基于非接触光声成像的碳纤维增强复合材料冲击损伤检测方法

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)的损伤机制并对其制造过程进行质量监控,对CFRP的冲击损伤区域进行了高分辨无损检测。构建了全光式非接触光声显微(AONC-PAM)成像系统,利用自主开发的光学吸收结合背向散射的双对比度成像模式,对CFRP在不同冲击能量下的损伤区域进行高分辨率无损检测。实验结果显示,AONC-PAM系统的空间分辨率为2.9±0.5μm;双对比度成像策略能以2 s/帧的速率同时获得基于光学吸收和表面散射特性的图像及两者叠加的双对比度图像;AONC-PAM系统显示了比通用明场显微镜系统更多的成像细节,包括碳纤维分布和其他微观缺陷如纤维断裂、错位、缺束和褶皱,可检测的微观缺陷尺寸达10~20μm,并实现了损伤区域的精准量化。

基于人工神经网络的短纤维增强复合材料设计

为指导短纤维增强复合材料设计,提出一种基于人工神经网络的方法。首先,结合取向平均法和自洽假设建立数学模型,计算出不同体积分数下SFRCs的弹性性能;然后,建立2个不同的人工神经网络,将数学模型计算得到的数据集投入训练,由此可以由SFRCs的体积分数快速预测出弹性性能,也可以由已知的SFRCs的弹性性能反向推导出纤维的体积分数。与传统方法相比,该方法可以有效减少重复实验次数,降低成本与周期,对复合材料实验的设定有一定的参考意义。

基于黏弹性材料的高阻尼复合材料传动轴减振性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有优异的综合性能,近年来已被广泛应用于各种主承力件和次承力件的制作。本文引入黏弹性高阻尼橡胶与CFRP结合设计了高阻尼复合材料传动轴,基于模态应变能法,利用数值分析研究了所设计的高阻尼复合材料传动轴、CFRP轴与金属轴的阻尼损耗因子,并通过自由振动试验验证了数值分析的结果。在船用传动轴系中易出现各类振动,本文搭建了船用传动轴系横向振动测试试验平台,比较了各组传动轴在不同工况下对横向振动的减振效果,并通过静态纵向振动试验研究了各组传动轴对纵向激励的响应差异。本研究对高阻尼复合材料传动轴的设计研发提供了参考。

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金(SMA)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强水泥基复合材料(SMA/PVA-ECC)的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明:SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料(ECC)试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.

光伏支架用纤维增强复合材料的设计和应用研究

叙述了玄武岩纤维和玻璃纤维增强复合材料的组成和制备工艺,分析了其力学性能,将纤维增强复合材料应用于光伏支架(下文简称为“复合材料光伏支架”)上,依据相关规范,运用MIDAS软件进行复合材料光伏支架的结构建模分析,通过与钢结构光伏支架的对比,总结了二者的主要区别,提出了复合材料光伏支架的结构设计关键点。研究结果表明:玄武岩纤维和玻璃纤维增强复合材料可以满足光伏支架的各项基本要求,具有较高的强度及较好的稳定性;用于光伏支架可时需按照服役环境要求,进行防腐、耐候、热工、绝缘、耐火、耐磨设计;使用时应重新进行该复合材料结构设计计算;材料强度虽有安全余量,但需对连接节点处的螺栓进行重新设计。

三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的计算

基于单取向纤维增强复合材料的力学性能计算模型,借助于纤维取向分布函数及坐标转换,建立了三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的数值计算模型。按该模型对短纤维增强树脂基复合材料的弹性模量进行计算,将其结果与同类材料的实验结果比较验证。结果表明,该模型的预测具有较好的准确性。

天然植物纤维增强复合材料抗弹性研究

巴西材料学军事研究所采用3种天然植物纤维(菠萝族植物、锦葵属植物、天然榈)增强复合材料作为多层防弹装甲(便携式防护背心)的中间层,并对抗弹性进行了研究。试验采用了7.62 mm高速弹药,以系统抗弹性能评估NIJ标准的一些要求为依据,模拟人体连续性的陶士体/粘土块受到的侵彻深度为衡量标准。弹道试验后通过对断裂的材料进行对比分析,结果显示,用巴西3种典型天然植物纤维作为多层防弹装甲系统的第二层的侵彻深度达到了有效保护。根据对3种材料的弹道试验结果:天然植物纤维增强复合材料有望用于多层防弹装甲。

