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.     

纤维增强环氧复合材料低温性能研究

纤维增强环氧树脂基复合材料因其低温下比强度比模量高、热导率低的特点在低温领域被广泛应用,重点对碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能的研究进行了总结,并对4K、77K及室温下各类单向纤维增强环氧复合材料的力学及导热性能进行了对比,分析了各温度范围内最适用的纤维增强环氧复合材料,指出了当前对纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能研究的不足之处。     

碳/环氧树脂压力容器强度设计准则

由先进的复合材料制成的压力容器用在许多尖端的和临界强度的设计中,例如,其中包括火箭发动机壳体。但是对纤维复合材料结构的破坏准则还不完全了解。以前利用实验室双向试验设备对普通碳/环氧树脂层压材料的破坏研究表明对拉伸载荷,纤维方向额定应力或应变可作为破坏准则,而与应力状态无关。分析了压力容器增强材料最近的双向试验结果,结果表明与以前的研究相符。由此说明用纤维方向的额定应力或应变作为破坏准则可设计碳/环氧树脂压力容器,类似的破坏准则适用于更多的普通的碳/环氧树脂层压材料。     

球磨-液相氧化短碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

采用球磨鄄液相氧化法制备了表面改性的短碳纤维(SCF),选用改性后不同尺寸的短碳纤维增环氧树脂(EP),通过挤出成型法制备短碳纤维/ 环氧树脂(SCF/ EP) 复合材料. 利用原子力显微镜(AFM)检测和接触角测定等方法研究了改性短碳纤维的表面形貌及其与环氧树脂浸润性能的变化;借助扫描电子显微镜(SEM)观察及拉伸和冲击测试等手段表征SCF/ EP 复合材料的微观组织和力学性能,分析了其增强机制。结果表明:球磨鄄液相氧化法改善了纤维与树脂的浸润性能,SCF/ EP 复合材料拉伸强度和冲击强度最大值分别达到了71.2 MPa 和27.75 kJ/ m2,比纯环氧树脂提高了103.4%和63.9%. 短碳纤维增强SCF/ EP 复合材料的机制主要有脱粘和拔出机制、裂纹偏转机制和桥联机制。     

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。     

石墨(碳)环氧复合材料和航天、航空用合金接触时的电偶腐蚀

前言由石墨纤维或碳纤维增强的环氧复合材料(缩写为GECM)因其比强度高、模量高、比重小而发展为优质的航空、航天用结构材料。实际使用表明:当石墨(碳)纤维增强的环氧复合材料和金属或合金接触时存在着严重的电偶腐蚀问题。例如,在GECM/铝蜂窝夹层结构中,由于GECM和铝蜂窝偶联加速了铝的腐蚀;在GECM制作的分段结构装配件上出现     

载荷加载速率对碳纤维镁合金层合板层间断裂韧性的影响

分别采用镁合金和碳纤维代替工程中常用的玻璃纤维增强铝合金层合板中的铝合金和玻璃纤维,通过将单向碳纤维/环氧树脂预浸料交替层压,得到复合材料板,并用环氧树脂将复合材料板与镁合金薄板加压黏结在一起,得到碳纤维增强镁合金层合板。采用单悬臂梁测量载荷速率对碳纤维增强镁合金层合板层间断裂韧性的影响。结果表明:层间裂纹在低载荷速率时以稳定的方式扩展,而在高速率时裂纹的扩展变得不再稳定;在低速率(1~1 000 mm/min)载荷下,载荷速率对层间断裂韧性有轻微的影响;层合板在高速率载荷下的层间断裂韧性大于低速率下的层间断裂韧性。     

