基于DNV规范的玻璃纤维复合材料软管保护结构强度仿真研究

玻璃纤维复合材料因具有质轻高强、耐腐蚀的材料特点,在过去二十年里,被海外油田公司广泛应用于水下油气生产设施的防护,并取得成熟的工程应用。本文针对国产玻璃纤维复合材料软管保护罩,结合保护罩在水下的功能,应用有限元ANSYS软件建立国产玻璃纤维复合材料软管保护罩的三维模型,从沙坡堆积、渔网拖挂和落物冲击三方面分析保护罩的强度,并依据DNV规范进行安全评定。仿真分析与试验对比分析表明,该保护罩强度满足规范要求,与试验结论吻合,可为今后的国产玻璃纤维复合材料水下防护结构设计提供参考。

玻璃钢复合材料耐海水腐蚀性能及寿命预测

本工作研究了玻璃钢在老化环境下的性能演变规律,并根据水下玻璃钢保护罩的服役条件,对其进行人工海水加速老化实验,通过人工加速老化的方法,预测其在水下500 m的服役寿命。结果表明,玻璃钢复合材料的力学性能随着老化时间的延长而逐步降低,在老化初期就出现了较为明显的下降,到了后期则逐渐趋于稳定。玻璃钢保护罩在水下500 m的服役寿命为28年。

基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究

研究了大尺寸复合材料水滴形截面异型构件的成型工艺。在达西定律的基础上采用实验法测得了玻璃纤维织物渗透率,建立了树脂浸润过程的仿真模型。采用仿真软件对典型构件一体成型充模过程进行仿真分析,分别对中心点注射、中心线注射、单边注射和多线程接力注射方案进行探讨,仿真结果表明,多线程接力注射方案可有效缩短充模时间,满足树脂适用期内完成充模的要求,并达到100%充模率。采用多线程接力注射方案制备了典型构件样机,实际充模时间与理论计算相差约10%,对生产实践具有指导性意义。

温度对芳纶/玻璃纤维复合材料层压板冲击性能的影响

论证了芳纶/玻璃纤维复合材料层压板在温度变化下的耐冲击载荷的试验结果。研究了在-50～120℃的温度范围内,几个低速冲击能(8J,15J和25J)作用下,温度对层压板最大能量、弹性能、最大挠度的影响。结果表明,在研究的温度范围内,复合材料的冲击性能受到影响。

复合材料包装箱模块化设计与成型技术研究

目的为了满足复合材料包装箱在交通运输方面的更多需求,本文研究出一种轻质、高强、耐腐蚀、防霉、安装轻便快捷的复合材料包装箱制造技术。方法本文通过包装箱设计与仿真分析、产品表征等工序开展研究,将包装箱设计成4种16块单元面板,通过材料筛选、模具设计、单元件成型工艺研究,完成面板制作,并进行单元件质量称量、力学性能表征试验。结果包装箱总质量较同规格金属箱子质量减少70%以上,力学测试结果显示实际弯曲强度较理论值高85.41%,泡沫加强筋平拉强度较理论值高出15.08%。结论研究结果表明模块化复合材料包装箱满足设计要求。

复合材料槽型壳体内压变形有限元分析

通用有限元分析软件ANSYS分析了材料拉伸弹性模量和槽体壁厚对复合材料槽型壳体拉伸变形的影响。结果表明,提高拉伸弹性模量和增加槽体壁厚有助于减小槽体变形。但是,材料的拉伸弹性模量、槽体的厚度与槽体变形三者之间并不呈线性递减关系。通过理论计算,确定出最合适的槽体厚度和拉伸弹性模量值,这样既能有效控制槽体的变形,还能起到节约成本和优化工艺的作用。

受轴压复合材料壳体与前裙连接结构的预应力有限元分析

针对复合材料壳体与前裙连接结构预应力的有限元分析,在复合材料壳体受轴压影响时,通过建立实体模型并划分网格得到有限元计算模型,比较三种不同过配结构的预应力强度比,最终得到结论:锥形复合材料壳体前裙连接部分在选择仅有根部存在过配应力时,其预应力强度比最低,从而连接结构最为可靠。

