复合材料加筋板剪切屈曲特性研究

分别应用半经验工程算法和有限元软件MSC.Patran/Nastran对复合材料加筋板进行剪切稳定性计算,得到结构的失稳临界载荷;开展复合材料加筋板剪切稳定性试验,得到结构的屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷。实验结果表明,复合材料加筋板的破坏形式主要表现为筋条的脱胶和蒙皮的破损,该型结构具有一定的后屈曲承载能力。研究表明,工程算法、有限元计算结果与试验所得局部屈曲载荷较吻合,说明工程算法和有限元模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析,从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考。     

不同孔隙率碳纤维增强环氧树脂复合材料板的压缩强度及其预测模型

通过压缩试验研究了IMA碳纤维增强M21环氧树脂复合材料板孔隙率对压缩强度的影响,建立了孔隙率与压缩强度的非线性关系模型.结果表明:孔隙率不大于1.87％时,该复合材料板的压缩强度较孔隙率为0的变化不明显,孔隙率对压缩强度的影响较小;孔隙率大于1.87％时,复合材料板的压缩强度较孔隙率为0的明显降低,此时孔隙率对压缩强...     

含离散源损伤Z向增强复合材料加筋板压缩特性研究

以含穿透中央筋条的切口模拟离散源损伤,对无增强、Z-pin增强、改进锁式缝合增强、Tufting缝合增强复合材料加筋板进行轴向压缩试验,研究含离散源损伤Z向增强加筋板的损伤扩展模式与破坏特征。结果表明,壁板和筋条间的Z向增强有效控制了壁板与筋条的脱粘,提高了加筋板的屈曲载荷。切口前端的分层只引起局部的屈曲,沿切口方向未切断筋条的断裂和壁板边缘的突然压溃导致加筋板的最终破坏。三维有限元渐进损伤分析结果显示,选用Hashin判据作为失效判据,可以很好地模拟含离散源损伤复合材料加筋板的轴向压缩渐进损伤过程。采用线约束模拟壁板与筋条翼缘之间的Z向增强是合理的,线约束的引入在损伤扩展至筋条下方壁板区域后有效控制了损伤的扩展。     

复合材料加筋板在剪切载荷下的屈曲特性研究

通过对复合材料薄壁加筋板结构进行剪切载荷下的屈曲试验研究,得到结构的屈曲模态、屈曲失稳载荷以及破坏形式,并通过有限元方法对结构的屈曲进行数值分析,分析得到的复合材料薄壁加筋板结构的屈曲模态和试验结果一致,屈曲载荷与试验结果吻合较好.试验还发现复合材料薄壁加筋板结构有较高的后屈曲承载能力,后屈曲过程中由于桁条脱胶会造成屈曲模态的变化.还分析了筋条的连续性对屈曲载荷的影响.     

湿热环境下复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲行为的有限元模拟

制备了CCF300碳纤维/BA9916-II环氧树脂复合材料加筋壁板,研究了该加筋壁板在干态和湿热状态下的压缩行为;建立加筋壁板有限元模型,使用经验公式对湿热环境下的材料参数进行修正,通过模拟分析了不同状态加筋壁板的压缩屈曲与后屈曲行为,并进行了试验验证。结果表明：加筋壁板在干态与吸湿状态下均有较强的后屈曲承载能力;湿热环境会对加筋壁板稳定性与承载能力造成较大负面影响,随吸湿时间延长,其屈曲及破坏载荷均呈先快后慢的下降趋势;模拟得到干态加筋壁板的屈曲载荷和破坏载荷与试验结果的相对误差分别为3.1%和5.2%,吸湿饱和态下的相对误差分别为5.6%和6.9%,误差较小,证明了所采用模拟方法的准确性和所建立有限元模型的合理性。     

湿热环境对复合材料加筋板压缩性能的影响

使纤维增强树脂基复合材料加筋板在70℃、水浴条件下达到吸湿平衡,然后对普通加筋板和吸湿平衡后加筋板进行压缩试验,研究了湿热环境对复合材料屈曲形式、屈曲载荷、破坏载荷和承载能力的影响。结果表明:两种加筋板的破坏形式均主要表现为筋条的脱胶、断裂和蒙皮的撕裂,吸湿后的加筋板仍存在后屈曲过程,但其屈曲载荷下降了8.4%,破坏载荷下降了19.2%。     

碳纤维增强铝合金基复合材料热膨胀特性

研究和分析了热循环中(20■500℃)碳纤维增强铝合金LD2基复合材料热膨胀特性。测定了LD2-C 复合材料中不同碳纤维含量(体积%)对其热膨胀性能影响。文中给出不同温度区间LD2-C 复合材料在纵向(0°)和横向(90°)热膨胀系数。     

帽型加筋板热屈曲优化设计

针对非均匀温度场作用下的帽型加筋板热屈曲问题,采用有限元开展了临界屈曲温度场计算方法研究。在此基础上,结合自动参数化建模方法,建立了以提高受热加筋板屈曲承载能力为目标的优化流程。为了提高优化算法的搜索效率,分别建立了一阶热屈曲特征值和结构重量的代理模型,并将代理模型嵌入到优化流程中,通过代理模型对屈曲特征值和结构重量进行预测来降低优化设计中的有限元计算量,对典型帽型加筋板进行热屈曲分析及优化设计。结果表明,本文中采用的方法可行而且高效,在相关结构设计中具有较大的应用价值。     

