立体多向编织结构对复合材料性能的影响

本文采用1×1,1×2和1×3三种不同的编织结构对轴向增强和非增强三维多向编织复合材料的性能进行了研究。对编织复合材料的拉伸强度、刚度和弯曲强度、刚度进行了实验分析。结果表明;三维编织复合材料具有良好的性能。编织结构对复合材料性能有较大的影响。纤维表面编织角和纤维体积比是影响复合材料性能的重要结构参数。通过轴向加入非编织增强纤维,使编织复合材料的拉伸强度和模量,弯曲强度和模量有了较大改善。      

立体多向编织结构对复合材料性能的影响

本文采用1×1,1×2和1×3三种不同的编织结构对轴向增强和非增强三维多向编织复合材料的性能进行了研究。对编织复合材料的拉伸强度、刚度和弯曲强度、刚度进行了实验分析。结果表明;三维编织复合材料具有良好的性能。编织结构对复合材料性能有较大的影响。纤维表面编织角和纤维体积比是影响复合材料性能的重要结构参数。通过轴向加入非编织增强纤维,使编织复合材料的拉伸强度和模量,弯曲强度和模量有了较大改善。     

三维编织复合材料的疲劳性能

研究了三维编织复合材料的疲劳性能和编织结构对疲劳性能的影响。进行了应力比为011 、实验频率为10 Hz 的拉2拉疲劳性能测试。结果表明, 三维编织复合材料的疲劳强度约为其抗拉强度的60 %～80 % , 比金属材料的疲劳强度的相对值高。编织角是影响三维编织结构复合材料疲劳性能的一个主要因素。随着编织角的增大, 疲劳过程中易出现各种损伤, 而且伴随明显的升温现象。编织角大的试件在疲劳实验过程中模量变化明显, 并且呈现逐渐升高的趋势, 这与金属材料的双模量变化规律不同。在疲劳次数为100 万次后, 试件的剩余强度高于静载拉伸强度, 这主要是由于在疲劳测试过程中, 试件内编织纱线的取向更接近受力方向所致。      

三维五向编织复合材料纵向性能的实验研究

通过对具有不同编织结构参数的三维五向编织复合材料试件的纵向拉伸和压缩实验,分析了该类材料的纵向拉、压刚度和强度随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式.三维五向编织复合材料在破坏前基本保持线弹性,纵向拉、压破坏具有脆性特征,拉伸模量和压缩模量比较接近,但拉伸强度远大于压缩强度.编织角和纤维体积含量对材料性能的影响显著,纱线粗细的影响不大.提高第五向纱线的比例,可提高材料的纵向性能.此外,研究中采用短标距薄板试件,以避免试件产生整体屈曲和端部纤维束开裂破坏.     

二步法方型三维编织复合材料力学性能及影响因素

对具有不同细观结构参数的二步法方型三维编织复合材料试件进行了轴向拉伸、三点弯曲及轴向压缩的力学性能测试,获得了这种结构材料的基本力学性能数据。针对其细观结构特点,从宏观角度分析了编织纱的种类、编织纱与轴纱的线密度之比以及编织节距长度等参数对力学性能的影响。实验和分析结果表明:二步法方型三维编织复合材料的轴纱对轴向拉伸和压缩性能起主导作用;节距长度增大,编织纱越粗,轴向拉伸强度、拉伸模量以及轴向压缩强度和模量均有增大的趋势。      

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究EI

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

3D纤维增强复合材料的结构对力学性能的影响

研究了树脂基镀镍碳纤维3D复合材料的不同结构,包括三维五向、正交三向结构对3D复合材料拉伸性能和冲击性能的影响。进行了两种试件力学性能的测定,结果表明,三维五向3D复合材料和正交三向3D复合材料都能达到高的力学性能,在纤维体积含量相近的情况下,三维五向3D复合材料的拉伸强度和冲击强度较正交三向3D复合材料高,拉伸强度可达920 MPa、冲击强度达150 KJ/m2。通过对编织结构的设计,可以设计3D复合材料的性能。     

三维编织复合材料力学性能的实验研究

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究，得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律。实验结果表明：三维编织复合材料具有良好的力学性能，而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响，这些结果为进一步研究复合材料的强度反作用失效问题奠定了实验基础。     

三维编织复合材料的弯曲和压缩性能探讨研究

对四步法三维编织结构增强树脂复合材料的弯曲,压缩性能进行了实验研究,获得了该材料的主要力学性能参数及变形,破坏规律,结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织结构及复合材料性能有较大的影响,这些结果为进一步研究编织复合材料的强度失效问题奠定了试验基础。     

