芳纶纤维增强复合材料转子的有限元分析

转子是机械转动部件中的一种,存在于电动机、水轮机、风力发电机、飞轮储能系统等各种机电设备中。在飞轮储能系统中,转子的材料、形状等关键因素都会对系统的性能产生影响。文中以提高飞轮储能系统转子的转速为出发点,建立了复合材料转子的数字化模型,并且对芳纶纤维复合材料转子开展了有限元分析,确定了复合材料层数变化、过盈量变化等对轮毂和轮缘的径向应力、周向应力及转速的影响。数值模拟结果为芳纶纤维增强树脂基复合材料在复合材料飞轮中的应用提供了参考。

芳纶纤维增强复合材料在七地区库内暴露的寿命预测研究

目的预估不同地区芳纶纤维增强复合材料环境贮存寿命,及120℃热老化对七个地区的加速因子。方法对芳纶纤维增强复合材料(AFRC)在7个地区的自然库内暴露样品进行研究,考察了其弯曲强度性能变化规律,对AFRC的库内贮存寿命进行一元线性回归分析。结果得到了七个地区的线性回归方程,计算出其弯曲性能降到50%时的贮存寿命,得到了120℃热老化对七个地区的加速因子。结论以50%弯曲强度性能失效为例,自然库内暴露下芳纶纤维增强复合材料寿命依次为拉萨>敦煌>厦门>西双版纳>万宁>济南>漠河,加速因子大小顺序为漠河>济南>万宁>厦门>西双版纳>敦煌>拉萨。

芳纶纤维增强复合材料的微铣削与铣磨精加工

芳纶纤维增强复合材料极难加工,且材料本身具有各向异性,因此其在加工后表面质量并不理想,常会出现分层、烧焦、拉毛等缺陷。针对上述问题,本研究对芳纶纤维增强复合材料分别进行了微铣削和铣磨试验,对比分析了两种加工试样的表面粗糙度和微观形貌以及两种工艺的切削机理。结果表明:微铣削加工后表面粗糙度随着进给速度的增加呈现先增后减的趋势;铣磨加工后表面粗糙度随进给速度的增加而增大,且远大于微铣削的表面粗糙度。试验发现,微铣削加工中拉毛现象明显;而铣磨加工表面存在大量白色凝结物,通过在加工过程中引入风冷工艺可有效减少凝结物的生成,从而有效地提高表面质量。

短切芳纶纤维增强复合材料的研究进展

综述了短切芳纶纤维增强环氧树脂、热塑性聚氨酯、尼龙、聚乙烯、聚苯硫醚、间规聚苯乙烯等复合材料的研究进展。芳纶纤维的加入影响了基体树脂的力学性能。纤维表面经过改性后,复合材料的力学性能得到了改善。

微铣削加工芳纶纤维增强复合材料刀具磨损研究

采用微铣刀对芳纶纤维增强树脂基复合材料(AFRP)进行加工试验,对刀具磨损形式和形态进行系统研究,探索不同切削参数对刀具磨损的影响规律,分析微铣削AFRP时刀具磨损机理。结果表明:AFRP微铣削刀具主要磨损形式按顺序依次是刀尖破损、涂层脱落、磨粒磨损和工件材料粘结。切削速度对刀具磨损影响最大,刀具磨损量随切削速度的增大而增大,且随切削体积增加刀具磨损率越高,V_(c)=34.56m/min时可获得较小的刀具磨损和较高的加工效率;进给速度影响次之,刀具磨损量随进给速度的增大而减小,V_(f)=0.09m/min时刀具磨损较小;铣削深度对刀具磨损影响很小。

芳纶纤维增强复合材料的机械加工

介绍了加工芳纶纤维增强复合材料的工艺方法,包括钻孔、平板制件的切割及管件截断的方法。从刀具和切削参数等方面加以阐述,并辅以加工实例介绍了加工效果。这些刀具和工艺方法成功地应用于某型号卫星天线支架的研制中,攻克了芳纶纤维增强复合材料不易加工的难题。

芳纶纤维增强复合材料钻削研究进展

芳纶纤维增强复合材料(AFRP)因其具有高强度、高弹性模量、耐磨以及良好的抗冲击性等优越性能,在航空、航天、防弹护甲等领域应用日益广泛。但材料本身的层间结构特性导致在钻削加工中出现撕裂起毛、分层、烧焦、粘刀等诸多缺陷,限制了材料的应用及推广。从AFRP的材料力学性能、钻削力、钻削温度和加工表面质量等方面阐述芳纶纤维增强复合材料的钻削加工性能。另外,对芳纶纤维钻削加工材料去除机理和钻削刀具磨损机理的国内外研究现状进行阐述,归纳了优化钻削加工质量的一些方法,探讨了该领域的未来研究发展趋势。

芳纶纤维增强复合材料的机械加工实例研究

在复合材料应用范围不断拓展的背景下,对复合材料加工性能提出了更高的要求.而芳纶纤维复合材料的应用,有望加强复合材料加工性能.因此,以芳纶纤维性质为切入点,阐述了芳纶纤维材料缺陷,分析了芳纶纤维增强复合材料优势,并以医疗床板中芳纶纤维增强复合材料加工为例,对芳纶纤维在增强玻璃布及树脂的机械加工性能进行了分析.

