纤维增强树脂基复合材料在船舶领域的应用综述

纤维增强树脂基复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)因其具有耐化学腐蚀和耐候性好等优异性能,其大面积使用能够实现船舶的高航速、低排放、远续航,进而成为现代造船的理想材料之一.文中主要从成型工艺、应用现状及其发展趋势三个方面对FRP在船舶领域的应用前景进行概述与分析.首先,基于对多类型船用FRP复杂制备工艺的概述,统计了最常用的船舶FRP性能参数及分析了各类型FRP的应用优势;然后,根据FRP在船舶上的不同应用场景,对其在船体制造的应用现状进行了详细概述.最后,依据现代船舶装备发展需求,从船舶制造技术发展方向、应用场景及结构化发展等方面对船舶FRP应用发展趋势进行了全面分析.

桥梁工程中的纤维增强树脂基复合材料应用进展

为满足恶劣环境条件下现代化桥梁工程高质量建造所需材料的力学性能、耐腐蚀性及耐疲劳性等要求,基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了主要的解决思路。

高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究进展

高性能纤维增强树脂基复合材料具有卓越的结构整体性及抗分层等特性,在诸多工业领域中具有广泛适用性。在其储藏及使用时,制件强度会不可避免地因湿热老化造成降解和退化。探讨和揭示高性能纤维增强树脂基复合材料在不同湿热老化环境下的力学响应,对其结构件的耐久性、安全服役性能和寿命预估具有至关重要的意义。综述了国内外高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化方面的研究进展,介绍了其吸湿机理以及在湿热环境下的老化机理。梳理了湿热老化环境对于高性能纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响,寿命预测模型等。最后指出了高性能纤维增强树脂基复合材料老化研究存在的问题、面临的挑战,对未来研究发展方向提出了展望。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

连续纤维增强树脂基复合材料绿色化技术的研究进展

连续纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强、性能可设计等特点,是航空装备轻量化不可或缺的重要结构材料。由于其主要采用热压罐成型技术制备,成型过程能耗高,热固性树脂回收利用难、成本高,难以满足低碳绿色发展的要求,因此开展可回收绿色复合材料、复合材料低能耗制造以及回收再利用等复合材料绿色化技术研究受到了越来越广泛的重视。笔者介绍了目前连续纤维增强复合材料绿色化技术的发展现状,并探讨了连续纤维增强复合材料绿色化技术的发展前景。

桥梁工程用纤维增强树脂基复合材料的应用进展

基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,介绍了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的应用情况。最后指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了未来主要的研究方向。

电热作用对碳纤维增强树脂基复合材料层板冲击性能的影响

针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板结构在低电流(安培级)作用下对其冲击性能和吸能特性的影响进行研究。结果表明,电热作用使得CFRP层板的温度迅速升高,随着电流强度增加,电热作用产生的焦耳热显著增加;同时,CFRP层板的电阻率随电流强度增大而降低,呈现出温敏效应。在相同冲击能量下,随着加载电流强度增加,CFRP层板的冲击响应完全不同,临界损伤冲击应力和最大冲击应力随加载电流强度增大而减小,且下降幅度随之增大;随着加载电流强度增加,CFRP层板对冲击能量吸收显著增加。冲击损伤分析可知,在相同冲击能量下,CFRP层板的冲击损伤面积随着电流强度增加而增大,损伤程度越严重,失效机制由基体裂纹、微小分层转变为大量纤维断裂、基体破碎等,即冲击损伤模式由微弱的冲击损伤转变为可见的冲击损伤;冲击凹坑深度也随着电流强度增加而显著加深,冲击凹坑回弹率也显著降低。

纤维增强树脂基夹芯复合材料隔声性能的研究

本文对轨道交通车辆安装复合材料头罩的驾驶室进行隔声研究,先从双层纤维增强树脂基夹芯复合材料对称结构和非对称结构的隔声性能进行研究,再对三层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构的隔声性能进行探究,接着进一步探究阻尼材料、隔声材料对纤维增强树脂基夹芯复合材料隔声性能的影响,最后根据驾驶室的实际情况,探究空气层和内饰件产品对驾驶室隔声性能的影响。结果表明,对于双层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构,在声源侧分配厚的纤维层,比平均分配两侧纤维层可获得更高的隔声性能;对于三层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构,将厚度最大的纤维层置于近声源端,将厚度次之的纤维层置于远声端,将厚度最小的纤维层置于中间的结构,其隔声量明显优于双层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构;在复合材料背面增加阻尼材料或隔声材料都可提高其隔声性能;考虑内饰件及空气层时,驾驶室的隔声量可提高。

湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及其机理

总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素;综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响,分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律,吸湿会造成树脂基体的塑化、水解,产生裂纹以及纤维/树脂基体界面破坏,从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。

纤维增强树脂基复合材料界面粘结强度测试方法探讨

基体和增强材料界面的粘结性能直接影响到复合材料的力学性能 ,如何测量复合材料界面的粘结强度是界面研究的关键问题之一。本文侧重回顾了目前使用的复合材料界面粘结强度测试方法 ,如微脱粘、单纤维复合材料断裂、单纤维拔出和压出法 。

纤维增强树脂基复合材料在土木基础设施领域中的应用

纤维增强树脂基复合材料作为一种高性能结构材料在基础设施领域逐步得到关注和应用,国内外相关学者开展了大量的研究与实践应用。本文对纤维增强树脂基复合材料的组成、主要特点以及成型工艺进行简单介绍,对纤维增强树脂基复合材料分别在建筑、桥梁、道面、防撞以及地下等土木基础设施领域中的研究及应用进行介绍与探讨。基于纤维增强树脂基复合材料已经显示的优势,对其发展趋势进行阐述:海工复合材料、复合材料漂浮式光伏支撑结构、智能复合材料以及复合材料和传统钢、混凝土材料的组合结构等均具有广阔的前景。通过对土木基础设施领域纤维增强树脂基复合材料应用进行系统综述,从而促进纤维增强树脂基复合材料的研究与工程应用。

