碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论:添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。

碳纤维复合材料压缩强度影响因素研究

采用碳纤维束丝法制备碳纤维复合材料,借助DSC、XRD、SEM、万能材料试验机和动态接触角等测试方法,研究了碳纤维和树脂性能对碳纤维复合材料压缩强度的影响。实验结果表明,与环氧树脂E51相比,浇铸体拉伸模量较高的环氧树脂TDE85制备的碳纤维复合材料压缩强度较高;在本研究范围内,树脂环向支撑厚度增加有利于碳纤维复合材料压缩强度的提高;受微晶结构抵抗外界破坏能力的影响,HTS40,CCF300,CCF700H三种碳纤维复合材料的压缩强度随着碳纤维拉伸强度和拉伸模量的增大而增大,而T800H,GW5535,M40J三种碳纤维复合材料的压缩强度随拉伸模量的增加呈下降趋势。

基于振动传递率的层合板局部脱层损伤识别研究

为简单准确测出层合板结构的局部脱层损伤位置,提出了一种基于振动传递率函数稀疏化的局部脱层损伤识别方法。文章设计了含脱层GFRP层合板受迫振动的实验方案,并采集板面多点加速度响应数据,利用数据构建振动传递率函数图谱,选取局部稳态频段利用L1范数稀疏化提出脱层损伤指标TD;分析不同脱层位置,不同脱层程度对脱层损伤指标TD的影响。结果表明,该损伤识别指标TD的分布与实际试件脱层损伤的分布吻合性好,利用此指标可进行层合板脱层位置和脱层损伤识别,具有很好的工程应用价值。

飞机蒙皮材料的研究现状

文章从材料、成型工艺及影响因素、力学性能等方面综述了飞机蒙皮材料的研究进展,旨在为其进一步研究提供参考。

风电叶片用大丝束碳纤维拉挤板的应用现状与挑战

综述了风电叶片用大丝束碳纤维拉挤板的应用现状和挑战。风电叶片用碳纤维拉挤板以连续大丝束碳纤维和高性能环氧树脂经热固化拉挤成型工艺连续生产而成,主要用作海上风电叶片的主梁;当前风电叶片用碳纤维拉挤板面临提高性能(包括压缩性能、层间性能、拼接性能)和降低成本的挑战;碳/玻混拉挤板作为一种低成本拉挤板,可为叶片设计、减重、降本提供更多可能;预计随着海上风电的发展及大丝束碳纤维国产化进程加速,大丝束碳纤维在风电领域的应用会进一步增长。

碳纤维增强塑料在体育领域中的应用优势分析

体育器材作为体育运动的辅助用具,其安全性及耐久性对使用者而言至关重要。传统体育器材多采用金属、木材、塑料等材质,受自然及人为因素影响,极易出现生锈老化、变形、开裂等问题,缩短体育器材的使用周期。碳纤维增强塑料作为一种复合材料,具备质量轻、强度高、耐腐蚀、抗老化等特点,有利于大幅提升体育器材的综合性能,也可为使用者提供安全舒适的运动体验。

连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料拉板的制备与性能研究

采用连续碳纤维增强聚酰胺6预浸料通过缠绕-模压成型工艺制备复合材料拉板。采用自制的拉伸工装对复合材料拉板的拉伸性能进行评测,研究其破坏形式及失效机制。研究发现,增加模压成型压力可以减少复合材料中的孔隙,使孔隙缩小,减少内部缺陷,使结构更致密,提高拉板的拉伸强度。未加套环拉板拉伸破坏位置在其端部,外层纤维被拉塌劈裂,只有内层纤维一直起作用直至被拉断,拉伸强度较低。加套环拉板拉伸破坏位置是在侧面靠近轴套位置,纤维是拉断破坏,断裂截面比较平齐;整个拉伸过程中,套环的横向约束使所有纤维都能够很好地发挥抗拉作用,使其具有较高的拉伸强度。

碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料的制备及其性能

采用碱催化酚化的方式增加木质素反应活性以替代苯酚,用于制备酚醛树脂及碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料,探讨了碱催化酚化工艺条件对木质素结构的影响,表征了不同取代比的木质素基酚醛树脂的结构,以及碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料的形貌和力学性能。结果表明:经碱催化酚化的木质素反应活性明显增加,最佳工艺条件为温度90℃,时间90 min,碱用量4%(w);木质素基酚醛树脂与传统酚醛树脂结构相似,当木质素替代率为30%(w)时,可获得弯曲性能和层间剪切强度高的碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料。