碳纤维环氧树脂复合材料的吸湿行为

论述由两种环氧树脂基体、两种固化条件制作的碳纤维复合材料，在两种不同条件下的湿热老化试验，取得了沸腾蒸馏水浸泡120h、湿热老化10000h的老化试验数据。揭示了复合材料力学性能和吸湿量之间以及老化时间和吸湿量之间的关系，评定了材料的耐湿热性能。     

碳纤维增强酚醛树脂/石墨复合材料双极板的性能

研究了碳纤维表面处理方法及其含量对碳纤维增强酚醛树脂／石墨复合材料导电性能与力学性能的影响。结果表明：空气氧化处理碳纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽,容易形成应力集中,复合材料的强度不高;空气加液相氧化处理填充了碳纤维表面的微裂纹,对复合材料有一定的补强作用;液相氧化处理有利于提高碳纤维表面活性以及碳纤维的均匀分散性,使材料表现出较好的力学性能与导电性能;随碳纤维含量增多,材料电导率变小,材料强度开始增大,达到最大值后材料强度下降。对碳纤维进行液相氧化处理,碳纤维含量在3％～4％时复合材料的力学性能与导电性能最好。     

整体编织加筋碳／环氧复合材料圆柱壳压缩试验

进行了整体编织复合材料圆柱壳轴压试验。实时记录载荷与多点变形曲线,测试蒙皮和加筋梁翼缘的应变,监测加载过程声发射信号,捕获破坏瞬态红外照片。测试结果显示：整体编织加筋碳／环氧复合材料具有较高的破坏强度,蒙皮和加筋梁翼缘腹板斜断口破坏,呈现脆性材料特征。     

整体编织加筋碳/环氧复合材料圆柱壳压缩试验

进行了整体编织复合材料圆柱壳轴压试验.实时记录载荷与多点变形曲线,测试蒙皮和加筋梁翼缘的应变,监测加载过程声发射信号,捕获破坏瞬态红外照片.测试结果显示:整体编织加筋碳/环氧复合材料具有较高的破坏强度,蒙皮和加筋梁翼缘腹板斜断口破坏,呈现脆性材料特征.     

亚麻纤维增强环氧树脂基复合材料拉伸强度的预测模型

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了亚麻纤维增强环氧树脂基复合材料,研究了纤维体积分数对其拉伸强度的影响;通过对Kelly-Tyson拉伸强度预测模型进行修正,建立了亚麻纤维增强树脂基复合材料拉伸强度的预测模型,并计算了模型的预测精度。结果表明:当纤维体积分数为38.6%时,复合材料的拉伸强度最大,约为63.10 MPa;不同纤维含量的复合材料因界面剪切强度不同,其所对应的临界纤维长度、纤维拉伸强度及纤维长度效应因子均有所不同;建立的拉伸强度预测模型的预测精度约为97.8%。     

碳/玻璃混杂纤维增强环氧树脂复合材料线芯的性能

采用拉挤成型工艺制备了碳/玻璃混杂纤维增强环氧树脂复合材料线芯,并对其密度、力学性能、热膨胀性能、动态力学性能和耐湿热老化性能进行了研究.结果表明:线芯密度仅为1.76 g/cm3,相对直径相同的钢芯外层可缠绕更多铝导线;抗弯强度大于1 600 MPa,抗拉强度大于2 000 MPa;在25～310 ℃内的线膨胀系数为零,可很大程度地降低导线弧垂;玻璃化温度高达171℃,可在140℃下长期使用;线芯的耐湿热老化性能良好,可较好地用于钢芯替换.     

碳纤维增强聚苯乙烯形状记忆复合材料的弯曲性能

为了提高聚苯乙烯形状记忆聚合物的弯曲性能,制备了碳纤维增强聚苯乙烯形状记忆复合材料,并对其弯曲回复性能和弯曲性能进行了测试分析.结果表明:碳纤维增强聚苯乙烯形状记忆复合材料具有很好的形状回复性能,当回复时间在6 min以前其弯曲回复率高于聚苯乙烯的,最大回复率达98%;25℃时该复合材料承受的最大弯曲载荷约为聚苯乙烯的145%,达113 N,45℃时约为聚苯乙烯的108%,达39 N;塑性失效后复合材料的承载能力优于聚苯乙烯.     

苎麻增强环氧树脂复合材料的力学性能

分别以苎麻原麻和碱麻为增强体,KH550为偶联剂,制备了苎麻增强环氧树脂复合材料,研究了偶联剂用量和纤维含量对复合材料力学性能的影响,并对拉伸断口进行了观察。结果表明:当纤维的质量分数为50%,偶联剂用量为2%时,原麻/环氧树脂复合材料的力学性能最好,拉伸强度为172.9MPa,弯曲强度达365.4MPa;当纤维的质量分数为50%,偶联剂用量为3%时,碱麻/环氧树脂复合材料具有最好的拉伸性能,拉伸强度为117.3MPa;当纤维的质量分数为40%,偶联剂用量为3%时,碱麻/环氧树脂复合材料具有最好的弯曲性能,弯曲强度达293.2MPa。