复合材料气瓶的多轴疲劳寿命预测研究

采用等效应变法计算气瓶疲劳寿命的ASME压力容器规范,不能考虑多轴非比例加载效应,具有明显的不足。针对复合材料气瓶,采用修正的Brown-Miller算法研究其多轴低周疲劳寿命,并分析了自紧压力、金属内衬厚度和单层缠绕层厚度对复合材料气瓶疲劳寿命的影响,给出了提高复合材料气瓶疲劳寿命的方法。

温度载荷对复合材料热力学性能的影响

由于复合材料内部纤维与树脂的热膨胀系数差异很大,尤其是树脂性能对温度载荷较为敏感,服役时复合材料环境的高低温变化将使其热力学性能与常温状态产生较大差异。采用Maxwell本构模型,探讨了温度变化对树脂材料本构关系的影响。假设纤维为稳定材料,即其性能不随温度变化,依据复合材料细观力学理论选择六边形代表体积元为分析对象,建立了复合材料在温度载荷下热力学的本构模型。并分别讨论了温度载荷下复合材料内部纤维体分比和纤维排列方式变化对其热力学性能的影响,实现了热-力耦合作用下复合材料的跨尺度分析。

湿度对意蜂受精卵孵化率和发育历期的影响

在温度为34.5℃(±0.5℃),相对湿度分别为40%、55%、70%和85%(±5%)下孵化意蜂受精卵,对意蜂受精卵的孵化率和发育历期进行研究。试验结果显示,在温度为34.5℃(±0.5℃),相对湿度分别为40%、55%、70%和85%下,意蜂受精卵的孵化率和发育历期均无显著性差异(F<F0.05,P>0.05),说明温度为34.5℃(±0.5℃)时,40%～85%的相对湿度对意蜂受精卵的孵化率和发育历期均无影响。

混杂纤维圆筒与加强承力环共固化工艺的残余应力分析

具有加强承力环的混杂纤维圆筒在采用共固化工艺成型后,往往在加强承力环与筒身的界面附近出现分层(或开裂)。采用热传导和热弹性有限元方法研究某一混杂纤维增强筒在共固化工艺中残余应力的分布变化规律,由分析表明,采用改变加强承力环端部的几何形状与铺层顺序等措施可改善增强筒中的应力分布和防止在共固化工艺后筒身与加强承力环之间界面附近的分层(或开裂)。

石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。

碳纤维热塑性上浆剂研究进展

本文介绍了国内外碳纤维上浆剂状况和碳纤维上浆工艺,重点总结了针对热塑性树脂基体开发的三种碳纤维上浆剂(溶剂型热塑性上浆剂、水溶性热塑性上浆剂和乳液型热塑性上浆剂),并对三种碳纤维上浆剂的优缺点进行了归纳。最后,对热塑性上浆剂的研究进行了展望。

复合材料固化过程中的热阻效应

聚合物的交联反应是影响复合材料构件质量的关键因素,而固化过程中温度的分布是影响交联反应的关键。复合材料构件制备经验表明,辅助材料之间、模具与复合材料构件之间的接触面都存在不可忽视的热阻效应,会影响复合材料构件内的温度分布。为了更好地分析热阻对复合材料构件固化的影响,本文提出了一种改进的有限元模型,即在接触面之间定义一个可变的接触热阻参数。数值分析和试验结果表明,与传统模型相比,在计算资源消耗相同的情况下,改进模型的预测精度更好。

一种水下大深度复合材料救生筏壳体的研制

救生筏壳体是用于海员救生的关键装备,本文研制了一种用于水下的大深度复合材料气胀式救生筏壳体,具有高耐压、密封可靠、耐高低温交变等特点。对救生筏壳体进行结构设计及校核、成型工艺研究、性能验证等工作,结果表明制备的救生筏壳体性能可靠,可以满足产品性能指标要求。