碳纤维复合材料与金属间的电偶腐蚀行为

通过电化学测试研究了碳纤维复合材料与不锈钢、钛合金和铝合金偶对在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了长周期电偶腐蚀后金属表面形貌及腐蚀产物的物相组成,并根据腐蚀失重法测定了电偶腐蚀速率。结果表明:316L和1Cr18Ni9Ti不锈钢、TC4钛合金与碳纤维复合材料间电偶腐蚀效应较弱,腐蚀速率较小,耐腐蚀等级均为1级,基本可以与碳基复合材料直接接触;5A06和2A12铝合金与碳纤维复合材料直接接触时,除自腐蚀外,电偶腐蚀效应显著,耐腐蚀等级均为8级,2A12铝合金的电偶腐蚀最严重,采取相应的防护措施后,腐蚀深度明显减小。

超声波检测方法在内嵌合金短切纤维模压复合材料中应用

内嵌合金外压纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)工艺用于航空航天飞行载体翼型结构成型时,复合材料与合金脱粘缺陷及其内部分层缺陷严重影响飞行载体安全性能。本文通过对复合材料内嵌合金试验件在不同条件下超声C-scan检测和超声A-scan检测试验结果对比,确定了超声穿透式C-scan检测方法和缺陷类型辨识方法。试验结果表明,本文检测方法对4mm×4mm以上缺陷可以准确检测,对脱粘缺陷和分层缺陷可以准确辨识。

受内压复合材料压力容器最佳预紧力有限元分析

本文利用大型通用有限元分析软件ANSYS对受内压作用的碳纤维缠绕压力容器进行应力数值分析。结果表明,对压力容器施加预紧压力后,会使复合压力容器的内衬在工作压力下的应力显著降低,且应力分布趋于均匀,碳纤维材料的利用率得到提高,有效提高了复合材料压力容器的疲劳寿命。

基于湿热环境下的碳纤维复合材料力学性能研究及老化寿命预测

对T700/TDE-86碳纤维复合材料开展人工加速湿热老化试验,通过对比分析复合材料老化前后剖面形貌和物理化学特性,探讨了复合材料的吸湿扩散行为,研究了复合材料力学性能演变规律;并构建剩余强度计算模型,结合环境系数预测了湿热环境下复合材料的老化寿命。结果表明:复合材料吸湿率随老化时间延长而逐渐增大直至趋于平缓,符合Fick扩散定律;相对于未进行湿热老化的复合材料,经60℃、95%RH湿热环境老化后的复合材料各力学性能均有所下降,其中剪切强度最为严重,老化64 d后其强度下降率高达25%;基于剩余强度与环境系数预估的T700/TDE-86碳纤维复合材料寿命期限约为30年,为树脂基复合材料未来服役可靠性奠定了基础。

碳纤维复合材料刚性界面相和刚柔界面相构筑研究进展

碳纤维树脂基复合材料(CFRP)具有轻质、高强、高模量等优异性能,在航空航天领域有广阔的应用前景。界面作为连接树脂基体和碳纤维(CF)增强体的桥梁,是影响复合材料力学性能的重要因素。针对碳纤维与树脂的模量差异过大的问题,提高界面相的模量使两者的模量平稳过渡,提高应力传递效率,是改善界面性能的有效策略。本文主要综述了近年来刚性界面相、刚柔界面相的构筑方法及其对复合材料增强效果的研究进展,并对碳纤维树脂基复合材料界面相存在的问题进行了讨论,对今后界面增强的研究方向进行了展望。

复合材料锥形壳体受轴压的有限元分析和实验研究

本文通过应用通用大型有限元分析软件ANSYS对复合材料锥形壳体进行有限元分析,同时对壳体进行轴压实验,然后通过对比有限元分析结果和实验结果,建立有限元分析和实验研究的关系。结果表明,有限元分析结果能够在一定程度上吻合实验结果,有限元分析能够对实验研究起到指导作用。