碳纤维布增强聚丙烯板落锤试验研究

为研究碳纤维布增强聚丙烯板材的抗冲击性能,利用环氧树脂采用外贴的方式分别制备单层碳纤维布和双层碳纤维布的复合板材,同时设置未粘贴碳纤维布的对照组试件,并通过采用INSTRON CEAST 9350落锤冲击试验系统分别以4、8、12 J的能量进行落锤试验,并得出冲击荷载-位移的曲线和试验后板材的损伤破坏形态。试验结果表明,外贴碳纤维布能够显著提高聚丙烯板材的抗冲击性,并且也能够减少聚丙烯板材在冲击荷载下“应力发白”现象的产生,同时粘贴双层的碳纤维布的板材的抗冲击能力优于粘贴单层碳纤维布的板材。

不同酸酐固化环氧改性PDCPD及其与碳纤维界面结合

环氧树脂/酸酐体系已经被证实能通过共混-共固化方法用于改善环戊二烯/GrubbsⅡ代催化剂体系与商业化碳纤维界面结合能力,但是环氧/酸酐的引入会大幅度提高聚双环戊二烯聚合时间,影响其制件效率。通过对比甲基纳迪克酸酐(NMA)和甲基四氢苯酐(THPA)固化环氧树脂改性聚双环戊二烯的完全固化时间、力学性能、耐热性以及复合材料力学性能,进一步探究了双相树脂体系与碳纤维黏合机制,旨在获得效率与性能可同步提升的聚双环戊二烯复合材料树脂配方。结果表明,尽管THPA固化环氧改性PDCPD聚合时间相比于NMA固化环氧改性PDCPD要大幅度缩短,但是前者与碳纤维界面结合要弱于后者。

改性钢纤维混凝土界面伸缩缝过渡区域粘接性能分析

以碳纤维、纳米二氧化硅及再生粗集料作为主要原料制作钢筋混凝土试件,从工作状态下的基层受力模式、粘接层厚度和钢纤维埋置深度对该区域粘接性能展开分析。试验分析表明,埋入深度为25 mm的试件,其拔出后的区域内纤维絮状物质密度最小,降低界面伸缩缝过渡区基层粘接性能;拉拔整个过程分为弹性期和软化期,弹性期位移量是由于钢质和钢质之间的内聚力决定;软化期在每一次裂纹后,基体产生局部应力消失;在钢纤维混凝土中,当粘接层厚度为75μm时,最大应力为73 N,提高了钢纤维混凝土的抗拉强度和与基体之间的粘接效果;在钢纤维的长度为5~25 mm的范围内,其长度越长,对抵御混凝土裂变的作用越好。

连续纤维复合材料3D打印纤维排布影响分析

连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)3D打印技术可以缩短CFRTPCs部件的开发周期并提高生产效率。为研究不同纤维排布对CFRTPCs 3D打印样件拉伸性能的影响,设计了三种增强层分布的CFRTPCs拉伸样件和六种层内纤维铺设角度不同的拉伸样件,并对样件拉伸损伤失效过程进行实验和仿真。实验结果表明,样件刚度和极限抗拉强度随纤维体积分数的增大均有提升,载荷方向与纤维排布间角度增大时样件弹性模量急剧下降;在设计连续纤维复合材料构件过程中,需适当提高纤维含量,减小纤维与载荷间夹角以提高性能。

基于MQL的碳纤维复合材料制孔表面质量及切削力试验

目的 减少碳纤维增强复合材料(CFRP)制孔表面毛刺及边缘凸起等缺陷。方法 对比研究在干切削和微量润滑(MQL)2种加工条件下碳纤维增强复合材料(CFRP)的制孔,在切削速度一定时,探究切削方式、进给速度对制孔尺寸精度、表面质量、切削力的影响。采用方差分析对各影响因素及其权重进行分析。结果 得出了切削方式和工艺参数对制孔尺寸精度、切削力、表面质量的影响规律。试验结果表明,在微量润滑条件下,由于润滑和降温的影响,表面毛刺得到有效去除,纤维断面平整,剪切作用明显,抑制了由温升所引起的边缘隆起膨胀现象,试样的表面质量得到显著提高,切削力整体降低。在干切削和微量润滑条件下对制孔尺寸精度影响最大的是切削方式。对于切削力,在干切削时受到切削方式的影响最大,在微量润滑条件下受到进给速度的影响最大,随着进给速度的增大而增大。结论 在现有试验条件下,微量润滑的加工质量总体上优于干切削的加工质量,其制孔尺寸的精度整体更高,其切削力最大降低了84.26%。

碳纤维增强尼龙复合材料表面改性研究进展

碳纤维增强尼龙复合材料因其轻质高强、具有优异的耐腐蚀和热稳定性等优点,在航空航天、汽车等领域得到了广泛应用。综述了近几年来碳纤维增强尼龙复合材料表面改性在干法、湿法和纳米材料多尺度三个改性方面的研究进展,描述了三种改性方式的机理原理、研究思路和技术手段,指出了该复合材料在力学性能和润湿性能等方面的优势,并总结了目前碳纤维增强尼龙复合材料表面改性存在的主要突出问题和相应的解决措施,最后针对该复合材料的研究方向和应用前景进行了展望。