温度对三维五向编织/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

研究了三维五向编织/环氧树脂复合材料和树脂基层合复合材料在室温、80℃、150℃和180℃的拉伸性能,讨论了不同温度对三维五向编织复合材料和层合复合材料拉伸的影响规律。研究结果表明,三维五向编织复合材料在80℃、150℃时的拉伸强度与室温相近,而在180℃时,比室温时的拉伸强度下降了15.37%;层合复合材料在80℃、150℃和180℃时的拉伸强度则比室温分别下降了3.45%、13.3%和34.42%。造成层合复合材料高温拉伸强度下降较大的原因是:在高温时,由于树脂被破坏,使层合复合材料发生了分层。说明相同树脂基体的复合材料,增强体结构对复合材料在高温时的拉伸性能有着重要的影响。     

叠层缝合结构碳纤维/Al复合材料微观特征与高温弯曲性能

将M40J碳纤维(C_f)以叠层缝合结构编织成预制体,采用真空气压浸渗工艺制备成C_f/Al复合材料。在高温环境(350℃、400℃)下进行三点弯曲测试试验,通过SEM、TEM、EDS和XRD对材料的元素分布、物相组成、微观组织和界面特征进行观察分析,研究其高温弯曲性能,探讨该种材料在高温环境下弯曲失效机制。结果表明,制备的C_f/Al复合材料基体与增强体界面轮廓清晰且结合紧密,材料内部基体受残余拉应力。C_f/Al复合材料在350℃时的弯曲强度和模量分别为175.2 MPa和90.1 GPa,在400℃时为160.8 MPa和87.5 GPa;温度升高时叠层缝合结构C_f/Al复合材料的弯曲强度未出现大比例下降,其高温稳定性较其他编织结构更好。C_f/Al复合材料在高温环境下弯曲失效时受拉伸、压缩共同作用,其失效方式是基体开裂及部分纤维断裂,主导因素为基体在高温下软化和材料界面结合强度下降。      

二维编织-树脂传递模塑成型双马来酰亚胺复合材料管的弯曲及轴向压缩性能研究

通过二维编织-树脂传递模塑(RTM)成型方法制备得到了复合材料管,并设计制造特殊夹具,参考GB/T 5350—2005及SY/T 7318.3—2017标准对复合材料管的弯曲及轴向压缩性能进行了研究,并参照实验结果与典型6061铝合金的力学性能进行了对比。结果表明:复合材料管的轴向压缩破坏形式均表现为脆性剪切破坏模式,平均压缩强度为187.6MPa。复合材料管的弯曲破坏形式为脆性破坏,其平均弯曲强度为262.2MPa,弯曲模量为14.0GPa,与6061铝合金管性能相当,而密度仅为其58%,表现出较好的减重潜力。     

原位聚合法制备连续玻璃纤维增强PCBT复合材料及其性能

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)原位聚合制备了连续玻璃纤维(GF)增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。考察了聚合反应中催化剂用量对PCBT结晶度以及GF/PCBT复合材料力学性能的影响。当催化剂用量为0.5%(质量分数)时, PCBT的结晶度为53%, GF/PCBT的力学性能达到最佳, 拉伸强度为522 MPa, 拉伸模量为27 GPa, 弯曲强度为481 MPa, 弯曲模量为24.8 GPa, 层间剪切强度(ILSS)为43 MPa。SEM观察表明, 发现催化剂用量为0.5%时, 树脂与纤维的结合性较好。进一步研究了淬火和退火后处理对复合材料力学性能的影响。发现复合材料退火处理后具有较好的力学性能, 其中拉伸强度为545 MPa, 弯曲强度为495 MPa。     

农林废物生物炭/高密度聚乙烯复合材料的制备与性能

利用稻壳、杨木在600℃下制备稻壳炭、杨木炭,以稻壳、稻壳炭、杨木、杨木炭为填料填充高密度聚乙烯(HDPE)制备复合材料,并对其性能进行测试分析。结果表明,跟稻壳、杨木相比,稻壳炭、杨木炭具有较高的含碳量、较大的比表面积、发达的孔隙结构及较低的极性;稻壳炭/HDPE复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为34.95 MPa、1.76 GPa、26.25 MPa、1.83 GPa,均高于稻壳/HDPE复合材料,杨木炭/HDPE复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为40.14 MPa、2.43 GPa、30.64 MPa、2.17 GPa,均高于杨木/HDPE复合材料;此外,稻壳炭/HDPE复合材料、杨木炭/HDPE复合材料的抗蠕变强度、抗应力松弛能力均高于稻壳/HDPE复合材料、杨木/HDPE复合材料。以上实验结果可为农林废物的高值化利用提供新的思路。      

三维四向大编织角复合材料的细观强度分析

编织角是影响三维编织复合材料力学性能的最重要因素.实验数据表明:大编织角复合材料在单向拉伸作用下的破坏形式较为复杂,其应力-应变曲线呈现非线性特性.本文建立了细观应力场的均匀化列式和有限元求解方法,运用该方法对三维大编织角复合材料的细观应力分布进行了数值模拟,结合相关的强度理论对材料进行失效分析,并进一步对材料的拉伸强度进行预测.强度计算结果与实验结果较为吻合.