复合材料的损伤容限

本文讨论了低速冲撞对先进的热固性树脂基复合材料结构所产生的损伤容限,并提供了相应的背景、冲击试验结果、设计要求、某些设计方案、分析工作、结论和建议。最重要的观测結果是:低速冲撞比已研究的任何其它类型的损伤要更严重;面内压缩是冲击损伤试样的临界负荷;100英尺-磅冲击损伤减少高温湿应变15％;在周期负荷下冲击损伤的增长并不一致;S-N曲线比较平缓,静态条件可能支配设计;如果峰值负荷不超过损伤的静态抗压强度的60％,试样寿命可能超过(R=10)10~6循环;在室温干燥条件下压合是有利的。设计要求规定假设的起始损伤是一个4英寸长和0.02英寸深的表面划伤;相当于直径2英寸的剥离,以及由或是100英尺-磅能量或是0.1英寸深最小凹痕所产生的冲击损伤。就相同的冲击能量来说,较大的和较为复杂的试样与平的简单的试样相比呈现较大的损伤容限。建议使冲击试验标准化,建立能量释放速率和后冲击强度之间的关系,并且研究和验证适用于复合材料结构的损伤容限广谱的预测能力。     

纤维表面处理对三维编织碳纤维/环氧复合材料力学性能的影响

在对长碳纤维 /环氧复合材料 (Cl/Ep)研究的基础上 ,重点研究了纤维空气氧化和次氯酸钠氧化对三维编织碳纤维 /环氧复合材料 (C3D/Ep)力学性能的影响。结果表明 ,纤维表面处理可显著增强纤维 /基体的界面结合强度 ,使其力学性能大幅度提高。其中 ,空气氧化效果最为明显     

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。     

表面处理对镁合金及其复合材料性能的影响

用扫描电镜、动态接触角测量仪、拉压试验机等,对不同表面处理镁合金的表面形貌和特性、玻璃纤维增强树脂/镁合金叠层板(GFRR/Mg)的界面形貌和力学性能进行分析.结果表明:表面处理可提高镁合金表面能和GFRR/Mg叠层板的力学性能.经磷酸盐处理和高锰酸盐处理后,镁合金的表面能分别为85.97 mJ/m2和92.04 mJ/m2,比打磨处理增加了53.7％和64.6％,表面润湿性明显改善.磷酸盐和高锰酸盐处理镁合金制备的GFRR/Mg叠层板界面结合良好,抗拉强度和弯曲强度比打磨处理的GFRR/Mg叠层板稍高.     

C/C复合材料的ILSS与碳纤维表面状态的关系

采用液相氧化法对PAN系碳纤维进行了表面处理,研究了不同条件下,碳纤维表面状态对C/C复合材料中纤维与基体的结合程度的影响规律,并通过扫描电子显微镜观察其断口形貌,分析了影响因素与结合状态的关系。     

铝合金表面处理对玻璃纤维-铝合金叠层板性能的影响

对铝合金表面经化学法、机械-化学法或化学-阳极氧化法预处理后,再经铺设玻璃纤维布、浸渍环氧树脂、静置固化等过程,获得玻璃纤维-铝合金叠层板;观察分析了铝合金表面和叠层板界面微观形貌,并测试叠层板力学特性。结果表明:3种预处理方法相比较,铝合金表面微孔孔径依次增大、孔数依次增多、分布依次更均匀;化学-阳极氧化法处理的铝合金制备的叠层板界面缺陷少、力学特性好。     

纳米填料对碳纤维复合材料电磁特性的影响

实验测试了纳米Al2O3填料、纳米SiO2填料、纳米TiO2填料对基体(环氧树脂)的电磁参数的影响情况.实验表明,纳米TiO2填料降低了基体的磁损耗,对材料的电性参数影响明显.随着填料含量的增加,ε′r值增大且tgδe值也显著上升,其变化规律是:TiO2填料量每增加20%,ε′r值上升约0.2～0.5,tgδe值上升约0.02～0.08.     

增强树脂用玻璃纤维表面处理技术研究进展

玻璃纤维表面处理是获得优良性能的玻璃纤维复合材料的关键技术,从增强聚合物基复合材料的角度综述了玻璃纤维表面处理的研究情况,提出了研究中亟待解决的问题,认为开发大分子偶联剂以及表面二次接枝处理是未来值得重视的表面处理技术。     

表面处理对兵器钢力学性能的影响

本文选用九种兵器工业常用钢种,测量了在不同工艺参数下酸洗、镀铬,镀镉、磷化时材料中的进氢量、氢的逸出曲线及酸洗后的拉伸性能,分析了影响材料进氢的因素,提出可用缺口试样断面收缩率来衡量材料的氢脆敏感性,并讨论了确定去氢工艺的原则。     

