形方法具有一定意义。     

变幅载荷下纤维金属层板的疲劳与寿命预测

文章建立了纤维金属层板等幅疲劳载荷下的疲劳裂纹扩展速率与寿命预测模型。在此基础上对玻璃纤维-铝合金层板（GLARE）的疲劳裂纹扩展与分层扩展行为进行了试验研究,探讨了层板过载疲劳行为的机理,提出了纤维金属层板变幅载荷下疲劳寿命预测的等效裂纹闭合模型,并在GLARE层板上得到了验证。     

玻璃纤维-铝合金层板(GLARE)的残余应力

对确定纤维金属层板残余应力的几种方法的基本原理进行了介绍，用Ｘ光衍射法，解析法和腐蚀去层法确定了玻璃纤维－铝合金层板（ＧＬＡＲＥ）的残余应力，对以上几种测试方法的优缺点进行了分析，提出了确定纤维金属层板残余应力的建议。     

复合材料层板热压工艺参数的分析与优化

在热固性树脂基复合材料热压成型过程中,外加压力和加压时机是决定层板厚度、纤维含量以及孔隙含量的两个主要因素.基于复合材料热压成型过程树脂流动模型,采用遗传算法,根据固化层板纤维体积分数的要求,对单向和正交两种铺层形式的T700/5228和T700/5224层板加压时机进行了分析.以航空航天应用的典型纤维含量为准,对优化得到的加压时机以及不同工艺条件下固化层板内纤维分布特点进行了分析.结果表明,纤维、树脂种类相同,铺层方式不同,加压时机差别很大;纤维种类、铺层方式以及初始和优化目标相同的条件下,不同树脂体系,加压时刻树脂粘度基本相同;层板内纤维分布均匀性主要由纤维层压缩特性决定.采用本文建立优化方法,可以快速地得到满足目标纤维含量要求的加压时机,具有重要的学术价值和工程应用意义,有助于降低成本,缩短复合材料研制周期.     

导电短纤维分散性对其吸波性能的影响

通过电磁场仿真和实验,研究了导电短纤维的分散性对其吸波性能的影响。仿真结果表明,对于单根纤维,电磁波电场平行纤维极化时的电磁损耗明显大于垂直纤维极化时的损耗;对于多根平行纤维,随着纤维间距变小、团聚程度增加,其电磁损耗明显降低。采用模压成型工艺分别制备了短切碳纤维具有不同分散状态的树脂基复合材料层板,并进行了反射率测试。实验结果表明,短切碳纤维分散均匀性差层板试样,其吸波性能较差;而利用特殊工艺获得的短切碳纤维均匀分散的层板具有优异的吸波性能。     

金属-聚合物及金属-复合材料薄壁结构压印连接技术的研究进展

随着结构轻量化需求的增加，金属-聚合物及金属-复合材料薄壁结构在交通运输和航空航天等多个领域得到广泛应用。压印连接具有高效、节能环保和成本低等优势，为异种材料的连接提供了解决方案。由于聚合物及其复合材料延展性较差，为了减小接头的成形损伤、提高连接效率及接头的力学性能，一些改进的连接工艺相继被提出。为了推动压印连接的工程应用，本文综述了金属-聚合物及金属-复合材料薄壁结构的压印连接技术，对各连接工艺的适用性、成形工艺方法、成形质量影响因素和接头力学性能进行探讨。最后，针对连接工艺设计中亟待解决的问题，展望了压印连接技术的研究方向。     

汽车铝合金轮毂的成形工艺

介绍了汽车铝合金轮毂几种主要成形工艺的特点和应用概况,指出随着汽车工业对高质量铝轮毂的需求日益增加,传统的成形工艺正得到不断改进,挤压铸造和半固态模锻等一些新的金属成形工艺也将在汽车铝轮毂生产中得到应用.     