玻璃纤维增强乙烯基酯复合材料耐海水腐蚀寿命预测

中国南海油气田开发采用玻璃钢防护罩,保护水下生产系统的关键设施。玻璃纤维增强复合材料(玻璃钢)是目前最为常用的复合材料,广泛应用于船舶与海洋工程领域。本文通过建立玻璃钢耐海水腐蚀寿命模型,定义弯曲强度保持率,得到耐海水腐蚀寿命通用方程和深海低温条件下耐海水腐蚀寿命公式。结合常温和高温海水长期浸泡条件下的弯曲强度试验结果,预测得到玻璃纤维增强乙烯基酯复合材料在0~4℃海水温度范围内的耐腐蚀寿命约为12.28~16.55年。从弯曲强度的角度来看,耐腐蚀寿命较短,建议应用在承受低弯曲载荷的部位。

玻璃纤维增强复合材料拉拉疲劳研究

在不同应力水平下,对玻璃纤维增强乙烯基树脂基复合材料层合板进行拉-拉疲劳试验;试验数据采用对数形式进行曲线拟合,获得S-N曲线。玻璃纤维增强复合材料随着应力幅的降低,持久极限循环次数显著增加,呈现出大幅度的增加趋势。根据曲线推测,应力幅再降低时,持久极限循环次数会增加更多。其失效过程一般为玻璃纤维与基体界面脱胶、玻璃纤维断裂、基体裂纹;也造成该区域的应力集中,树脂基体裂纹不断扩展,直至玻璃纤维与树脂基体完全脱离,形成分层玻璃纤维断裂。

酚醛树脂及其复合材料成型工艺的研究进展

随着社会的发展,人们越来越重视安全和环保。新型酚醛树脂品种和酚醛树脂新的成型工艺得到了发展。文中介绍了酚醛树脂的改性方法。重点介绍了基于酚醛树脂的RTM、拉挤等复合材料成型工艺研究进展。

热固性碳纤维复合材料废弃物回收及再利用现状

介绍了热固性碳纤维复合材料废弃物的回收技术,流化床技术、热裂解技术和溶剂解离法回收技术。论述了热固性碳纤维复合材料废弃物的国内外回收及再利用现状,指出应大力发展能耗小、回收效果好的复合材料废弃物工业化回收工艺,实现废弃物的资源化回收再利用。

电力行业用复合材料的发展

随着现代工业对供电可靠性、电能质量要求的日益提高,电力负荷需求逐步增加,使得电力行业面临更加严峻的考验;而土地资源日益紧张、有色金属资源稀缺、电力传输的快速扩容及环境保护等问题,使得电力工程的可靠性、安全性、经济性、高效性和环境友好性需要进一步提高,电力工程的建设也面临着严峻的考验。复合材料优异的可设计性,具有高强、绝缘、防腐、

纤维增强聚合物基复合材料阻尼性能的研究进展

纤维增强树脂基复合材料越来越广泛地应用于航空航天、风机叶片等高科技领域。对这一先进材料的阻尼性能进行分析、预报和优化设计,从而实现对结构振动、冲击、噪声和疲劳破坏的有效控制,日益受到从事复合材料研究和开发的科技工作者的关注和重视。本文对纤维增强树脂基复合材料阻尼研究的进展情况进行了综述,分为复合材料阻尼机理、复合材料阻尼性能的研究现状、界面对复合材料阻尼的影响等三个方面的内容,最后对该领域研究工作进行了展望。

碳纤维复合材料圆筒受外压结构分析

本文对碳纤维复合材料圆筒受外压载荷的结构设计方法进行了研究。运用有限元法和公式法求解了临界压力,并进行了试验验证。结果表明,碳纤维复合材料圆筒受外压作用的主要失效型式为失稳破坏,有限元法和公式法的计算结果与试验结果一致。