CFRP复合材料在不同运动器材中的结构性能及优势分析

随着社会的飞速发展,当代人们对体育项目也日益重视起来,为此对体育项目的设备也提出了更高的要求,材料的使用直接影响运动器材的性能。目前,CFRP材料广泛应用于体育器材,大大提高了体育器材的综合使用性能。体育器材针对刚度、密度等方面的要求非常严格。CFRP材料跟传统组成材料做对比,CFER材料的综合性能优势要远高于传统塑料,如今CFER材料已经成为运动器材领域不可缺少的部分。

拉曼光谱在碳纤维增强复合材料性能研究中的应用

碳纤维增强复合材料(CFRP)因其高强度、高模量、轻质化、耐腐蚀等卓越性能,在航空航天领域中的应用日趋广泛。CFRP的生产工艺、服役环境会对CFRP的微观结构造成影响,从而改变其拉伸、剪切等力学性能、界面性能以及热电性能。为了提升CFRP的结构稳定性,保证其性能和服役安全性,对CFRP进行原位、无损的微观结构检测,损伤识别与监测工作具有重要意义。拉曼光谱法作为一种高分辨率、非破坏性的检测技术,能够用于碳纤维取向、结晶度以及界面相互作用等微观结构特性的测试表征,继而评估材料的组分、缺陷、变形等情况。该文概述了CFRP在航空航天领域减轻飞行器重量、吸收电磁波等方面的应用优势,总结了拉曼光谱用于CFRP结构表征、力学性能和热电性能研究、高温损伤过程研究的场景和原理,以及使用拉曼光谱分析检测CFRP时的注意事项,以期为CFRP在航空航天领域的性能优化、质量保证、服役行为监控等方面提供理论支持和实践指导。

磨料颗粒速度对汽车CFRP表面涂层去除率的影响

针对汽车碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)表面损伤涂层的无损基材去除,收集牌号为2124的酚醛类树脂塑料制备磨料,提出塑性磨料气-固两相射流加工方法。通过单因素控制试验和数值模拟相结合的方法,在不同气体压力下用30~40目的塑性磨料对涂装有机涂层的CFRP试样板进行冲蚀试验,研究了颗粒速度随气体压力的变化规律。借助扫描电子显微镜(SEM)和超景深三维显微镜观察涂层冲蚀表面的三维形貌,阐明了涂层去除机理,研究了冲蚀角度和磨料形状对冲蚀机理的影响,定量分析了塑性磨料在不同气体压力下的涂层去除量。结果表明,随着气体压力的增加,涂层去除率增加。涂层在较低的颗粒速度下主要以微耕犁导致塑性变形的方式去除,在较高的颗粒速度下主要以微切削的方式去除。本研究可为塑性磨料气射流去除汽车CFRP表面涂层技术提供理论参考。

碳纤维复合材料在轨道车辆装备轻量化中的应用

碳纤维复合材料(CFRP)在力学性能、轻量化、减振降噪等方面具有显著优势,在轨道车辆装备领域具有非常广阔的应用空间,这对于推进轨道车辆实现绿色环保、节能舒适的发展有着非常积极的现实意义。为促进国内CFRP在轨道车辆装备中的应用发展,对目前国内外CFRP在轨道车辆装备领域的发展现状进行了研究。

纤维增强复合材料/混凝土组合梁界面连接与性能研究进展

从理论、试验及现场应用的角度对5种复合材料/混凝土组合梁界面连接方式进行分析比较,探讨了其受力特征、计算模型和工程应用,阐述了各种连接方式改进和多种连接方式结合使用的方法,以提高复合材料/混凝土组合梁界面连接性能,优化复合材料/混凝土组合梁结构构造。

碳纤维增强环氧树脂复合材料盐雾腐蚀行为及其老化分子机制

碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)综合性能优异,广泛用于国防军工、航空航天等领域。文中针对CFRP在海洋气候环境下的实际应用需求,研究了具有产品结构特征的NOL环及层压板试样在高温、高浓度盐雾(55℃,10%NaCl)条件下的盐雾腐蚀行为,并通过研究材料在老化过程中的吸湿行为、盐分扩散行为及树脂分子/交联网络结构及体系界面结构的演变,探究了其老化分子机理及界面损伤机制。其老化过程可分为3个阶段,在此期间水分子对树脂的溶胀与塑化作用、纤维-基体湿膨胀系数不匹配诱发的界面损伤作用及盐分/水分对树脂的腐蚀断链作用均可导致体系交联密度降低、界面脱粘及基体破碎,诱使材料力学及界面强度劣化。老化90 d后,NOL环及层压板试样的层间剪切强度(ILSS)保留率分别为73.75%及84.10%。