选区激光熔化成形金属零件表面粗糙度研究进展

选区激光熔化(SLM)作为一种新型金属增材制造技术,具有可批量化、高精度、近净成形的特点,尤其适用于制备高性能、复杂精细结构的金属零件,在航空航天和生物医疗等领域具有广泛的应用.然而,目前SLM成形零件的表面质量仍难以直接满足工业应用的需求,优化工艺参数与不同的后处理工艺成为控制成形件表面质量的主要途径.SLM成形件的后处理工艺主要包括机械加工、表面喷砂、激光抛光、化学抛光、电解抛光、超声波表面改性等.但是,具有特定用途的零件对其表面的耐磨性、缺口敏感性、流体摩擦阻力等提出了更高的要求.因此,选择金属零件的后处理工艺时,需要结合零件的应用背景来选择合适的处理工艺.本文基于SLM技术原理和特点,概述了影响SLM成形件表面粗糙度的主要因素,归纳了改善成形件表面粗糙度的主要后处理工艺,最后对控制SLM成形件表面粗糙度所面临的挑战和未来的发展趋势进行了展望及总结.     

碳纤维复合材料在建材领域的应用及标准化现状分析

1 碳纤维及其复合材料碳纤维是一种由石墨组成、含碳量高于90%的纤维材料,是以聚丙烯晴纤维、粘胶纤维、沥青纤维等有机纤维原丝经过预氧化、碳化和石墨化、上浆、热处理等反应工艺过程制备而成.碳纤维在碳化过程中,沿轴向进行预拉伸处理,因此石墨微晶具有择优取向,赋予碳纤维高强度、高模量的特点.此外,碳纤维还具有密度小、耐超高温、耐腐蚀、防原子辐射、导热、导电等优良特性,使得碳纤维成为复合材料中重要的增强纤维.碳纤维复合材料以树脂、金属或陶瓷等为基体、碳纤维为增强体组合形成,通过基体种类、碳纤维含量和分布的优化设计,可制备综合性能优异的构件用于飞机、火箭、卫星等航空航天飞行器.     

连续纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料的进展情况,介绍了复合材料在发动机等航空航天领域应用的优势,总结归纳了基体的特性、常用纤维增强体、复合材料的力学性能、界面问题和制备技术.在此基础之上提出了今后的发展方向.     

3-D stamp forming of thermoplastic matrix composites

In this investigation a mould with hemispherical cavity and 80 kN hydraulic press, allowing variable stamping speeds, are employed for experimentally studying of the 3-D stamp forming process of continuous fiber reinforced thermoplastic laminates. In particular, glass fiber (GF) reinforced polyetherimide (PEI) woven fabric made of sheath surrounded, polymer powder impregnated fiber bundles manufactured by Enichem, Italy, is used. Pre-consolidated laminates are heated by contact heating in an external heater up to about 120°C above the glass transition temperature (T _g) of the polymer matrix; they are then stamp formed in a cold matched metal tool. Typical cycle times (including preheating time of the preconsolidated laminates) are in the range of 3 min. Useful processing conditions, such as stamping temperature, stamping velocity and hold-down pressure required for stamp forming of this composite are determined. In addition the effect of die geometries (deformation radian) and original laminate dimensions are studied. The results describe the correlations between processing parameters and fiber buckling. Finally the thickness distribution in stamped parts are investigated in relation to different directions of fiber orientation.     

拉压加载下纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应与预测模型

基于增量塑性损伤理论与纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展唯象方法, 推导出在拉-压循环加载下, 纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展速率预测模型。并通过玻璃纤维增强铝合金层板在应力比R=-1,-2的疲劳裂纹扩展实验对预测模型进行验证。结果表明, 纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应分为两种情况: 在有效循环应力比R_C>0时, 表现为压载荷对铝合金层所承受残余拉应力的抵消作用; 当R_C<0时, 表现为压载荷抵消残余拉应力后, 对纤维增强铝合金层板金属层的塑性损伤, 对疲劳裂纹扩展存在促进作用。纤维铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应不可忽略, 本文中得出的在拉-压循环加载下疲劳裂纹扩展速率预测模型与实验结果符合较好。     

天然纤维增强复合材料吸声性能研究

采用热压成型法制备天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构,利用双传声器阻抗管进行吸声性能测试,并与合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行对比。结果表明:与合成纤维增强复合材料层合板相比,天然纤维增强复合材料层合板虽然具有更优异的吸声性能,但是仍不能满足吸声材料的要求,需通过材料设计进一步提高这种材料的吸声性能。而天然纤维增强蜂窝夹芯结构具有优异的吸声性能,吸声系数峰值高达0.4,可以被用作吸声材料。     