基于Hopkinson杆试验技术的PA-GF50复合材料动态力学行为

为研究纤维含量50%短玻璃纤维增强聚酰胺复合材料PA-GF50的动态力学性能及其应变率效应,利用准静态液压试验机及分离式Hopkinson压杆、Hopkinson拉杆对标距段尺寸为6~10 mm的试样,进行了应变率范围0.000 5~1 600 s^-1的准静态压缩、准静态拉伸、动态压缩和动态拉伸试验。对试样的应力-应变曲线和最终破坏形态,材料在不同应变率下失效破坏过程的微结构力学机理进行了分析。研究结果表明：动态载荷下,材料强度明显高于准静态载荷（压缩载荷下材料在400 s^-1、900 s^-1和1 600 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强31%、25%和29%;拉伸载荷下材料在400 s^-1、800 s^-1和1 200 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强46%、47%和28%）,且失效应变有所降低;试样变形和最终破坏形态为压缩载荷下试样经历缺陷压实过程再进入弹性变形最终达到强度后失效,拉伸载荷下试样经历弹性变形达到强度后失效断裂;材料在不同应变率下的微结构机理为准静态载荷下微观裂纹扩展组合成为宏观裂纹,动态载荷下微裂纹分别扩展成为宏观裂纹;试样的宏观断口和扫描电子显微镜结果证实,材料在准静态压缩加载条件下断口较为平整,动态压缩载荷形成纤维拔出、纤维断裂等特征,准静态拉伸载荷下纤维拔出明显,而动态拉伸载荷下主要表现为纤维断裂。     

泡沫铝/改性环氧树脂复合材料压缩力学性能的试验研究

为实现功能结构一体化,提高泡沫铝复合材料的力学性能和吸能性能,制备硅橡胶改性环氧树脂的高分子材料填充泡沫铝的复合材料。静态压缩试验表明,填充改性环氧树脂的泡沫铝的平台屈服阶段明显抬升,改善泡沫铝的力学性能,提高泡沫铝的吸能能力。     

复合材料面层-泡沫金属夹芯板的振动及吸能特性分析

在冲击载荷作用下,泡沫金属夹芯板沿厚度方向存在不可忽略的压缩和剪切变形,故经典层合板理论不适用于这类夹芯结构的分析,必须考虑芯层的横向压缩和剪切变形。利用高阶理论考虑芯层的横向剪切和正应变,应用Kirchhoff理论分析上下面层。采用哈密尔顿方程和加权伽辽金法获得夹芯结构振动方程;根据振动方程,边界条件和初始条件,利用4阶Runge-Kutta法,在冲击载荷作用下,求出复合材料面层-泡沫金属夹芯板在弹性变形阶段的横向动态位移,同时求出夹芯板的固有频率并与有限元计算结果进行比较,二者吻合很好。讨论不同复合材料面层铺设角、阻尼比及芯层厚度参数对夹芯结构振动特性的影响,结果表明：改变复合材料面层铺设角及芯层厚度,可改变夹芯结构的整体刚度,进而影响结构的振动特性;阻尼耗散结构能量,可加速结构振动的衰减。通过分析复合材料面层-泡沫金属夹芯板的能量吸收特性,得出了由于泡沫芯层承受横向压缩和剪切变形而具有良好吸能特性的结论。     

多个圆弧刻槽薄壁圆管轴向压溃吸能特性数值研究

为了降低薄壁圆管吸能结构的初始峰值载荷,获得稳定的平均压溃力,设计不同刻槽形式的薄壁吸能结构.分别在薄壁圆管外壁、内壁和内外交错预设多个圆弧凹槽,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分析不同刻槽类型对吸能特性的影响.计算结果表明:不同刻槽形式对薄壁圆管吸能量影响很大;相同条件下,内壁刻槽比外壁刻槽能够更多地降低初始压溃载荷.该研究对多个圆弧刻槽薄壁圆管轴向压溃吸能特性的研究有一定的参考价值.     

航天运载器支架式主结构承载性能的有限元分析

航天运载器主结构的功能是把载荷从一种结构传递到另一种结构上.依据对美国可重复使用运载器X-33和Atlas V型火箭上两种典型支架式CFRP(碳纤维增强树脂基复合材料)主结构的分析,建立了两种支架结构的有限元模型,计算了在支架轴向力、横向力和绕纵轴的扭矩及综合载荷作用下支架结构的形变、压缩比、偏心率和CFRP管件的轴向应力,通过计算结果对两种支架式主结构的承载性能特点进行了分析.     

