微波固化成型三维中空复合材料结构的力学性能

为了改善三维中空复合材料结构微波固化成型的固化均匀性,提出了添加外部导热附加模具和内部微波吸收剂两种不同的方法。通过试验研究了附加模具的材料、厚度以及微波吸收剂种类和含量对三维中空复合材料结构力学性能的影响。结果表明,结构的平压失效模式包括芯柱失稳和压溃,剪切失效模式为芯材剪切失效和界面脱粘,短梁弯曲的失效模式为面板/芯材界面的脱粘后屈曲破坏。相比于未添加附加模具,AlN和Al_2O_3陶瓷均可以提高结构的力学性能,但AlN的增强效果更显著。AlN模具厚度的增加不利于结构的力学性能,模具厚度从0.5 mm增加到1.5 mm时,结构的平压、剪切和芯材剪切强度均随之降低。微波吸收剂的添加均可提高中空结构的力学性能,其中剪切和芯材剪切强度随着石墨含量的增加而增加,平压强度随着石墨含量的增加先增加后降低,而Fe_3O_4含量变化则对结构力学性能的影响不显著。

三维整体中空复合材料低速冲击性能

为深入了解三维整体中空复合材料的低速冲击性能,制作了满足要求的测试件。选取2种不同芯层高度的复合材料进行低速冲击实验研究,即对5 mm厚的材料进行不同级别能量的低速冲击实验;对7 mm厚的材料进行铝蒙皮前后低速冲击对比实验。借助ORIGIN软件对材料低速冲击过程中的主要参数(速度、位移、冲击载荷、吸收能量等)进行分析。结果表明:低速冲击过程中的初始损伤能量可用来表征材料的破坏程度;铝蒙皮有利于增强材料的抗低速冲击性能。

低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限

为了研究低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限(剩余压缩强度),制作了满足要求的实验件并进行了剩余压缩强度对比实验。采用数码照片和外观检测等方法对压缩破坏损伤发展的过程进行了研究,分析了压缩破坏机理。结果表明,冲击损伤严重影响了三维中空夹层复合材料板的抗压能力,剩余压缩强度随冲击能量的增加而减少;三维中空夹层复合材料的压缩破坏主要由前面板控制,前面板发生局部屈曲的载荷与板的压缩破坏载荷几乎相等;表面蒙皮不仅能减少冲击损伤,而且能使板内的损伤显露在表面,容易让人发现。

三维中空夹芯复合材料拉伸性能的有限元分析

利用有限元软件Workbench,建立了三维中空夹芯复合材料结构模型,进行拉伸性能研究。利用该模型,探讨了材料在1 mm拉伸位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明:三维中空夹芯复合材料在拉伸载荷作用下,"X"形芯材交叉处应力最大,最容易发生拉伸破坏;上下面板应力最小,最不容易发生拉伸破坏;复合材料在承受拉伸载荷作用时,增强体纤维起主要承载作用,基体树脂起次要作用;当拉伸位移载荷达到1 mm时,材料的破坏模式主要为树脂破裂。

树脂基体种类对三维中空夹芯织物复合材料力学性能影响的研究

以不饱和树脂和环氧树脂为基体,与三维中空织物分别复合成中空夹芯织物复合材料,利用万能材料试验机分别对2种复合材料的拉伸、压缩和弯曲性能进行测试,研究了树脂种类对复合材料力学性能的影响规律。结果表明:不饱和树脂与固化剂质量比为100∶2,固化温度为70℃时,复合材料具有最佳的拉伸、弯曲和压缩性能。环氧树脂基复合材料的弯曲和压缩性能远优于不饱和树脂基复合材料,而拉伸性能则相差不大。

结构参数对三维中空夹芯复合材料平压性能的影响

三维中空夹芯复合材料是一种新型夹芯结构材料,具有轻质、高强、高模、抗冲击、隔音、保温等特性,可广泛用于航空航天、汽车、储油罐、船舶、建筑、能源等领域。本文选取芯材高度分别为2、4、6和8mm,以及芯材间距分别为4、6和8 mm的两组三维中空夹芯复合材料为样品,测试其平压性能,重点研究芯材高度、芯材间距等结构参数对三维中空夹芯复合材料平压性能的影响,并分析材料的压缩特性及损伤机理。结果表明,三维中空夹芯复合材料受到平压载荷时的破坏模式为明显的脆性破坏,同时,材料破坏形式主要表现为树脂开裂、纤维断裂、界面脱粘等特征。三维中空夹芯复合材料的平压性能随着芯材高度、芯材间距的增加而下降。研究结果将为该材料的结构优化设计和性能分析奠定理论基础。

