碳纤维增强树脂复合材料齿槽加工中分层缺陷的形成机制

针对碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber-reinforced plastic,CFRP)齿槽加工中易产生分层缺陷的问题,尤其以切出侧最严重。根据齿槽加工中分层缺陷的形成过程,重点构建CFRP齿槽加工切出侧最表层材料分层形成的临界切削力模型,并以平纹编织CFRP为研究对象,采用T型铣刀进行试验,从力学角度揭示齿槽加工中分层缺陷的形成机制。结果表明:齿槽上下两侧的经向纤维分层缺陷较小;A情形(有支撑)、B情形(无支撑)下纬向纤维分层缺陷产生的临界切削力均较小,因此,齿槽加工中分层缺陷均易产生,尤其是B情形;A、B两种情形下单束纤维临界力均在边缘附近呈较大值,中间部位临界力变化较小及纤维的变形均以中间部分较大,边缘部位变形小,由此导致A、B两种情形下的分层缺陷均以单束纤维为边界形成半月弧形“波峰”;随着每齿进给量f_z和切削速度V_c的增大,两种情形下的分层缺陷均呈增大趋势。试验结果与临界力理论推导结果基本一致。      

碳纤维增强聚合物复合材料车身T型接头静态性能与失效机制

通过解析预测、有限元分析和试验手段对热塑性碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）T型接头的面外弯曲和弯扭耦合力学性能进行研究,分析了T型接头的结构失效形式与力-位移曲线的关系,并将解析模型、有限元仿真与试验结果进行对比。在弯曲刚度方面,解析模型、有限元分析结果相对试验结果的刚度误差分别为4.7%和0.5%。在弯扭耦合刚度方面,解析模型及有限元仿真的结果相对试验结果的弯扭耦合刚度误差分别为6.9%和9.6%。试验结果表明,CFRP层合板的渐进失效引起T型接头弯曲刚度的衰减,当力达到2 047 N时接头开始发生失效,失效形式包括纤维的断裂、缠绕、树脂的压碎及纤维和树脂的分层等。      

短碳纤维增强铝基复合材料的半固态加工

采用M40石墨纤维和LY12合金,挤压浸渗后半固态下直接充填成形,制备了短碳纤维增强铝基复合材料.研究了半固态加工对材料的组织与性能的影响及与固态塑性成形的区别.结果表明:半固态下加工碳纤维的纤维长度明显高于固态加工.材料强度也有较大的提高.     

碳纤维复合材料构件加工缺陷与高效加工对策

碳纤维复合材料钻削加工时易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。本文以碳纤维增强/树脂基复合材料为研究对象,观察钻孔缺陷形成过程,建立单丝切削模型分析缺陷形成原因;讨论了轴向力对缺陷的影响规律。结论如下:纤维方向对缺陷形成有重要的影响,轴向力增大分层与撕裂缺陷相应增大;以磨代钻加工工艺、新型PCD刀具和螺旋面钻头对于提高碳纤维复合材料钻孔质量都有很大提高。     

碳纤维增强金属复合材料的制造方法

专利权限本专利介绍一种碳纤维增强金属复合材料的制造方法。它的特征是:碳纤维和基体金属复合,基体金属由铜、铝、镍或者铜、铝、镍中至少一种为主要成份所组成的合金。并将复合及一体化后材料在10～100kg/cm~2的压力和温度[基体金属的熔点(300℃)～不足基体金属的熔点]下加热任意时间。     

碳纤维增强水泥基复合材料的应用研究

本文介绍了碳纤维在国内外土木建筑中的应用。分别叙述了短切碳纤维混凝土在建筑中的应用以及试验研究的情况。     

碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的研究

使用ＣＶＤ技术提高纤维增强陶瓷基复合材料的密度是很困难的,因为它很难使反应气体完全渗入到基体里面,这是由于“瓶颈”效应所致,即ＣＶＤ过程阻塞了基体表面的小气孔,进而封闭了通向大气孔的入口,为此提出了一种新的方法位控ＣＶＤ（ＰＣＣＶＤ）,来克服上述通过控制反应气体通道位置试样的加热位置,从而达到控制沉积位置,使沉积界面始终处于开孔状态,使用ＰＣＣＶＤ技术制造的Ｃ／ＳｉＣ复合材料,实际密度可达到其理论     

建筑工程应用的碳纤维增强复合材料

一、建筑工程用碳纤维复合材料的应用范围及分类 使用碳纤维材料加固结构的主要目的,是提高建筑工程承载能力或改善其功能。目前,建筑工程中广泛使用的碳纤维及其复合材料产品具有多种形式,常用的碳纤维及其复合材料产品主要有碳纤维布、碳纤维板、碳纤维条带、碳纤维网格等,如图1所示。     