高损伤容限航空Al合金

<正>世界专利WO2007 111634中公布了美国科研人员研制的一种新型2000系列航空Al合金。合金的主要化学成分(质量分数)为:3.0%~4.0%Cu,0.4%~1.1%Mg,Ag≤0.8%,Zn≤1.0%,Zr≤0.25%,Mn≤0.9%,Fe≤0.5%,Si≤0.5%,其余是Al。其中,Cu和Mg含量比为(3.6~5):1。该合金具有高强度和高的损伤容限,综合性能良好,适用于变形加工或铸造方式制造的航空器用零部件。     

雷电C分量对碳纤维增强复合材料的热损伤研究

为了辨析雷电C分量对碳纤维增强聚合物复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）的热损伤机制,首先对雷电流作用下造成碳纤维增强复合材料热损伤的热源进行理论分析,然后基于多物理场仿真软件建立含热流密度的电-热耦合仿真模型,并对CFRP进行标准化人工模拟雷击试验。对比CFRP内部电势和温度变化趋势,认为电弧热效应是雷电C分量作用期间导致复合材料升温的主要原因。电荷量的增加会加剧复合材料面内损伤程度,扩大深度损伤范围,但损伤模式不变。以损伤面积作为评价指标,对比仿真与试验超声C扫描的结果,吻合度良好,验证了所建立模型的准确性。     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤特性研究

以碳纤维复合材料层合板为研究对象,针对低速冲击损伤进行落球低速冲击数值模拟与试验研究,用三维Hash-in失效准则与内聚力单元相结合分析3种不同冲击能量下层合板的损伤演化规律,在试验过程中引入数字图像技术(digital image correlation,DIC)对冲击过程进行实时监测.结果表明:碳纤维复合材料层合板的损伤面积随低速冲击能量增加而增大,低能量以基体开裂为主,高能量以基体开裂和分层为主.用DIC技术得到层合板损伤表面应变规律和集中分布区,与数值模拟结果相验证,误差小于5％.     

碳纤维复合材料各向异性特性对气泡形态影响试验研究

为探究碳纤维复合材料各向异性特性对气泡溃灭形态的影响,利用高速全流场显示系统记录和观测单向纤维铺层的碳纤维复合材料边界附近气泡形态,以及复合材料边界变形随时间变化的过程,对气泡在不同铺层角度复合材料边界附近的形态变化进行分析。在气泡距复合材料边界相同初始距离下,针对铺层角度为0°、90°以及0°+90°交替叠加铺层的3种碳纤维复合材料板,对比了复合材料边界附近气泡的形态变化过程以及复合板变形的差异。研究结果表明：气泡在边界附近溃灭时产生高速射流以及冲击波是破坏边界的主要原因;铺层角度的不同会导致单向纤维复合材料边界的变形方式不同,从而严重影响气泡的形态演化过程以及溃灭方式。     

复合材料损伤分析及其本构关系

通过迭层复合材料板的基体横向裂纹和界面开裂两个常见损伤问题，论述了用微观力学方法，即把含不连续缺陷的弹性体处理为边值问题求解，以及用断裂力学的应变能释放率准则确定损伤萌生和扩的临界条件，最终都可以得到损伤本构关系。     

具有高损伤容限的2000系列Al合金

<正>美国专利US2008 29187中公布了一种新型2000系列Al-Cu-Mg-Ag-Zn合金。该合金主要成分的质量分数为:Cu 3%~4%,Mg0.4%~1.1%,Ag≤0.8%,Zn≤1%,Zr≤0.25%,Mn≤0.9%,Fe≤0.5%,Si≤0.5%,其余是Al,其中,Cu与Mg的质量比为(3.6~5):1。该合     

碳纤维的化学镀镍及其复合材料

提出一种有较高沉镍速率和稳定性的碳纤维化学镀技术，研究了镀液的成分对沉镍速率的影响。结果表明，用该技术能在碳纤维表面镀上一层均匀、连续的镍膜。镀镍碳纤维的拉伸强度极限接近于未镀镍碳纤维的强度极限。用镀镍碳纤维制备的铝基复合材料，没有发现明显的界面反应。     

复合材料细观损伤研究

复合材料细观损伤研究方法可以在细观的尺度上对复合材料的力学性能和损伤失效进行研究。通过细观尺度上的胞元建立损伤萌生与演化模型,根据细观损伤演化模型确定细观损伤变量,当细观损伤变量达到阀值时可预报复合材料的强度和疲劳寿命等宏观性能。细观损伤有限元分析已成为对理论模型进行修正的重要手段,可以用理论分析与有限元模拟相结合的方法研究复合材料的力学行为。为了更好的为相关研究工作提供参考,对复合材料细观损伤研究进展情况从理论研究和有限元研究两方面做了一个回顾和梳理。     

碳纤维复合材料激光表面去除仿真研究

以COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件为载体,建立激光与碳纤维相互作用的温度场和应力场,研究碳纤维受激光烧蚀后的表面温度场和应力场特性.结果表明:对于激光的周期性往复烧蚀,温度场和应力场均呈周期性变化.不同激光参数下温度场的影响主要表现在温度高低和升温速率,对应力场的影响主要表现在应力大小和增量.该仿真研究对复合材料激光表面处理有一定参考价值.