薄层碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板的高速冲击性能

为了增强碳纤维复合材料的韧性并提升其高速冲击性能,提出一种组分材料分别为30μm厚薄层碳纤维预浸料和50μm厚不锈钢极薄带的新型纤维金属层板——薄层碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板(CUSFML)。在金属体积含量(MVF)为0.250~0.625的范围内,制备了3类薄层CUSFML。利用空气炮在45~120 m/s速度范围内对纯碳纤维层板和3类薄层CUSFML开展了高速冲击实验研究,并结合修正后的三维Hashin失效准则在ABAQUS/Explicit软件中对薄层CUSFML的高速冲击响应进行了数值仿真。系统分析了高速冲击下MVF数值变化对薄层CUSFML的动态响应特征和能量吸收的影响规律。研究结果表明:薄层CUSFML在高速冲击下的性能较传统碳纤维复合材料有显著提升。经实验数据分析及数值计算可知,所制备的薄层CUSFML的比吸能最高可达8.51 J·m2/kg,较纯碳纤维层板提升19.2%;冲击承载最高可达6713 N,约为纯碳纤维层板的2.5倍。提高薄层CUSFML中不锈钢极薄带的体积含量在一定范围内可增强金属层塑性变形和断裂在能量吸收中的主导作用,提升层板的高速冲击性能。但随着MVF数值的持续增加,薄层CUSFML的比吸能会出现小幅下降。对比各类层板的动态响应特征后发现薄层CUSFML在MVF为0.455附近的抗冲击性能及吸能性能最为优异。

机理和数据融合的304不锈钢极薄带轧制力模型

304不锈钢精密极薄带广泛应用于数码电子、航空航天、医疗设备、汽车制造等高端领域。在冷轧生产过程中,轧制力是一项至关重要的参数,它的设定精度直接影响轧制过程的稳定性以及最终产品的厚度精度。为了提高冷轧304不锈钢极薄带轧制力的预测精度,在森基米尔轧机上针对304不锈钢极薄带进行轧制试验,并据此建立了适用于超薄规格304不锈钢极薄带的动态变形抗力模型,修正了传统Bland-Ford-Hill轧制力机理模型。将修正的轧制力机理模型与遗传算法(GA)优化XGBoost参数相融合构建了高精度GA-XGBoost轧制力预测模型,该模型不仅考虑了轧制力的非线性问题,还将机理与数据相融合来实现轧制力的精准预测。与相同数据集下其他典型机器学习算法所建立的轧制力预测模型进行对比分析,采用相关系数(R~2)、平均绝对误差(E_(MA))、均方根误差(E_(RMS))和平均绝对百分误差(E_(MAP))多个指标全方位、多角度对模型的泛化性能进行评价,结果表明,所提出的GA-XGBoost轧制力预测模型的预测结果最为精确,其测试集各指标分别为R~2值为0.984,E_(MA)值为3.040,E_(RMS)值为6.410以及E_(MAP)值为0.041%。研究结果证明了所提出的机理和数据双驱动的轧制力预测模型的准确性和优越性。该研究为304不锈钢精密极薄带材轧制力的设定提供了一种新思路。

碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板制备工艺及其弯曲性能

不锈钢极薄带这一新型精密带材具有质量轻(厚度仅为0.01~0.1 mm)、强度高、易成型、耐腐蚀等诸多优点,是一种极具应用前景的轻质高强材料。为了探讨不锈钢极薄带作为纤维金属层板组分材料的可行性及评估其力学性能优劣,通过对比6种不同的不锈钢极薄带表面处理工艺,探明了6种工艺中机械打磨+丙酮清洗+10wt%氢氧化钠溶液腐蚀+1wt%偶联剂是不锈钢极薄带与碳纤维预浸料复合的最优表面处理工艺,其单搭接拉伸剪切强度值为21.3 MPa。基于该工艺,采用T700碳纤维单向预浸料、T300编织布预浸料及0.1 mm厚软态、半硬态与硬态不锈钢极薄带分别制备出含不同层数与不同类型不锈钢极薄带的纤维金属层板。并通过三点弯曲实验对所制层板的弯曲性能与变形失效机制进行了系统研究。结果表明:碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板弯曲失效模式主要受钢带强韧性变化影响,弯曲变形主要受钢带含量影响。

SUS304极薄带拉伸过程中的褶皱试验

针对不锈钢极薄带在弹塑性拉伸过程中出现的褶皱现象,对数字图像相关技术采集的厚度为0.02 mm的SUS304极薄带拉伸试验数据进行了分析,探讨了褶皱形成机理。结果表明,SUS304极薄带产生纵向褶皱主要是由横向应变超过10.104%时,两侧产生的内部横向压应力促使试样向中间挤压运动导致的。其表面不断有新褶皱产生,原有褶皱不断向两端扩展变化,皱曲程度加深,表面褶皱数量不断增多,纵向褶皱纹理越加明显,且纵向褶皱波长远大于波峰到波谷的垂直距离;SUS304极薄带拉伸断裂形式为从边部撕裂并逐渐向内扩展。

基于非圆弧理论的精密极薄带轧制力快速预测

精密不锈钢极薄带是微电子、微成型等高端领域的重要工业原料,高精度钢带一般使用多辊轧机进行轧制生产。轧制力模型对极薄带的轧制过程控制起着决定性的作用,而轧制力模型的精度主要受到变形抗力和摩擦因数这2个参数的影响。轧制过程中极薄带与轧辊接触变形区的弧长一般远大于轧件厚度,轧辊辊型被压扁为非圆弧形轮廓,将轧辊以圆弧轮廓为假设前提的传统轧制力模型不再适用。针对以上问题,以非圆弧理论为基础,通过推导基于Fleck理论的解析方程,结合计算机编程开发出应用于304不锈钢极薄带的轧制力模型。为优化轧制参数提高轧制力模型的计算精度,考虑到极薄带轧制过程工艺特点是采用较大张力轧制,通过轧制-拉伸试验确定轧件的屈服强度变化并拟合得到相应的变形抗力模型。设计了基于Fleck轧制力模型的摩擦因数计算程序,结合现场采集的轧制过程中的数据,反向计算并拟合关于轧制速度变化的摩擦因数模型。数据显示了在极薄带的轧制过程中,一定范围内摩擦因数随着轧制速度的增大而变小,这是因为随着轧制速度的提升,润滑液更容易被带入到变形区,使得变形区的油膜润滑效果增强。通过计算验证表明,模型的计算值与实测值之间的误差为-10%~10%,可以满足生产过程中高效率控制需求。