纤维增强复合材料弹性性能预测的域分解方法及应用

提出了新的有限元建模方法,即域分解方法,用于预测纤维增强复合材料单向带T300/BSL914C(环氧树脂)和AS4/3501-6(环氧树脂)的弹性性能。域分解方法基于区域叠合技术,分别建立单胞的整体域与纤维域模型用于代替传统有限元建模方法中单胞的基体域与纤维域模型。整体域是真实基体体积与纤维体积的叠加,两区域网格独立划分,互不影响。采用MSC.Nastran中的多节点约束Explicit单元,在整体域与纤维域节点之间建立位移连接属性模拟单胞基体域与纤维域之间的位移约束关系,从而实现两区域的耦合计算。计算结果表明:域分解方法单胞模型纤维增强方向弹性模量Ez预测值与试验值误差在7%以内,其余弹性常数也都与试验值吻合较好。域分解方法不仅可以大大简化纤维增强复合材料的细观力学建模,而且可以准确地预测纤维增强复合材料的弹性性能。

纤维增强复合材料加固裂纹黏弹性梁的弯曲变形

考虑裂纹缝隙效应,将裂纹等效为非线性旋转弹簧,假定纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)布与梁紧密粘贴,研究了FRP布加固裂纹标准线性固体黏弹性梁的弯曲行为.在给出FRP布加固裂纹的等效旋转弹簧刚度和FRP布加固黏弹性矩形截面梁弯曲变形控制方程的基础上,利用Laplace变换及其逆变换以及梁弯曲边界条件和裂纹处的连接条件,得到突加均布载荷作用下FRP布加固简支裂纹黏弹性梁弯曲蠕变的解析解.数值分析了碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布含量、梁跨高比以及裂纹位置及其开闭状态等对CFRP布加固裂纹花旗松(Douglas-fir, DF)木梁弯曲蠕变的影响.

纤维增强金属基复合材料细观几何结构对宏观弹性性能的影响

基于复合材料宏、细观场量之间的联系 ,建立了一种纤维增强复合材料宏—细观力学模型。该模型建立起了宏观与细观应力、应变场量之间的联系 ,获得了宏观应力—应变关系 ,试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹性性能。

用相速度测量数据反演单向纤维增强复合材料板的弹性常数

基于横向各向同性均匀介质中平面波相速度的解析表达式，用声速测量数据，通过迭代阻尼最小二乘法来反演单向纤维增强复合材料板的弹性常数。数值实现中，运用了奇异值分解（SVD）方法以改善计算的精度和稳定性．用模型计算的声速数据和实测的声速数据均进行了弹性常数的反演，结果表明了反演算法是有效的．

埃万特引入亚太地区首条长纤维增强热塑性复合材料生产线

5月16日,埃万特宣布引入亚洲首条Complēt^(TM)和OnForce^(TM)长纤维增强热塑性复合材料的生产线。这条新生产线位于埃万特亚洲区域总部上海,用于满足市场对复合材料不断增长的需求,这些材料必须具备优异的冲击强度、弹性模量和材料强度。Complet和OnForce复合材料的结构特性赋予了产品出色的刚度、强度和韧性,使它们成为了金属材料的理想替代品。

单向纤维增强复合材料中激光激发瑞利波的有限元模拟

本文研究单向纤维增强复合材料中瑞利波的传播特征.以平面弹性理论为基础,推导得到频域动力学平衡方程.考虑材料的黏弹性及各向异性,采用有限元频域方法,建立激光等效力源作用在碳纤维增强环氧树脂复合平板上激发瑞利波的数值模型,进而研究各向同性和各向异性平面中瑞利波的传播特征,并分析材料的黏弹性对瑞利波传播的影响.此外,研究复合平板的厚度变化对瑞利波传播特征的影响,随着平板厚度的减小,瑞利波逐渐向兰姆波转化,得到低频的非色散的对称模S0模和色散的反对称模A0模.在此基础上,研究双层系统中激光激发瑞利波的传播和衰减特征,瑞利波的高频成分透入深度浅,受薄膜的影响较大,而低频成分受基底的影响较大,在碳纤维增强环氧树脂薄膜/铝基底和碳纤维增强环氧树脂薄膜/有机玻璃基底这两种双层系统中,分别得到正常色散及反常色散的瑞利波.

