基于MMF理论的碳纤维单向带复合材料细观强度的计算方法

针对单向带复合材料结构的承载能力和损伤失效特点,基于微观力学失效(MMF)理论对单向带复合材料的失效机制及损伤过程进行分析和预测,提出了一种确定单向带复合材料细观强度的跨尺度分析计算方法。以T300碳纤维/环氧树脂单向带复合材料为研究对象,首先建立单向带复合材料的细观尺度代表体积单元有限元模型,并采用应力放大因子方法实现单向带复合材料的宏观应力与细观应力的转换;然后结合单项带复合材料的宏观强度实验结果,设计单向带复合材料细观强度参数的求解流程,确定单向带复合材料的纤维及基体组分的细观强度。对于碳纤维/环氧树脂单向带复合材料,采用跨尺度分析计算方法可以得到碳纤维和环氧树脂基体各关键点所承受应力的极大值,其结果可用于单向带复合材料结构的疲劳强度预测。

单向带/平纹布混杂铺层层合板极限强度研究

单向带/平纹布混杂铺层方式常用于复杂复合材料结构的制备,对其极限强度进行研究具有重要的工程应用价值.把三维有限元方法和优化设计思想结合起来,建立了一种复合材料极限强度分析方法,该方法可基于通用有限元分析软件ANSYS实现.为验证该方法的有效性,实验制备了单向带/平纹布混杂铺层层合板进行了拉伸和压缩实验.结果表明该方法用于混杂铺层层合板极限强度预测,最大偏差在15%以内,满足工程应用要求.

单向带预浸料工艺对结构中纤维取向的制约作用模拟

建立了单向带预浸料工艺对结构中纤维取向的制约作用模型,在对CATIA的二次开发基础上,编制程序模拟单向带预浸料工艺对结构中纤维取向的制约作用.

单向带与织物碳纤维增强树脂基复合材料中孔隙的细观特征

研究单向带与织物碳纤维增强树脂基复合材料中孔隙的细观特征,主要包括孔隙的分布特征、形貌、位置、面积和长宽比等。采用金相显微镜、扫描电镜和超声C-Scan检测对不同孔隙率(0~5.0%)的复合材料层压板进行观测和表征,比较单向带和织物层压板中层中孔隙和层间孔隙的细观特征,并采用统计分析的方法研究孔隙面积和孔隙长宽比随孔隙率的变化趋势。研究结果表明:受纤维分布的影响,单向带层压板和织物层压板中孔隙有其各自的细观特征,且随孔隙率的增加呈现一定的规律,从细观尺度上为孔隙率检测评估和性能预测提供了更客观、更符合实际的物理描述。

单向带预浸料在不可展曲面上铺贴变形的研究

针对单向带预浸料在不可展曲面上铺贴过程中其变形量超过一定程度会产生铺贴缺陷的现象,采用变形角度表征变形量,设计了测量变形角度的试验方法,研究了变形角度与铺贴缺陷的关系,定义了变形角度警告值与限制值,通过设计正交试验测定了变形角度警告值与限制值,并确定了其影响因素,为单向带预浸料铺贴复杂型面的可制造性分析奠定了基础。

影响碳纤维单向带复合材料拉伸强度的因素分析

本文从加强片材料、加强片角度、加强片长度、胶接、铣切、测试等因素分析影响碳纤维单向带复合材料(简称单向带)拉伸强度的原因,通过试验,表明在现有的胶接工艺体系下,保持材料试验机的对中性,加强片材料、加强片角度、加强片长度对拉伸强度影响不大,而铣切环节对拉伸强度影响很大,改善现有的铣切技术条件,可以显著提高单向带拉伸强度的测试结果。

造船用碳纤维和玻璃纤维单向带

美国Gougeon兄弟公司的West Systemthg牌单向带适用于要求轻质高强的造船用途，共有三个品种：

碳纤维/聚醚醚酮单向带各向异性导电行为的尺度效应

具有导电各向异性的高分子复合材料(ACPCs)在场发射装置及传感器设计领域具有重要应用。常规的ACPCs很难获得超大导电各向异性系数,且力学性能有限。本文采用碳纤维(CF)宽展、表面浸润与树脂复合一体化超薄热塑性单向带制备方法,制备厚度为0.04 mm和0.1 mm的CF增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料单向带,以PEEK纤维为纬线制备CF/PEEK复合材料单向编织布,采用热成型工艺制备CF/PEEK复合材料单向层合板。利用数字万用表和霍尔效应系统测试层合板面内及厚度方向的电阻率和面内的电子迁移率;采用超景深显微镜观察CF/PEEK复合材料单向层合板面内和厚度方向的纤维排列形貌。结果表明,超薄CF/PEEK复合材料单向层合板面内(纤维方向与横向)导电率之比高达377,而面内横向和厚度方向的导电率之比接近1,表明CF/PEEK复合材料获得了良好的横观各向同性;超薄化CF/PEEK复合材料的面内电子迁移行为同样具有巨大的各向异性,这一结果为CF/PEEK复合材料在场发射器件、传感器设计及其灵敏度调控方面提供了实验基础。