芯材高度对三维中空夹芯复合材料低速冲击性能的影响

文摘选取芯材高度分别为5、6、7 mm的三维中空夹芯复合材料为研究对象,采用落锤式低速冲击试验装置分别对上述材料进行8 J能量的低速冲击测试,研究材料的低速冲击性能;利用Instron 3385H型万能材料试验机分别测试上述材料受到低速冲击载荷前后的压缩强度,研究材料受到低速冲击载荷后的压缩损伤容限。结果表明:三维中空夹芯复合材料对低速冲击载荷比较敏感;随着芯材高度的增加,材料抗低速冲击性能有所增加;低速冲击载荷使材料的剩余压缩强度大幅下降。

三维整体中空复合材料的力学性能研究进展

三维整体中空复合材料是一种新型的夹芯结构材料,是将芯材和上下面板交织连接在一起,芯材和面板构成一个整体。三维整体中空复合材料的面板与芯材为一体结构且一次固化成型,因此具有优异的抗分层、抗冲击、高损伤容限等性能。研究三维整体中空复合材料的力学性能对其结构设计与应用具有重要的指导意义。详细介绍了三维整体中空复合材料的平压性能、侧压性能、剪切性能、弯曲性能等力学性能的研究进展,提出目前研究存在的问题,以期为以后的发展提供研究方向。

三维中空夹芯复合材料侧压性能的有限元分析

本文利用有限元软件ANSYS,建立三维中空夹芯复合材料的结构模型,进行侧压性能研究。利用该模型,探讨了材料在1mm侧压位移载荷作用下复合材料中纤维、树脂和材料本身的应力、应变分布。结果表明,三维中空夹芯复合材料在侧压载荷作用下,上下面板中经、纬纱线交织处应力最大,最容易发生侧压破坏;芯材应力最小,不容易发生侧压破坏;复合材料在承受侧压载荷作用时,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用;材料的破坏模式主要为树脂破裂。

芯材结构对三维中空夹芯复合材料压缩性能的影响

制备了芯材高度分别为2,4,6,8mm,芯材间距(与密度成反比)分别为4,6,8 mm的三维中空夹芯复合材料,并对其进行平压和侧压试验,研究了芯材高度和密度对压缩性能的影响。结果表明:复合材料的平压强度随着芯材高度的增加而逐渐减小,随着芯材密度的增加而增大;复合材料的侧压强度随着芯材高度和芯材密度的增加而增大,且纬向的侧压强度高于经向的。

透波用三维中空复合材料研究进展

介绍了透波用三维中空织物的成型工艺,包括手糊成型、真空导流成型及高效率连续化生产工艺,并综述了透波用三维中空织物的力学性能和透波性能研究进展。指出中空复合材料具有高比强度、刚性、韧性、耐腐蚀性等,可为现代工业制造产品创造更高的附加价值,并且随着导弹、天线罩等产品对透波性能的要求,使得具有特殊结构的三维中空织物复合材料在这些领域具有很大应用前景。随着三维中空织物复合材料的广泛应用,其成型工艺将不断被更新。

树脂含量及分布对三维中空复合材料性能的影响

三维中空复合材料是一种新型的结构、功能材料,具有优异的可设计性。研究了树脂含量及分布对三维中空复合材料性能的影响,重点分析了树脂分布引起的复合材料各向异性。结果表明:随树脂含量增加,复合材料下面层与上面层质量比、平压强度和弯曲强度明显增加;树脂质量含量从42.87%增加至51.19%、57.40%和66.92%时,其平压强度分别增加65%、352%和568%;随复合材料下面层与上面层质量比增加,其反向弯曲强度提高幅度更大,树脂质量含量为66.92%的三维中空复合材料反向弯曲强度(39.21MPa)为正向弯曲强度(16.67MPa)的2.35倍。研究结果为该材料的结构优化设计奠定了基础。

三维中空复合材料天线罩的有限元结构分析

某类型天线罩外形尺寸较大,减重要求高,三维中空复合材料可满足该类型天线罩透波和结构高强的要求。针对上述使用要求和实际工况,选择三维中空织物复合材料为主体结构,玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为补强面层,制备三维中空结构天线罩,采用有限元分析软件建立三维中空结构天线罩的有限元模型,对该类型天线罩在使用工况下的刚度、强度和稳定性进行分析,其计算结果满足刚度、强度和稳定性的要求,并通过压力试验验证中空夹层天线罩的变形量与有限元分析结果保持一致,从而指导该天线罩的铺层设计、优化及材料的选用。

铺层结构对三维中空夹层复合材料压缩性能的影响

采用手糊成型制备了双夹层三维中空夹层复合材料,重点研究了厚度为5 mm和8 mm的三维中空织物ZK5和ZK8铺层顺序对复合材料压缩强度的影响,并从树脂含量、织物厚度匹配性角度进行分析。结果表明,随树脂含量增加,三维中空夹层复合材料的压缩强度明显提高;双夹层三维中空夹层复合材料中,下层的树脂含量明显高于上层;ZK5和ZK8织物铺层顺序对双夹层中空复合材料的压缩强度影响较大,其中将ZK8置于ZK5下层时复合材料的压缩强度为ZK8置于ZK5上层时的1.7倍,即在三维中空夹层复合材料总厚度不变的情况下,将高厚度中空织物置于下层的结构明显优于将其置于上层的结构。通过这一概念可以在保证三维中空夹层复合材料整体厚度尺寸不变、质量不增加的条件下通过铺层结构的匹配设计,最大限度地提高复合材料的力学性能。