飞机结构强度试验中碳纤维增强树脂基复合材料无损检测技术

新型飞机大量使用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为结构用材,为确定CFRP结构强度试验后的最终损伤状态,必须制定相应的无损检测方案与损伤评定方法。针对强度试验后CFRP工件表面粘接物对检测效率的影响、变厚度弧形CFRP结构原位检测损伤识别以及CFRP结构冲击损伤定量基准波选取等关键技术,结合强度试验中无损检测的特点,采用现场检测典型信号分析的方法,提出了CFRP结构强度试验中的无损检测方案和损伤评定方法,最后通过实验验证了检测方案和评定方法的有效性。

国外纤维增强树脂基复合材料阻尼研究综述

综述了国外纤维增强树脂基复合材料阻尼特性的研究现状 ,分为阻尼机理 ,阻尼建模以及改善阻尼的途径三个方面的内容 。

纤维增强树脂基复合材料的疲劳剩余刚度研究进展

回顾了过去二十年来公开发表的复合材料刚度退化的主要模型，对这些模型做了分类和讨论．按照模型的理论基础及研究方法将它们分为了理论模型、半经验模型和经验模型二类．理论模型是指那些完全依赖于力学分析而得到的模型，这类模型建立了材料的微观损伤机理与宏观刚度退化之间的关系．经验模型通常不需要过多的力学分析，仅对大量实验数据进行经验性拟合，一般具有简单易用的形式．半经验模型是理论与经验模型的结合──在力学分析基础上的经验处理．

影响纤维增强树脂基复合材料层合板疲劳性能的主要因素

优化复合材料铺层方式，改善增强纤维与树脂基体的热匹配，严格控制复合材料内部残余应力的大小及分布可以显著增强复合材料的抗疲劳性能，提高复合材料构件的安全可靠性和使用寿命。

玻璃纤维增强树脂基复合材料的介电特性

本文介绍了玻璃纤维增强树脂基复合材料作为电介质材料的特点及影响因素。并介绍了低介电性能环氧树脂/玻璃纤维复合材料的研究现状以及PTFE、氰酸酯树脂等高性能透波复合材料的研究进展。

纤维增强树脂基复合材料阻尼特性的数值模拟

应用基于应变能的有限元方法研究了纤维增强复合材料的阻尼特性,此方法从单向复合材料的阻尼性能参数出发,通过有限元模态分析得到复合材料结构的模态损耗因子,与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性。该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。本文将该方法应用于一种复合材料等间距正交网格加筋板的阻尼特性分析,考察了加筋对复合材料层合板阻尼特性的影响。

纤维与基体性能对炭纤维增强树脂基复合材料抗压强度的影响

炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的轴向压缩强度显著低于其拉伸强度,这阻碍了其更广泛的应用。CFRP的轴向压缩破坏机理复杂,而目前针对CFRP轴向压缩破坏的研究却较为有限。为了对CFRP轴向压缩破坏机制有更加深入且直观的理解,本文构建了一个二维的微观有限元模型。该模型能够完整揭示CFRP轴向压缩破坏过程,并预测纤维和基体各项性能对CFRP抗压强度的影响规律。结果证明,由纤维初始制造缺陷引起的剪切应力集中使得基体开始发生塑性屈服,并最终形成扭折带,材料结构失效。剪切应力在整个失效过程中扮演着重要角色。此外,本文系统研究了纤维和基体各项性能对CFRP的抗压强度的影响,这些性能包括纤维轴向弹性模量Ef1、纤维径向弹性模量Ef2、纤维剪切模量G f12、基体弹性模量E m、基体比例极限σp、基体屈服强度σs和纤维初始制造缺陷程度。研究发现,性能的变化直接影响着缺陷区域剪切应力的集中状态,从而影响CFRP的抗压强度。研究结果显示,当E f1、Ef2、Gf12、Em、σp、σs提升10%,纤维初始缺陷程度降低10%时,CFRP的抗压强度分别提升了2.33%、0、0.39%、3.38%、1.17%、2.30%、2.52%左右。研究了CFRP抗压强度对各参数的敏感性,结果发现,E m对CFRP的抗压强度影响最大,纤维的初始制造缺陷程度和基体的塑性性能也是不可忽略的因素。

炭纤维增强树脂基复合材料模拟加速腐蚀方法的研究

对自然海洋大气环境下炭纤维/环氧树脂基复合材料的模拟加速腐蚀方法进行探索。根据已有的环境谱,初步设计实验室仿自然海洋大气环境的加速腐蚀方法,并对腐蚀前后的试样进行一系列力学性能测试及微观观察。结果表明:模拟日光、温度和湿度的共同作用会引起炭纤维/环氧树脂基复合材料表面及内部的腐蚀,并且破坏树脂基体与炭纤维之间的界面。与自然大气环境腐蚀结果的比较验证了实验室采用的实验方法对自然海洋大气环境的模拟性。

航空用纤维增强树脂基复合材料加筋板的剪切屈曲特性

对纤维增强树脂基复合材料加筋板进行了剪切试验,结合应变-剪切力曲线对加筋板的破坏形式以及屈曲特性进行了研究。结果表明:加筋板的破坏形式主要表现为筋条脱胶、断裂和蒙皮撕裂;蒙皮达到局部屈曲后,加筋板仍具有较大的后屈曲承载能力,其破坏载荷约为屈曲载荷的4.5倍。