碳纤维增强TiC复合材料的抗热震性能

通过测量力学性能和热物理性能,研究了热压烧结碳纤维增强TiC复合材料（Cf/TiC,20vo%碳纤维）的抗热震性能。结果表明,碳纤维加入到TiC基体中,提高了复合材料的抗弯强度和断裂韧性,降低了复合材料的弹性模量和热膨胀系数,进而使得复合材料的抗热震断裂参数R,抗热震损伤参数R^TV和裂纹稳定性参数RST都得以提高,复合材料热震残留强度在热震温差超过900℃后迅速下降。复合材料热扩散率的提高有利于抗热稳定性能的提高,复合材料增强机理是纤维承载。韧化机理是纤维桥联和纤维拔出。     

碳纤维增强树脂基复合材料预紧力单齿接头的静态及疲劳性能试验

通过试验研究了预紧力、齿长和载荷水平对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）预紧力单齿接头（PTSTC）静态和疲劳性能的影响。试验结果表明:CFRP PTSTC的疲劳极限承载力可以达到静态极限承载力的80%~85%,与螺栓等传统连接方式相比,其疲劳性能具有一定优势;预紧力可以显著改善CFRP单齿接头的静态和疲劳性能;CFRP PTSTC的静态极限承载力随齿长增加而升高,但是在相同载荷水平下增加齿长不一定可以延长接头的疲劳寿命,尤其是在低载荷水平下齿长增加反而会缩短疲劳寿命;在加载初期,PTSTC的疲劳裂纹快速萌生,之后扩展缓慢,在接近破坏前的几次循环中又骤然增大,预紧力可以减缓疲劳损伤的累积速率;疲劳过程中PTSTC的刚度衰退不明显,在前95%疲劳寿命阶段仅下降1%~4%,预紧力也可以减缓刚度的衰退速率。所得研究成果可为复合材料接头抗疲劳设计提供参考依据。      

碳纤维增强复合材料单向层合板直角自由切削热特性试验

为揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)切削温度与切削要素之间的关系,采用直角自由切削对CFRP单向层合板进行了切削试验,并采用OMEGA-0.05mm高灵敏K型热电偶对切削温度进行测量,讨论了切削参数、刀具几何参数及材料参数对切削温度的影响。结果表明:对切削温度的影响程度由高到低的参数依次为切削速度、切削厚度、刀具后角和钝圆半径,切削参数对温度的影响效应不受纤维方向角的影响;不同于金属材料,CFRP纤维方向角对切削温度影响突出,顺纤维方向上的切削温度明显高于逆纤维方向上的,切削温度在θ=90°时达到最大值,且为θ=0°时的2倍;CFRP切削回弹对刀具后刀面与已加工表面的接触状况影响较大,从而影响切削温度,加剧了切削温度的各向异性特征,且第3变形区切削热对切削温度影响突出;CFRP切削温度范围窄,最大切削温度在300℃左右,将导致切削质量对温度变化更为敏感。     

碳纤维增强树脂基复合材料制孔技术研究现状与展望

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有优越的物理和力学性能,已在航空制造工业中得到大量应用。在主承力结构中,CFRP与金属材料的连接通常为机械连接。然而,CFRP的各向异性严重影响了其制孔质量。由于CFRP和金属具有截然不同的材料属性,CFRP/金属叠层结构制孔技术成为飞机装配过程中的一大难题。本文首先阐述了CFRP及其叠层结构在切削过程中的切屑形成机制、钻削力和钻削热的研究现状;其次,剖析了钻削过程中典型加工损伤,如毛刺与撕裂、分层缺陷及孔壁表面损伤的产生原因和影响因素;然后,介绍了CFRP制孔刀具材料和几何结构的优化设计研究进展,并综述了螺旋铣孔、变工艺参数钻削、"以磨代钻"和振动辅助制孔等多种CFRP及其叠层结构加工新技术及钻削过程的仿真研究。最后,借鉴钎焊工具和超声振动技术的独特优势,提出了磨粒有序排布钎焊金刚石工具的超声振动加工构想,以达到CFRP及其叠层结构的精密高效制孔加工这一目的。     

Experimental investigation and optimization of machining parameters in drilling of fly ash-filled carbon fiber reinforced composites

Particle-filled polymer composites have become attractive because of their wide applications and low cost. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is well known as a difficult-to-cut material, which has very strong physical and mechanical characteristics. Machining of carbon fiber reinforced composites is essential to have functional upshots, out of which drilling is the key operation needed for fabrication. In this paper Taguchi L₂₇ experimental design is coupled with grey relational analysis (GRA) to optimize the multiple performance characteristics in the drilling of fly ash-filled carbon fiber reinforced composites. Experiments were conducted on a vertical machining center, and Taguchi L₂₇ experimental design was chosen for the experiments. The drilling parameters, namely spindle speed, feed rate, drill diameter and wt% of fly ash, have been optimized based on the multiple performance characteristics including thrust force, surface roughness, and delamination. The GRA with multiple performance characteristics indicates that the wt% of fly ash and drill diameter are the most significant factors that affect the performance. Experimental results have shown that the performance in the drilling process can be improved effectively by using this approach.     