Thermoplastische Hybridlaminate mit variabler Metallkomponente

Hybrid laminates combine the positive properties of the metal and fibre reinforced plastic (FRP) components. Advantages of the FRP, like formability, recyclability as well as suitability for mass production, provide an outstanding advantage over thermosetting matrices. For the production of the hybrid laminates, at first continuous fibers and thermoplastic films are pre‐consolidated to fibre‐reinforced unidirectional tapes. Subsequently, these are pressed together with the metal component in a loadcapable optimized arrangement. Thereby the interface between the FRP and the metal foils is of crucial importance. This paper focuses on hybrid laminates with carbon‐fiber reinforced polyamide (CF‐PA6) functioning as core layers and glass‐fiber reinforced polyamide (GF‐PA6) as intermediate layers between the centre and metal component. Laminates in 2/1 and 3/2 structure with two respectively three metal layers and one respectively two FRP layers are examined. For the metal foil, the aluminium alloy EN AW‐6082 and the titanium alloy Ti3Al2.5V (Grade 9) are used. The production of these laminates, development and adjustment of the interface and the evaluation of mechanical properties are investigated in this article.     

玻璃纤维-碳纤维混杂增强PCBT复合材料层合板的制备及低速冲击性能

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)预浸料,利用真空袋辅助热压工艺制备了玻璃纤维机织布-碳纤维机织布/聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(GF-CF/PCBT)混杂复合材料层合板。利用双悬臂梁(DCB)和三点端部开口弯曲(3ENF)试验对连续纤维增强PCBT复合材料层合板的层间强度做出评估。同时,利用低速冲击试验结合Abaqus/Explicit有限元仿真重点考察了混杂纤维增强PCBT复合材料层合板的低速冲击性能。试验结果表明:尽管CF/PCBT复合材料层合板具有优异的层间性能,当冲击能量为114.3J时,由于CF自身的脆性,CF/PCBT复合材料层合板被完全穿透,而GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板只在表面形成凹痕。与纯CF增强PCBT复合材料层合板相比,铺层形式为[CF/GF/CF]25的GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板的抗冲击损伤能力提高2倍。仿真得到的云图显示,冲击引起的应力在CF中的分布区域要明显大于在GF中的分布区域。     

用应变能密度法分析纤维金属层板的微动疲劳特性

为研究纤维金属层板的微动疲劳特性,首先,基于三维坐标系下的临界平面法求解了纤维金属层板铝层临界平面上的应力和应变分量,并进一步求解了Smith-Watson-Topper （SWT）和I型Nita-Ogatta-Kuwabara （NOK）应变能密度参数;然后,建立了应变能密度参数-微动疲劳寿命关系式,并通过实验数据得到了寿命预测公式中的待定参数;最后,采用I型NOK应变能密度准则分析了铝层厚度、纤维层厚度、各层相对厚度和桥足圆角半径等对微动疲劳损伤位置和寿命的影响,并为纤维金属层板抗微动疲劳设计提出了一些合理化建议。结果表明:增加铝层厚度可以延长微动疲劳寿命,但增加纤维层厚度和桥足圆角半径不会改善微动疲劳特性。提出的方法可为分析纤维金属层板铆接和螺栓连接中的微动疲劳问题提供理论依据。      

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料研究进展

近年来,碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）,尤其是碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料以其优异的综合性能受到了大量关注。高性能碳纤维/聚醚醚酮复合材料具有强度大、韧性好、使用温度高等诸多优点,在航空航天、机械、电气、汽车工业和生物工程等领域得到了广泛的应用。针对近年的研究热点,对碳纤维/聚醚醚酮复合材料在界面性能、力学性能、生物相容性、成型工艺、失效机理等方面的研究进展进行了综述,为材料的制备技术研究及产业化应用奠定基础。      

PBO纤维片材预应力外粘结加固集成新技术

近年采用外部粘结纤维增强复合材料(FRP)来加固结构越来越受到许多研究开发机构和生产单位的重视。结合作者在FRP方面的研究成果和最新开发出的高强高性能的PBO纤维材料，系统地提出了一种更为有效的预应力外粘结加固方法；通过与玻璃纤维、炭素纤维和芳纶纤维等的比较，认清了新型PBO纤维材料的特性；根据既有的试验和研究成果提出了一套完整的预应力加固方法的流程，包括概念、原理和几种降低端部界面应力和新型锚固的措施；室内小型试验和室外大型试验的结果表明，PBO片材预应力技术能够提供令人满意的加固性能。