纤维增强复合材料的损伤粘弹性本构方程

文章在对基体建立粘弹性5参数模型基础上,引入反映界面粘结性能的相间损伤变量,导得纤维增强复合材料的损伤粘弹性本构方程。方程反映了基体粘弹性、纤维含量及界面性能对复合材料粘弹性行为的影响。据此对蠕变所作的理论预测与试验结果比较吻合良好。

应用边界元法模拟纤维增强复合材料平面弹性问题

将含有随机分布多种夹杂相复合材料的二维弹性力学问题归结为复连通区域的边界积分方程,进而转化成矩阵方程进行求解和分析.根据同类夹杂相外在边界上的面力与位移之间关系矩阵完全相同的特点,使得最后的矩阵方程阶数得到大规模减少,这正是此处提出改进的边界元方法的主要思路.数值算例表明,对于此类问题,与常规的边界元分域解法相比更加有效.以该方法为基础,可以详细给出纤维增强复合材料二维条件下的宏观等效力学性质.

纤维复合材料透射式光弹性方法中的偏振光学问题

本文总结了用显微激光分析仪对一般纤维增强复合材料进行透射式光弹性研究的近期工作。针对纤维复合材料违反传统光弹理论的偏振光学行为,讨论了纤维、基体的双折射率不同以及由纤维与基体的界面两侧出射的光在Airy斑重叠区发生干涉等问题,从更一般的角度探讨了最近的文章中所提出的新光弹公式中所含两个滞后量的存在性。

基体中含有随机分布裂纹的纤维增强复合材料的总体弹性常数

本文应用自洽方法计算了含随机分布裂纹的基体的等效弹性常数 ,然后利用GMC方法计算了复合材料的总体弹性常数。结果表明 ,随着裂纹密度的增加 ,基体的等效弹性模量和泊松比会降为零 ;而同时 ,复合材料的纤维方向的弹性模量的下降 ,但是仍然能达到没有裂纹时的 90 %。这表明当基体完全破坏的时候 ,纤维仍能够在纵向承受载荷。另外 ,当基体的等效弹性模量和泊松比会降为零时 ,复合材料的横向弹性模量和剪切模量都接近为零 ,表明这时复合材料无法承受横向的拉压力和剪切力。

纤维增强弹性体复合材料膨胀节的工程设计方法

介绍了纤维增强弹性体膨胀节的性能特点与主要应用场合 ,探讨了其中纤维增强弹性体复合材料的选用、连接结构以及补偿量的工程设计方法。

冲击作用下含孔洞纤维增强复合材料平板的动力学实验与数值研究

作为复合材料动力学实验与数值研究的应用实例 ,实验研究采用正交异性动态光弹性方法 ,数值分析运用各向异性介质的时域边界元方法。纤维增强光弹性复合材料平板被用来模拟含孔洞的正交异性半无限域 ,用小口径步枪施加与纤维方向成 0°及 90°两个方向的冲击载荷 ,在正交异性动态光弹性实验中记录了应力波在孔洞周围的传播、反射与绕射过程 ,此过程被进一步转换成应力分量的变化时程 ,并与相应的时域边界元方法的数值分析结果进行了比较。

等效介质理论用于单向纤维增强复合材料弹性性能的数值计算

本文把一套等效介质理论简化成为一数值方法，用于横观各向同性组分构成的单向纤维增强复合材料弹性性能的计算。我们计算了几个单向纤维增强的系统并把计算值与实验值作出比较，得到很好的符合。