单向增强热塑性复合材料热冲压成型仿真与优化

基于超高分子量聚乙烯纤维增强聚氨酯(UHMWPE/PUR)单向带预浸料对热冲压过程进行模拟仿真建模与工艺优化研究。首先对单向增强热塑性复合材料在热冲压过程中的力学行为进行描述,建立热-率相关的非正交次弹性本构面内剪切本构,同时考虑热相关的面内拉伸性能;使用ABAQUS进行半球热冲压成型模拟仿真;基于主曲率法,使用MATLAB对模拟结果的面外褶皱进行定性与定量评估;研究热冲压成型工艺中,三个主要参数(压边圈压强、预浸料初始温度与模具温度)与褶皱量的关系;以最小量面外褶皱为目标,使用响应面方法对热冲压模拟成型进行优化,确定压边圈压强、预浸料初始温度及模具温度的最佳工艺参数。结果表明:压边圈压强与预浸料初始温度对褶皱影响较大;响应面法能够较为准确地预测出最佳成型工艺参数。

石英纤维单向编织扁带的结构与性能

为了提高天线罩织物的性能,提出一种编织定位方法,以27 tex石英纤维为编织纱,以190 tex石英纤维为轴纱,研制了单向编织扁带.采用岛津万能材料试验机对不同编织工艺参数的单向编织扁带试样进行拉伸性能测试,对比单向编织扁带与合股纱线的断裂强度,分析扁带的拉伸断裂机制.结果表明:单向编织扁带外观均匀,结构稳定,纤维强力利用率高,与合股纱线相比,单向编织扁带的厚度更薄,织物的厚度减小了1/3,织物断裂强度更高,可以替代合股纱线进行织物的织造,提高织物性能.试验结果表明:最优的编织工艺参数为轴纱双合股,编织角为13°.

单向网格状带齿加筋砂垫层加固道路软基的变形特性研究

基于立体加筋(Horizontal-Vertical,简称H-V)概念,设计单向网格状带齿加筋,即由平面上的网格状加筋和竖向齿筋组成的三维立体加筋形式。针对这种新型加筋形式,进行四组单向网格状带齿加筋砂垫层加固道路软基的室内模型试验,主要研究软土地基的承载力、沉降及路堤边坡的侧向位移等情况,并在模型试验的基础上,初步分析单向网格状带齿加筋砂垫层的作用机理。试验结果表明:较水平加筋方式,单向网格状带齿加筋砂垫层能显著提高软基承载力、减少软基沉降及不均匀沉降,并能减少路堤的侧向位移。

新型的纤维增强热塑性单向带拉伸性能的检测方法研究

近年来,以热塑性树脂为基础的纤维增强热塑性复合材料(Fiber Reinforced Thermal Plastics, 简称FRTP)发展迅猛,在世界范围内正掀起一股研究开发此类高性能复合材料的高潮。本文介绍了现有纤维增强复合材料拉伸性能检测方法的现状,在此基础上通过研究,阐述了纤维增强热塑性单向带拉伸性能检测方法的优势,同时结合该方法的应用实例分析并检测了对应材料的拉伸性能参数,为热塑性复合材料在终端的预成型、加工制造、实际应用提供了切实可靠的设计参考,并做出有效技术改进。

双向单车道坡道安置单向减速带设计

通过分析我国坡道路段减速带设置中存在的问题,尤其是双向单车道坡道路段上的减速带的简单设置,在对下坡车辆起强制减速的作用同时,也对上坡的车辆造成一定的妨碍,由此提出一种具单向减速带功效的设计构思。基于这一构思提出了驼峰式和道钉式两种单向减速带的结构设计方案,使之既能对下坡车辆起到强制减速的约束作用,但又不会妨碍到上坡车辆的正常行驶。

熔融树脂法(干法)制备单向纤维预浸带的工艺研究

本文通过对单向玻璃纤维预浸带的浸透性、含胶量及其厚度研究,论述了环氧648-BF_3MEA体系熔融树脂法制备单向预浸带工艺的可行性,并通过模拟浸带装置,确定了相应工艺参数及其主要工艺参数的质量控制方法。

