碳纤维复合材料假脚工艺参数对其冲击后疲劳性能的影响

基于三维逐渐损伤理论和有限元法,对碳纤维复合材料假脚的冲击及冲击后疲劳破坏过程进行分析,研究了不同的复合材料体系、几何尺寸、纤维铺设方式等工艺参数对碳纤维假脚的冲击损伤及疲劳性能的影响规律。结果表明,在冲击载荷作用下,碳纤维复合材料假脚的损伤模式主要为基体开裂、纤维压缩和分层;复合材料体系的横向和法向拉伸强度以及剪切强度等参数越小,假脚的冲击损伤面积越大,所能承受的疲劳循环次数越低;随着后龙骨厚度的增加,基体开裂损伤面积越来越大,分层损伤面积略有减小,而纤维压缩损伤几乎没有变化。尽管随着后龙骨厚度的增加,假脚的疲劳循环次数逐渐增大,但是相对于厚度的增加量,疲劳循环次数的增加量相对较小;不同铺层参数对碳纤维复合材料假脚的冲击损伤模式几乎没有影响。适度增加0°铺层的含量,可有效提高碳纤维复合材料假脚的疲劳性能。

碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验

碳纤维复合材料已成功应用于假肢领域产品的开发,然而其对冲击载荷比较敏感,受冲击后其强度将会大幅下降。针对一种新型碳纤维复合材料假脚,开展自由落体冲击试验及冲击后压缩强度试验,分析不同铺层参数、不同冲击吸收能量等因素对其冲击损伤及剩余强度的影响规律。结果表明,对于碳纤维复合材料假脚的U形结构件,不同铺层参数对其冲击损伤影响显著,且随着0°铺层含量的增加,试件的冲击损伤面积越来越小,外观损伤越来越轻;随着冲击吸收能量的增加,碳纤维结构件的冲击损伤面积明显增大,剩余压缩强度逐渐降低。对于碳纤维复合材料假脚结构件,在0~16 J的低能冲击范围内,冲击吸收能量与其剩余压缩强度近似呈线性关系。随着0°铺层含量的增加,碳纤维复合材料结构件的剩余压缩强度逐渐提高。

碳纤维复合材料假脚冲击后的疲劳试验

针对一种新型结构的碳纤维复合材料假脚,开展了自由落体冲击试验及冲击后疲劳寿命试验,分析了不同铺层参数、不同冲击能量等因素对其冲击损伤及疲劳寿命的影响规律。结果表明,不同铺层参数对碳纤维复合材料假脚U形结构件的冲击损伤具有显著影响,且随着0°铺层含量的降低,试件的冲击损伤面积增加,外观损伤越来越严重;碳纤维复合材料结构件的疲劳性能对冲击能量比较敏感,随着冲击能量的增加,碳纤维结构件的冲击损伤面积明显增大,其疲劳寿命逐渐降低。在冲击能量从4J增加到10J的情况下,碳纤维复合材料假脚的疲劳寿命大幅度降低了66.8%;尽管随着冲击能量的增加,试件的疲劳寿命逐渐降低,但二者之间并不符合线性关系,即冲击能量存在一门槛值,当冲击能量超过该门槛值后,其对碳纤维结构件疲劳寿命的影响将减弱;仅当碳纤维复合材料假脚的后龙骨厚度为2.7mm,且冲击能量≤4J的情况下,其疲劳寿命才可较好地满足相关安全标准的要求。

不同尺寸参数对QFP封装热应力场的影响

基于ABAQUS有限元分析软件,利用子模型法,对四边扁平封装(QFP)器件在热循环载荷下的应力场进行了研究,比较了不同引线宽度、引线间距、引线高度等参数对QFP封装器件应力场的影响规律。结果表明,在热循环载荷条件下,QFP封装应力集中区域位于焊点的根部以及焊趾部位,且最大应力位置出现在焊点根部,即焊点最内侧的尖角处;QFP封装的最大应力值与引线间距成正比,与引线宽度和引线高度成反比;利用子模型法,可以方便地对复杂模型中的关键部件进行较准确的分析。