三维中空复合材料的电性能研究

为研究三维中空复合材料电性能及力学性能,采用真空导流工艺制备了三种不同高度的三维中空复合材料,采用谐振腔法研究了三种复合材料的相对介电常数(εr)、损耗角正切值(tanδ),并测试了其在1~12 GHz频带下的透波性能,同时对三种复合材料的平压强度和平拉强度进行了研究测试。研究表明:三维中空复合材料随着厚度的增加,其相对介电常数和损耗角正切值不断减小,5 mm、6 mm和8 mm三维中空复合材料的相对介电常数分别为1.93、1.77和1.62,损耗角正切值分别为0.0083、0.0078和0.0065;透波测试表明,在1~12 GHz频带下,三种材料的透波性能均小于0.2 d B;并且三维中空复合材料平压强度和平拉强度随织物高度的增加而降低,5 mm、6 mm和8 mm试样平压强度分别为5.8 MPa、4.6 MPa和3.8 MPa,平拉强度分别为7.8 MPa、6.4 MPa和5.2 MPa。以上研究说明三维中空复合材料具有优异的电性能和力学性能。

碳纤维/环氧树脂基中空夹芯复合材料压缩性能的有限元法研究

在已有研究的基础上,利用有限元软件ANSYS Workbench,建立了三维中空夹芯复合材料结构模型,进行三维中空夹芯复合材料的压缩性能研究。利用该模型,探讨了材料在2 mm压缩位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明:三维中空夹芯复合材料在压缩载荷作用下,芯材交叉处应力最大,最容易发生压缩破坏;上下面板应力最小,最不容易发生压缩破坏;复合材料在承受压缩载荷作用时,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用;材料的破坏模式主要为树脂破裂。

中空复合材料压缩性能及有限元分析

对"X"形的中空复合材料的压缩性能进行测试,并根据其结构参数建立模型,使用ANSYS Workbench软件对建立出的模型进行静力学数值模拟分析,拟合出其压缩力学性能曲线,对比数值模拟结果与实验数据。结果表明:该复合材料压缩时芯材主要承受压缩载荷作用,更容易发生破坏,5 mm压缩变形时,最大压缩应力为475.25 MPa,最大压缩应变为3.9785%;建立出的复合材料结构模型压缩性能模拟结果与实验测试结果基本吻合,误差比例仅为(8.73±2.92)%,证明该模型具有一定的准确性。

复合材料构件数字化建模技术研究

复合材料结构设计为后续的分析、制造等环节提供数据源头。而复合材料构件的三维数字化模型是复合材料结构设计的最终表达,并且复合材料构件数模的建立贯穿于整个复合材料研制过程中。因此研究复合材料数字化建模是发展复合材料数字化设计/制造能力的基础。通过采用复合材料三维模型数据集,可以完全摆脱传统的二维设计模式,真正实现数据的数字量传递,使设计和表达更为简单,效率更高。

气动载荷下Al-GF/PP面板-三维中空夹层复合材料的强度特性

随着高速列车的不断提速,特别是在通过隧道或会车时,气动载荷对蒙皮结构的强度特性提出了更高的要求。热塑性铝合金-玻纤/聚丙烯(Al-GF/PP)面板-三维中空夹层复合材料是一种以纤维金属层板为面板、三维中空复合复合材料为芯材的三明治夹层材料,具有轻质高强、隔音隔热等优势,可用于高速列车车门、裙板等蒙皮结构。通过比较不同高度(10~25 mm)的三维中空复合材料在平压、侧压及弯曲性能上的表现发现,随着厚度增加,其力学性能呈下降趋势,较厚的三维中空复合材料芯材弯矩较大,结构稳定性低。对Al-GF/PP面板-三维中空夹层复合材料进行了4 kPa、5 kPa、6 kPa、7 kPa的气动载荷测试。结果表明:当“8”形纤维受到垂直于面板方向的作用力时,纬向承担了主要载荷,这有助于减小纤维在加载方向上的位移量。芯材与上面板连接处承受的载荷应力最大,位移主要出现于结构的受载侧,最大位移值分别为1.80μm、2.26μm、2.72μm和3.19μm,该数量级的气动载荷不会导致试样出现宏观的变形失效。

钼铜复合材料高温构件的快速制作方法

本发明公开了一种钼铜复合材料高温构件的快速制作方法。选择性激光烧结（SLS）可以从三维CAD模型直接制得具有特殊性能要求、形状复杂的金属原型件，再经后处理工艺，可得到满足特殊要求的金属件。在国内，激光烧结快速成型技术处于起步阶段，对于采用金属粉末材料激光烧结快速成形高温构件的研究，国内外尚无成熟的工艺。