改性芳纶短纤维增强氯丁橡胶/顺丁橡胶复合材料的实验研究

采用等离子体/油酸钾协同处理对芳纶纤维进行改性,并研究了改性芳纶纤维对氯丁橡胶/顺丁橡胶并用胶的增强作用。结果表明,等离子体的高能冲击使芳纶纤维的表面粗糙度增大,增加了芳纶纤维的表面积,并在芳纶纤维表面引入活性位点;油酸钾改性促进了芳纶纤维极性的削弱及其与橡胶的界面结合;经过等离子体/油酸钾协同处理的改性芳纶纤维增强后,橡胶复合材料的拉伸强度提高了25.85%,定伸模量提高了34.65%,刚度提高了10.96%,在正硫化时间(t90)未改变的情况下,焦烧时间(t10)下降。

芳纶Ⅲ纤维增强复合材料老化测试方法研究

芳纶Ⅲ纤维增强复合材料在航空航天、军事及个体防护装备等领域中应用广泛,在使用和贮存过程中材料会受到温度、水、化学物质及紫外线等因素的影响,这些影响因素会不同程度地导致材料性能的劣变,甚至会导致其丧失原本的功能。采用热老化实验箱、温度冲击实验箱和氙灯老化实验箱对芳纶Ⅲ纤维增强复合材料进行人工加速老化实验,以模拟材料在应用场景中受到环境条件的影响。结果表明,在芳纶Ⅲ纤维增强复合材料人工加速老化实验中,应根据材料的实际应用场景选择合适的老化时间、温度、湿度、辐照度等条件,适当延长老化时间可以提高测试结果的稳定性;而老化后的芳纶Ⅲ纤维增强复合材料进行16 h以上的状态调节时间可以减少测试结果的分散性;通过氙灯老化实验,发现树脂基体力学性能受到温度的影响相对较大,而芳纶Ⅲ纤维对光和水分更敏感。通过分析不同老化测试条件对芳纶Ⅲ纤维复合材料测试结果的影响,为科学合理选择相应的老化测试方法提供依据。

麻纤维增强改性环氧树脂复合材料声学性能研究

为验证麻纤维增强改性环氧树脂复合材料的声学性能,探讨植物纤维改性材料制备某类乐器的可行性,以亚麻、黄麻、苎麻等麻纤维材料为例,制备了几种不同麻纤维增强改性环氧树脂材料,以增强改性环氧树脂材料代替木材制作打击乐器,采用自由振动方法对打击乐器的声学性能进行测试。结果表明:黄麻、苎麻增强改性后的环氧树脂基复合材料声学性能各占优势,与一般的枫木相比力学性能更好,但综合声学性能尚无法达到天然枫木的水平。

桥梁工程中的纤维增强树脂基复合材料应用进展

为满足恶劣环境条件下现代化桥梁工程高质量建造所需材料的力学性能、耐腐蚀性及耐疲劳性等要求,基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了主要的解决思路。

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。

纤维增强复合材料增强胶合木受弯构件研究综述与展望

针对纤维增强复合材料(FRP)增强胶合木受弯构件研究进行综述,系统梳理了现有增强技术,详细阐述了界面黏结性能、抗弯性能、蠕变性能的影响因素与分析方法。研究表明:FRP增强技术能更有效地利用胶合木受弯构件中木材的强度,提高构件抗弯承载力、控制弯曲变形并改善脆性破坏模式。针对FRP增强胶合木受弯构件在工程应用上的制约因素,提出了在预应力增强技术、长期性能、抗火性能和可靠性方面研究中亟需解决的关键问题。

楔块耦合的碳纤维增强复合材料褶皱缺陷全聚焦成像

褶皱是碳纤维增强复合材料中最主要的缺陷类型之一,当使用超声相控阵对复合材料薄板进行检测时,由于采集系统非线性效应和电子串扰等干扰会引发盲区现象,掩盖了薄板内的褶皱信息。为削弱盲区影响,考虑在相控阵与复合材料薄板(小于10 mm)之间增加楔块,提出楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法。基于费马原理与斯涅耳定律,建立楔块耦合的多层介质超声波传播模型;制备含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样,搭建超声相控阵数据采集系统,采集全矩阵数据;将楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法和传统全聚焦方法的成像效果进行对比。结果表明,基于楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法能减小试样表面盲区深度,修正声时偏差,削弱盲区影响,恢复出试样内的褶皱缺陷。相比传统全聚焦方法,纤维褶皱长度、褶皱顶部高度、褶皱角度这3个参数表征的精准程度分别提高了5.9%、4.1%、4.2%。该文为碳纤维增强复合材料薄板褶皱缺陷的检测提供了新思路。

纤维增强树脂基复合材料在船舶领域的应用综述

纤维增强树脂基复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)因其具有耐化学腐蚀和耐候性好等优异性能,其大面积使用能够实现船舶的高航速、低排放、远续航,进而成为现代造船的理想材料之一.文中主要从成型工艺、应用现状及其发展趋势三个方面对FRP在船舶领域的应用前景进行概述与分析.首先,基于对多类型船用FRP复杂制备工艺的概述,统计了最常用的船舶FRP性能参数及分析了各类型FRP的应用优势;然后,根据FRP在船舶上的不同应用场景,对其在船体制造的应用现状进行了详细概述.最后,依据现代船舶装备发展需求,从船舶制造技术发展方向、应用场景及结构化发展等方面对船舶FRP应用发展趋势进行了全面分析.