热固性树脂基玄武岩纤维复合材料性能的研究

为了研究树脂基玄武岩纤维增强复合材料的力学性能,对两批四组试件分别进行冲压式剪切试验,研究每组复合材料试件在准静态下的剪切强度。结果表明:玄武岩纤维增强复合材料在受准静态剪切载荷时,主要破坏形式表现为纤维的拉伸破坏、基体碎裂和分层;不同树脂基体影响复合材料板的剪切强度大小,而不同树脂含量主要影响其承载历程和载荷-应变关系,但树脂含量较低时更会突显玄武岩纤维性能的离散性。     

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...     

环氧基CFRP冲击性能及损伤容限性能研究

为获得碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced plastics,CFRP)受低速冲击时的损伤情况,对环氧基CFRP层合板进行抗冲击及损伤容限性能试验。为获取不同冲击能量下CFRP层合板的低速冲击响应信息,对CFRP层合板进行低速冲击试验,基于试验结果进行层合板低速冲击损伤形式、损伤机理及能量响应和冲击损伤形貌分析;为确保复合材料结构的耐久性和损伤容限,进行冲击后压缩试验,分析CFRP的损伤阻抗和损伤容限。结果表明:冲击能量在冲击过程中被吸收或转化,CFRP层合板的分层阈值和冲击能量无关,与材料的属性及成型工艺相关;CFRP层合板的冲击能量-凹坑深度曲线与凹坑深度-剩余压缩强度曲线拐点位置一致,且拐点对应的凹坑深度不超过BVID规定的凹坑深度。     

泡沫铝复合材料的动态压缩试验研究和吸能分析

随着武器科技的发展,对吸能防护材料要求越来越高。采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验技术对泡沫铝,铝-脂-胶复合材料,填充环氧树脂的泡沫铝冲击压缩性能进行研究,得到3种材料的应力-应变曲线,并对其进行吸能性能分析。结果表明,铝-脂-胶复合材料具有非常好的吸能特性。铝-脂-胶复合材料可作为一种新型的高性能吸能防护材料。     

金属与碳纤维复合结构发射箱耐高温冲击性能

为解决发射过程中产生的带颗粒高温燃气对碳纤维复合材料(CFRP)发射箱的冲刷和烧蚀问题,某型号发射箱采取薄壁金属与CFRP复合的结构形式,内层为金属层,外层为CFRP层。使用计算流体力学软件Fluent仿真不同材料、不同厚度金属层与CFRP层复合结构的温度分布;利用有限元分析软件Ansys进行线性温度屈曲分析,研究钢+CFRP复合、铝+CFRP复合两种复合结构以及不同厚度金属层复合的屈曲温度;提出热发射环境金属+CFRP复合结构参数,并与实际热发射试验结果进行对比分析。仿真和试验结果表明：金属+CFRP复合结构发射箱中,金属层厚度过薄,无法适应热发射过程的高温冲击,金属层会发生向内屈曲现象;相同厚度情况下,钢+CFRP复合结构耐热发射温度冲击能力高于铝+CFRP复合结构;相同质量情况下,钢+CFRP复合结构耐热发射温度冲击能力低于铝+CFRP复合结构。     

温度对玻璃纤维-环氧树脂润湿性的影响

采用Wilhelmy法测定不同温度下CYD128环氧树脂的表面张力和环氧树脂浸润ST,ECT,TM玻璃纤维的动态接触角,计算玻璃纤维的表面自由能及环氧树脂浸润玻璃纤维的热力学黏附功,分析了玻璃纤维-环氧树脂润湿特性。结果表明:室温升至60℃,环氧树脂的黏度及表面张力降低,环氧树脂与玻璃纤维的热力学黏附功升高,玻璃纤维与环氧树脂的润湿性逐步改善;高于60℃后影响较小。