Study of delamination in drilling carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using design experiments

In this paper is presented a new comprehensive approach to select cutting parameters for damage-free drilling in carbon fiber reinforced epoxy composite material. The approach is based on a combination of Taguchi’s techniques and on the analysis of variance (ANOVA). A plan of experiments, based on the techniques of Taguchi, was performed drilling with cutting parameters prefixed in an autoclave carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminate. The ANOVA is employed to investigate the cutting characteristics of CFRP’s using high speed steel (HSS) and Cemented Carbide (K10) drills. The objective was to establish a correlation between cutting velocity and feed rate with the delamination in a CFRP laminate. The correlation was obtained by multiple linear regression. Finally, confirmation tests were performed to make a comparison between the results foreseen from the mentioned correlation.     

基于宏观各向异性碳纤维增强树脂基复合材料的切削仿真

为了对碳纤维增强树脂基复合材料切削加工过程中的基体破坏及亚表层损伤机制进行研究,借助数值仿真方法建立了基于宏观各向异性的复合材料正交切削有限元模型。采用Hashin-Damage失效准则,通过定义纤维拉伸断裂、压缩屈曲极限应力及基体横向拉伸断裂、剪切断裂极限应力等数值,建立了复合材料切削加工动态物理仿真模型。通过切削力仿真值与实验值的比较,验证了仿真模型的有效性。通过对0°和90°纤维方向复合材料基体开裂和压溃的分析发现,当进入稳定切削后,基体开裂方向与纤维方向平行,而基体的压溃主要发生在刀尖周围。分析了纤维方向对复合材料亚表面损伤深度的影响,随着纤维方向角度的增加,工件亚表面裂纹损伤深度呈增长趋势。     

预应力FRP加固工程结构技术研究进展

围绕国内外预应力FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从预应力FRP加固混凝土结构、预应力FRP加固钢结构、预应力FRP加固中关键技术的研究等方面进行了综述。试验研究表明：预应力FRP加固混凝土能显著提高构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善受弯构件在长期荷载的力学性能,提高构件的疲劳寿命;预应力CFRP加固钢梁后,其屈服荷载和极限荷载相对于对比梁都有明显的提高,其提高的程度随着预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大;预应力CFRP加固对钢梁的刚度提高作用也比较明显,对低强度的钢材,提高效果更明显;采用预应力FRP加固工程结构的关键问题在于预应力的施加体系、预应力控制值、预应力损失和端部的锚固。     

Optimization of process variables in drilling of carbon fiber reinforced plastics using various multi criteria decision making approaches

Carbon fiber-reinforced polymers are one of the lightweight materials used in structural design due to their exceptional mechanical performances. The drilling operation is indispensable as it facilitates the assembling of various manufactured components. However, drilling of fibrous laminates is deemed difficult in comparison to the traditional metals because of the anisotropic and non-homogeneous nature. The present work addresses the parametric effect on the drilled hole delamination and further reduces it with an optimal combination of parameters for multi-objectives using different multi-criterion decision-making techniques. Initially, the response surface-based regression model of delamination as a function of three static inputs has been developed, further revised with induced thrust as well as mean torque for the improvisation of the prediction capability. Finally, for the overall improvement, a decision-making model has been used that includes grey relation analysis, technique for order performance by similarity to ideal solution, and VIšekriterijumsko Kompromisno Rangiranje method. The delamination was found to be minimum at a low drill point angle (100°), high spindle rotation (2150 min⁻¹ ), and low feed rate (0.025 mm/rev) due to reduced thrust force. The mean absolute prediction error was significantly improved considering root mean square torque rather than axial thrust with process variables.     

碳纤维水泥石压敏传感器电极的实验研究

电极的设计是制作碳纤维水泥石压敏传感器的重要环节之一。本文首次提出了埋入式网状电极的概念,同时综合分析了网状电极的特点。本文的研究表明埋入式铜质网状电极具有相容性和耐久性好、极化作用和接触电阻小等优点,是碳纤维水泥石压敏传感器的理想电极;在电阻测试中,四极法较两极法具有更高的准确性。此外,本文还研究了电极的结构参数对四极法测试结果准确性的影响。