热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

基于FBG的三维编织复合材料制件状态健康监测研究

介绍了将FBG嵌入三维编织复合材料的方法,提出了三维编织复合材料状态健康监测方法,分析了材料在拉伸承载下的内部应变与FBG变化关系,提出了信号采集和处理方式。实验结果表明,FBG传感器具有优异的传感特性,复合材料的编织角对FBG的信号有一点影响,植入光纤对复合材料的力学性能影响不大。本课题的研究为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

三维七向编织结构细观分析

根据三维编织的主要工艺, 系统地分析了三维七向编织物纱线的面内和空间运动规律。在此基础上,建立了能反映其基本结构的几何单胞模型, 并推导了编织参数之间的数学关系, 为进一步分析三维七向编织复合材料的力学性能奠定了基础。      

基于单胞数字化模型的复合材料本构关系三维数值模拟

在渐进均匀化理论基础上, 建立了基于单胞数字化模型的复合材料宏观等效弹性性能的三维数值分析方法(DCB-FEA) 。该方法采用三维光栅化技术将三维单胞模型转化为三维光栅图形(数字化模型) , 并将光栅图形直接转化为三维有限元求解网格。产生的离散单元具有相同的几何尺寸和规则的形状, 单元刚度矩阵的数量将减少为单胞材料的个数。此外, 单胞数字化模型仅需记录每个离散单元的材料种类, 其他参数如单元节点编号、节点坐标等均可在求解过程中自动生成, 周期性边界条件也可以自动施加。随着分辨率的提高, 单胞数字化模型将产生更多数量的单元, 特别是对于三维单胞模型, 集成整体刚度矩阵时需要大量的计算机内存。采用基于Element-by-element 策略的预处理共轭梯度法( EBE- PCG) , 有限元方程的求解在单元级上进行, 避免了整体刚度矩阵的集成。通过对单向纤维增强复合材料的线弹性本构关系的数值模拟, 表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量。      

异制件用三维编织复合材料的拉伸性能

通过对具有不同减纱结构参数的三维编织复合材料试件做纵向拉伸实验,分析了该类材料的拉伸性能随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式。结果表明,纤维体积含量相同时,减纱使复合材料的强度有所降低,初始模量变化不大;减纱点缺陷对复合材料拉伸性能影响较小,试件断裂断面位置具有随机性;如出现一段纱线空缺对性能影响较大,试件大都在减纱截面断裂;如必须减纱才能完成制件的外形尺寸,应使减纱点在整个制件内均匀分布,每个截面的减纱数量不超过总数的10%。     

三维整体编织复合材料管的设计与制造

采用四步法编织技术，对三维整体编织管理增强本进行了设计，利用树脂传递模塑工艺成型了复合材料管，并测试了其拉伸性能。     

三维编织复合材料厚度在线测试系统

为解决玻璃纤维预制件的测厚问题，讨论了利用单片机对三维编织复合材料厚度进行检测的工作原理与结构，实验结果表明，测试结果准确。本系统是代替目前检测方法的理想系统。     

纱条不匀信号的数字处理

本文阐述纱条不匀信号数字处理的微型机系统,并对该系统的处理结果做了分析。试验结果表明,以数字信号处理技术为基础,应用计算机分析纱条不匀,不仅准确、可靠,而且效率高、功能强,便于进一步开发。在已有成果的基础上,将乌斯特仪检测器检测出的与纱条单位长度的重量成正比的电压信号,经过模数转换成数字信号并由微型机进行处理。计算出CV%值(或 U%值)和55个频道的波谱图,将其与乌斯特仪的结果相对比,相互完全吻合,证明数字处理是有效的。在此基础上进行了新的开发,计算出了更加精密的频谱图、多个点的长度变异曲线和离散率及频率分布图,为分析纱条不匀提供了更多的信息。这项工作不仅为分析纱条不匀提供了新的手段,而且为把数字处理技术应用于纺织检测技术,处理纺织上其他类似的随机信号和进行纺织工艺控制技术的研究奠定了基础。     

层合结构复合材料振动特性研究进展

对国内外层合结构复合材料振动特性研究进展进行了系统论述,详细介绍了研究涉及的理论分析方法及试验测试技术,并对层合结构复合材料振动特性研究在损伤检测、结构设计等领域的实际应用进行了总结.进而提出需要进一步做好夹芯层合结构振动特性的研究、改进试验方法和测试手段以提高振动测量的精度;并对损伤破坏或缺陷引起的振动特性改变机理进行了探索.