埋地FF双层油罐结构设计与验证

采用纤维增强塑料(FRP)制备的双层油罐具有轻质高强、耐腐蚀抗疲劳、成型方便等优点而受到用户青睐。根据埋地FF双层油罐的服役工况,设计采用缠绕工艺制备30 m^3罐体,其结构由4 mm内结构层、3.5 mm中间贯通层、5 mm外结构层及13道环向增强筋构成。外压、稳定性、车载等工况的有限元分析结果表明所设计的FF双层油罐可满足服役要求,所制备产品亦顺利通过了65 t车载实验。本文的结构设计方法可推广至其他容积FF双层油罐的结构设计。

复合材料先进网格结构共固化工艺的温度场模拟

基于ANSYS软件开发了用于模拟复合材料固化过程中温度-固化度耦合场变化程序,并分别采用二维和三维有限元模型对复合材料先进正交网格结构的软模辅助共固化工艺过程进行了数值仿真。计算结果分析表明:二维有限元模型不考虑网格结构肋骨交叉点的影响,能以较大时间步长进行共固化工艺的数值模拟,且分析结果具有较高的精度;三维精细有限元模型可考虑肋骨交叉点在共固化工艺中对复合材料先进网格结构内温度-固化度耦合场的影响;肋骨交叉点附近的温度场明显高于结构的其他部位。

复合材料网格结构软模共固化成型工艺数值仿真

基于平面应变有限元分析模型与策略,研究了软模共固化成型工艺中工艺间隙、固化周期和残余应力对复合网格结构性能的影响。通过模拟一典型复合材料网格结构的共固化工艺过程,得出了合适工艺间隙的确定方法,建立了降低耦合场梯度策略,并且解释了产生残余应力的原因。这对复合网格结构的软模共固化工艺的工艺参数合理选择具有一定的参考价值。

先进格栅增强复合材料结构在软模共固化成型过程中工艺参数研究

先进格栅增强复合材料结构(AGS)软模共固化工艺成型过程是一个包括固化度、温度和应力场等相互耦合作用的复杂历程,工艺参数的选择将直接影响AGS产品的性能。该文以一简单正交AGS板为例,采用有限元分析方法对其软模共固化成型工艺过程进行数值仿真,讨论了工艺间隙、工艺环境和固化制度等对成型工艺过程中预浸料内部固化度,温度和应力场分布规律的影响,并提出了确定相应的工艺参数的意见。论文工作对AGS软模共固化工艺设计具有一定的参考价值。

应用光纤光栅传感器监测复合材料固化过程

介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的基本原理及优点,开发了基于光纤光栅技术的温度传感器和应变传感器,并对它们的工作特性进行了分析。应用自行封装的光纤光栅传感器,监测了碳纤维复合材料固化过程中材料内部的温度变化和收缩应变。实验结果表明,使用光纤光栅传感器对复合材料固化期收缩应变监测时需进行温度补偿。光纤光栅传感器为复合材料固化监测及分析提供了一种新的工具,是监测复合材料固化过程的理想器件。

海水浸泡对单向T700/环氧复合材料层间剪切性能的影响

对海水环境下严重影响单向T700/环氧复合材料层间剪切性能的因素进行了研究,考察了海水和蒸馏水5个浸泡周期(15、40、70、165和400d)后单向T700/环氧复合材料层间剪切性能和吸水率的变化,并利用SEM观测了单向T700/环氧复合材料的剪切断口微观形貌,揭示其性能衰减机制。结果表明:单向T700/环氧复合材料的吸水率随着浸泡时间的延长而增加,整体符合Fick吸水率变化规律;单向T700/环氧复合材料的层间剪切性能下降很明显,浸泡400d后层间剪切性能损失近10%,层间剪切性能的变化规律与吸水率的变化规律相似;单向T700/环氧复合材料的层间剪切性能对海水的敏感性大于对蒸馏水的敏感性;由试样断面微观形貌可以看出,海水的渗入破坏了树脂与纤维的界面,这是导致其层间剪切性能明显下降的主要原因,因此对于单向T700/环氧复合材料在海水中的应用,需要更加关注其层间剪切性能。