嵌入式共固化缝合阻尼复合材料面内力学性能

为了提高复合材料的面内力学性能,提出了正交对称嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,建立该结构面内等效弹性参数的数值模拟模型,通过热压罐的中温共固化工艺制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件,利用万能试验机的拉伸测试验证本文数值模拟方法的有效性。使用有效的ANSYS有限元模型进一步分析出面内等效弹性参数Ex、Ey、Gxy、νxy随针距、行距和阻尼层厚度的变化规律,为嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构力学性能研究奠定了基础。

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的力学性能

为了提高复合材料的层间结合性能,满足其三维力学性能可设计性的要求,提出了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,开发了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的制作工艺,其中阻尼材料的硫化温度和时间与预浸料内树脂的固化温度和时间相同。采用改进的锁式缝合方法缝合铺层后的预成型体,使用热压罐制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件。对试件进行了层间剪切试验、自由衰减试验、拉伸破坏试验,结果表明:阻尼性能与最大拉伸力随着针距的增大而增大,层间结合性能随针距的增大而变差。其中,在阻尼层厚度为0.1 mm的情况下,改变针距,缝合后材料的相对阻尼比为2.16%~2.92%,拉伸强度为412.9~427.4 MPa,层间结合强度为6.12~7.91 MPa。该研究可为对三向力学性能有要求的复杂受载大阻尼复合材料构件的广泛应用提供参考。

橡胶基芳纶纤维复合材料抗冲击性能的研究

提出一种新型的橡胶基芳纶纤维复合材料结构。应用LS-DYNA动力学软件建立模型,模拟橡胶基芳纶纤维复合材料结构在低速冲击载荷下的抗冲击性能,运用冲击试验仪器对该结构进行低速冲击试验,并将模拟数值与试验结果进行对比分析,证明该模拟方法的有效性。在验证模型的基础上,进一步研究了该结构几何参数的变换对其抗冲击性能的影响,结果表明橡胶基芳纶纤维复合材料具有优良的抗冲击性能,为橡胶基芳纶纤维复合材料在头盔和防弹衣等抗冲击领域的广泛应用奠定了基础。

共固化阻尼薄膜夹芯缝合复合材料的动力学性能

为增强阻尼复合材料的层间结合性能,提出了共固化阻尼薄膜夹芯缝合复合材料结构(Cocuring Damping Film Sandwich Suture Composite Structure,简称"CDFSSCS")。通过ANSYS软件创建该结构板的有限元分析模型,并运用修改的模态应变能法研究CDFSSCS方形板的动力学性能。用涂刷法制备CDFSSCS方形板,将制作完成的CDFSSCS方形板进行模态实验测试,验证了模拟方法的有效性。通过验证ANSYS模型获得CDFSSCS方形板的一阶模态频率和一阶损耗因子随不同参数(针距、行距、阻尼层分布)下的变化规律。结果表明,调整阻尼夹芯层的位置分布和缝线参数可以改变结构的一阶模态频率和一阶损耗因子,对共固化阻尼薄膜夹芯缝合复合材料的理论设计和工程实际应用具有指导意义。

频率选择性阻尼夹芯吸波复合材料

提出多层吸波预浸料层和吸波阻尼层相互嵌合的频率选择性阻尼夹芯吸波复合材料,通过规律性调节吸波预浸料层和吸波阻尼层的厚度,实现对不同频段电磁波的吸收,运用Matlab对其吸波频率选择性进行了理论分析,吸波预浸料层和吸波阻尼层的具体厚度可以根据电磁吸波频段的具体要求来设计。电磁吸波试验验证了电磁吸波频率的选择性以及理论分析方法的有效性和合理性。模态试验、自由衰减试验获得了模态参数、阻尼损耗因子随吸波预浸料厚度变化的曲线,实验数据表明:随着试件吸波预浸料层厚度的增加,电磁吸收频率发生改变,模态固有频率升高,模态阻尼比增大,阻尼损耗因子增加。

共固化缝合阻尼复合材料的动力学性能

为了研究共固化缝合阻尼复合材料(co-cured stitched damping composite,简称CSDC)动力学性能,建立了CSDC方形板的有限元模型,用有限元数值模拟方法研究了CSDC的动力学性能,通过试验与模拟数据的对比验证了模拟方法的有效性。在验证有限元模拟模型基础上,得出结论:随着针距或行距的增大CSDC方形板的1阶模态频率减小,一阶损耗因子增大;阻尼层厚度增加,CSDC方形板的1阶模态频率与模态损耗因子增大;CSDC方形板中的总阻尼层厚度相同,增加结构中的阻尼层数目,可以有效增大结构的模态损耗因子。该结果的实际意义在于可以通过改变共固化缝合阻尼复合材料结构的参数来避免共振现象,为CSDC广泛应用奠定基础。

In-Plane Elastic Properties of Stitched Plain Weave Composite Laminate

A representative volume element method and a novel mesomechanical-based polyline model are proposed to describe the misalignment of in-plane fibers induced by the insertion of stitch thread.A multi-scale mathematical model of in-plane elastic parameters for stitched composite laminate is established with ply-angle and stitch parameters as well as material parameters taken into account.Based on the fabrication of specimens and the verification of experimental platform,the superposition influences of stitch on structural anisotropy are revealed by the developed theoretical model.Results indicate that the stitch orientation can increase the structural anisotropy.The decreases of stitch pitch and spacing as well as the increase of thread diameter obviously reduce the elastic and shear moduli of laminates.Furthermore,the elastic and shear moduli as well as Poisson’s ratios show sinusoidal changes with a period of 90°as the ply-angle increases.The theoretical model not only analyzes the in-plane mechanical properties of stitched laminate with ply-angle,but also lays a foundation for the dynamic studies of stitched sandwich structures with ribs in the future.

嵌入式共固化高阻尼电磁吸波复合材料

提出多层吸波预浸料层和吸波阻尼层相互嵌合的结构,研发了一种兼具优良电磁吸波性能、高阻尼性能以及其他优良静力学和动力学性能的嵌入式共固化高阻尼电磁吸波复合材料,探索其制备工艺,推导了这种结构的电磁反射损失的理论表达式,并根据理论计算表达式编写Matlab程序理论分析了该结构的吸波性能。电磁吸波的实验结果,验证了该分析结果的有效性。模态实验、自由衰减实验和层间剪切实验结果给出了模态参数、阻尼性能以及层间剪切性能与阻尼层电磁吸波材料含量的关系。结果表明:随着试件电磁吸波材料含量的提高试件的反射损失变小,电磁吸收频宽增大,模态固有频率降低,模态阻尼比增加,阻尼损耗因子增加,层间剪切应力增强。