单向玻纤预浸带增强聚乙烯复合管力学性能研究

用光学显微镜观察了单向玻纤增强聚乙烯(UGF/PE)预浸带的横观形貌,对UGF/PE预浸带复合材料进行了不同方向的三点弯曲、短梁剪切及拉伸强度测试。采用高密度聚乙烯(HDPE)为内衬管,UGF/PE预浸带为增强材料,±57°缠绕工艺制备了复合管。对缠绕带材前后的管道进行了环刚度及短期爆破强度性能测试。用3种不同的方法计算了复合管的短期爆破强度。结果表明:对于不同力学测试,沿纤维方向所得到的强度和模量比垂直纤维方向的强度和模量大;增强后的复合管环刚度及短期爆破强度增加明显;用网络理论计算的短期爆破强度结果与实测结果接近。

应用白炭黑改进单向预浸带表面状态的研究

把少量白炭黑加入到环氧树脂中、结果发现，以这种环氧树脂为基体的单向预浸带的表面状态有明显改善，而且这种预浸带的力学性能基性上不降低。本文结合预没带的成型工艺过程从微观角度对这种现象进行了研究．

连续碳纤维/尼龙12预浸带制备及性能研究

采用湿法粉末浸渍工艺制备了连续碳纤维增强尼龙12单向预浸带,通过碳纤维表面处理的方法改善尼龙12树脂粉末在碳纤维丝束上的分布,并研究碳纤维表面处理、走丝速度和悬浮液中尼龙12树脂粉末含量对预浸带树脂含量的影响。结果表明:碳纤维经过亲水性表面活性剂表面处理,有利于尼龙12树脂粉末均匀附着在丝束的内部和表面;当悬浮液中尼龙12树脂粉末的质量分数为12%,碳纤维走丝速度为0.50 m/min时,预浸带尼龙12树脂质量分数可稳定控制在25%左右;预浸带断面浸润性良好,具有较高的力学性能,最大拉伸强度为1 935 MPa。

接力式液压启闭机空载缸动作故障原因分析与排除

水口水电站接力式液压启闭机在调试及运行过程中出现自动启闭动作中止故障,分析原因可能是带预释压液控单向阀的意外开启造成了空载缸无杆腔压力卸荷。对电液换向阀阀口及回油过滤器压降进行计算,得到液控单向阀控制口压力值,根据液控单向阀阀芯受力平衡公式,确认液控单向阀会反向开启。对此提出了解决方案:在低压工作条件下,换用不带预释压功能的液控单向阀。

专利文摘

抗烧蚀碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法本发明涉及陶瓷基复合材料制备技术领域,具体涉及提高碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料抗烧蚀性能的方法。该方法利用碳化硅纤维作为纤维增强体,与含ZrSi_(2)、ZrB_(2)或ZrC等功能性粉体的料浆制备成单向带预浸料后,经过裁剪、铺贴、热压成型制备预制体,再通过碳化、熔渗制备出碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料。由于在SiC基体中引入含锆化合物,经高温氧化后生成的SiO_(2)和ZrO_(2)协同作用能够有效阻止氧化介质进入复合材料内部,进一步提高陶瓷基复合材料的抗烧蚀、抗氧化性能。

连续玻璃纤维增强聚丙烯复合板材的制备及性能

以连续玻璃纤维为聚丙烯树脂的增强材料,通过熔融浸渍法制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带,然后将单向预浸带经热压成型制得连续玻璃纤维增强聚丙烯层合板。采用扫描电子显微镜对单向预浸带进行了表征,考察了玻璃纤维含量、增容剂用量和克重等对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的外观形貌、力学性能和结合牢度的影响。研究结果表明:在一定范围内,增加玻璃纤维含量可以提高复合材料的力学性能,当玻璃纤维含量达到65%时,复合材料的力学性能达到最优,继续增加玻璃纤维含量,树脂则难以充分浸渍玻璃纤维,两者结合较差,复合材料的外观变差、力学性能也会明显下降;当增容剂用量从0增加到2.5%时,复合材料的界面结合强度明显改善,力学性能也有较大提高,但进一步提高增容剂用量对复合材料力学性能的改善效果就不明显;随着克重的增大,复合材料的拉伸和弯曲性能下降,但抗冲击性能却有所提高;热氧老化对复合材料的力学性能影响较大,使复合材料的力学性能明显下降。