芳纶纤维增强腈纶/聚酯纤维复合材料的制备与性能研究

纤维材料研究领域里,芳纶纤维和腈纶/聚酯纤维均为常用优质纤维,广泛应用于多个领域。本篇研究,关注聚焦于芳纶纤维作为增强材,腈纶/聚酯纤维充当基体的混合物制造方法与其力量表现。借助湿法分层剥离、熔融混合,以及热压等技术,成功地制备出芳纶强化型腈纶/聚酯纤维复合材料。经过结构分析,发现芳纶纤维在此混合物中分布均匀,并与基体的腈纶/聚酯纤维具有优良的界面附着。在对其性能进行测试后,发现芳纶纤维增强的腈纶/聚酯纤维复合材料在机械力量、热稳定性,及耐磨损性方面都有着不俗的表现。具体而言,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别比纯腈纶/聚酯纤维提高了45%,23%和30%;热分解温度提高了35℃,耐磨性提高了1.8倍。本研究的成果为芳纶纤维增强腈纶/聚酯纤维复合材料的制备和性能优化提供了新的参考和启示。

连续纤维增强复合材料结构多尺度拓扑优化设计

连续纤维增强复合材料具有重量轻、比强度和比模量高的特点,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐,同时连续纤维3D打印技术的发展使具有复杂几何构型和纤维分布的复合材料结构制造成为可能。为发挥复合材料多尺度的可设计性及获得更好的结构性能,本文基于独立连续拓扑变量提出了一种连续纤维复合材料结构多尺度拓扑优化方法。该方法引入基于主应力的纤维方向插值策略,解决纤维取向优化过程中易陷入局部最优的问题,实现连续纤维复合材料结构宏观拓扑、微观纤维方向和纤维疏密的并行优化设计。采用移动渐近算法(MMA)进行优化求解,数值算例证明了提出方法的有效性和稳定性,对连续纤维复合材料结构设计和路径规划具有指导意义。

微铣削芳纶纤维增强复合材料切削力信号特征试验研究

现阶段对芳纶纤维增强复合材料(Aramidfiberreinforcedcomposite,AFRP)的研究多集中于表面缺陷抑制方法的研究,而对表面创成机理系统性研究的却很少。基于此,试验研究了AFRP在微细铣削中切削力的变化趋势及其作用机理,总结了切削力宏观变化规律,并分析了微铣削力信号波形与AFRP结构特性之间的对应关系,得出了不同切削工艺参数下微铣削力的变化趋势,发现了铣削过程中出现的切削力峰谷异向交替变化规律;在切削力的微观分析中,发现了微细铣削中的主齿切削现象,并分析了该现象对切削力以及表面形貌的影响。试验研究表明:由于AFRP纤维层的编织形态和各向异性,铣削力波形宏观上表现出周期性的波动,三种切削状态参数充分表征了切削力的变化状态,包括峰谷异向交替变化规律、主齿切削现象等;主齿切削现象易导致切削力负荷过大,刀具磨损大,加工质量差,应尽量使切削状态更加平稳。该试验研究对AFRP微细铣削过程中毛刺等缺陷抑制、去除以及表面质量提升方法的进一步研究有一定指导意义。

纳米颗粒填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

为探究纳米颗粒[纳米氧化铁(NFe)、纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNT)]填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)的力学性能,对纳米颗粒质量分数分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%的纳米颗粒/GFRP材料开展了拉伸、压缩、弯曲及冲击力学性能试验,并结合扫描电镜(SEM)分析了纳米颗粒的种类及质量分数对试件力学性能的影响规律。结果表明,随着纳米颗粒质量分数的增加,试件拉伸强度均先增大后降低,纳米颗粒的良好分散性及与树脂间的黏聚力能够提升试件的拉伸强度,但过量纳米颗粒的掺入会形成积聚现象,使得试件拉伸强度降低。相较于GFRP试件,掺入纳米颗粒的质量分数为0.1%、0.2%、0.5%和1.0%时,MWCNT/GFRP抗压强度的增幅分别为25.31%、36.04%、26.84%和27.25%,弯曲强度的增幅分别为58.74%、63.21%、40.89%及43.11%,纳米颗粒的掺入使得试件抗压强度、弯曲强度、冲击强度均得到改善,颗粒种类及质量分数的不同使得试件力学性能提升效果存在差异。SEM试验结果表明,外荷载作用下纤维出现断裂、分层现象,纤维与纳米颗粒间存在的摩擦效应增强其力学性能,颗粒的积聚使得试件力学性能降低。