碳纤维复合材料在土建结构加固中的技术应用

碳纤维复合材料(CFRP)作为一种新型结构加固材料,具有质量轻、强度高、施工便捷等优点。通过对CFRP在混凝土构件、钢结构和桥梁加固工程中的应用研究,发现CFRP能显著提升结构承载能力。实验表明,CFRP与混凝土基材间的粘结强度在4.5 MPa以上时可确保加固效果;在钢结构加固中,CFRP片材的铺设角度在45±5°范围内最佳;对于桥梁加固,采用U型包裹法能使构件抗弯承载力提升40%以上。针对当前应用中存在的问题,从材料性能优化、施工工艺改进和质量控制等方面提出了相应的技术建议。

碳纤维复合材料与极地环境因素交互关系研究

目的揭示低温环境对碳纤维复合材料静态力学性能的影响,探讨极地环境因素的交互关系及其性能敏感性。方法采用正交试验设计,并通过极值与方差分析法探究各因素对材料性能影响的显著性与主次顺序。基于响应面法,建立力学性能指标与各环境因素间的二次回归模型,分析各因素之间的交互作用。结果碳纤维复合材料的硬度、抗拉强度和弹性模量对环境因素的敏感性存在差异。材料硬度和抗拉强度主要受辐照影响,其次为温度和覆冰厚度;弹性模量则受温度影响显著。响应面分析结果表明,温度、覆冰厚度与辐照之间存在明显的交互效应,尤其是对抗拉强度和弹性模量的影响更为显著,而对硬度的交互影响较弱。结论碳纤维复合材料在极地环境下表现出良好的稳定性与环境适应性,该研究将为碳纤维复合材料的极地应用提供一定的数据支持与理论基础。

二维三轴编织碳纤维复合材料的冲击响应及冲击后压缩行为

采用树脂传递塑膜工艺制备碳纤维二维三轴编织复合材料,分别通过空气炮系统和落锤冲击实验系统开展了二维三轴编织复合材料在不同冲击能量下的高、低速冲击实验,并通过超声C扫描获取了不同冲击能量下的分层损伤情况,分析了二维三轴编织复合材料的高、低速冲击响应及损伤失效特性。然后,对低速冲击试样开展压缩实验,结合数字图像同步测试技术,阐明了不同冲击能量下二维三轴编织复合材料的冲击后压缩性能。结果表明,在低速冲击载荷下,随着冲击能量的增加,二维三轴编织复合材料的损伤面积等比例增大,但能量吸收增大了近2倍,在6.7 J/mm的冲击能量下,材料内部产生严重的损伤,导致其剩余强度大幅下降。二维三轴编织复合材料的弹道极限速度约为138.5 m/s,当弹体入射速度大于弹道极限速度时,其损伤面积随弹体入射速度的增大而降低。

碳纤维复合材料蜂窝夹层零件质量控制研究

采用热压罐成型工艺方法制造碳纤维复合材料蜂窝夹层结构试验件,分别从蒙皮表面质量控制和蒙皮内部质量控制两个方面进行研究。结果表明:在试验件靠模具面选择合适表面胶膜材料可以解决蒙皮表面贫胶的问题;通过改进试验件的铺贴及固化工艺过程可以使蒙皮内部质量得到很好地控制,解决孔隙率超差及铺层褶皱的问题。研究成果为复合材料碳纤维蜂窝夹层零件的成型质量控制提供了参考。

碳纤维及其复合材料温度相关热膨胀特性研究

依据GB/T 2572—2005测试了-100~120℃区间内TG300碳纤维/环氧单向纤维增强复合材料的热膨胀系数,给出单轴向复合材料纵向及横向热膨胀特性随温度的变化规律及分布特征。基于试验结果,结合有限元分析方法,通过参数反演分析获得了-100~120℃环境温度下碳纤维轴向及径向热膨胀系数,为复合材料热膨胀特性设计分析提供原材料性能数据。进一步计算单轴向及双轴向CFRP的热膨胀系数,分析温度、纤维体积分数、织物结构、工艺参数及纤维屈曲对复合材料热膨胀性能的影响,为低热膨胀复合材料结构设计优化提供理论依据。

碳纤维复合材料T形电池盒箱体的铺层设计

新能源汽车的安全性和轻量化是当今汽车发展的重要方向,以汽车安全性为基础进行轻量化研究具有重要的现实意义。碳纤维复合材料在汽车结构上的应用是实现其轻量化的有效途径之一。采用Halpin-Tsai方程和有限元单胞模型两种方法,计算得到了六种具有代表性的碳纤维复合材料分别在50%、55%、60%纤维体积含量下的单向单层板的工程弹性常数,作为铺层的输入参数。针对提高碳纤维增强复合材料T形电池盒箱体的表面弯曲刚度以应对使用情况下的形变,以最大位移控制在1 mm为目标,以3.4 mm厚度为基准,采用准各向同性铺层,对电池盒箱体模型进行了有限元分析。计算结果表明:在固定碳纤维体积含量,电池盒厚度不超过3.4 mm的情况下,只有三种碳纤维复合材料在受力情况下能够满足最大形变小于1 mm的要求。

碳纤维增强树脂基复合材料的电子束辐射固化特性及工艺优化研究

在对高性能碳纤维增强树脂基复合材料绿色成型制造技术的探索中,电子束因常温固化、构件残余应力小且固化速度快等优势,被认为是极具应用前景的非热压罐固化技术。围绕碳纤维/环氧树脂基复合材料的高能电子束固化工艺,对比研究了两种辐射方式(仅辐射单层预浸带、辐射层合板)下,20~200 kGy剂量的电子束对预浸带固化度的影响,明确了固化度随着剂量增加而提高的演变趋势;测试并分析了辐射剂量率对固化度的影响规律,明晰了温升效应促进固化的作用机制;结合层间破坏微观形貌,探索了剂量及剂量率对层间剪切强度的协同影响,获得了高性能层合板制备的工艺优化方法。

碳纤维复合材料在城市桥梁裂缝加固中的应用与效果评估

本研究旨在探讨碳纤维复合材料在城市桥梁裂缝加固中的应用及其效果。通过综述和分析不同的应用方法,评估其在增强桥梁承载力、延长使用寿命和改善结构耐久性方面的效果。研究发现,碳纤维复合材料能显著提升桥梁的承载能力和耐久性,但是其性能受材料特性、施工技术和环境条件等因素的影响。合理选择加固方法并考虑相关影响因素是确保加固效果的关键。

碳纤维复合材料在房建施工中的耐久性研究

本文旨在研究碳纤维复合材料在房建施工中的耐久性问题,通过实验室加速老化试验与实际工程应用监测相结合的方法,揭示材料性能随老化时间的退化规律。研究包括碳纤维复合材料的基本概念、应用现状、耐久性研究理论基础及影响因素分析。通过设计老化试验条件与方案,对材料的抗拉强度、弯曲强度、冲击韧性等力学性能进行测试,并分析结果。提出材料改性、施工工艺优化及维护管理等改善措施,以增强碳纤维复合材料的耐久性。结果表明,环境因素和荷载因素共同作用导致材料性能退化。本文为碳纤维复合材料在房建施工中的广泛应用提供理论支撑和技术指导。

热塑性碳纤维复合材料在轨道交通的应用研究

在轨道交通领域,热塑碳纤维复合材料的创新应用正引领着材料和工程技术的变革。该材料既继承了碳纤维复合材料高强轻质的优点,又具有热塑性材料可反复加工、快速成形等优点。热塑碳纤维复合材料的应用,将极大地提升轨道交通车辆的品质与性能,使其运行更加平稳、安全、高效。将热塑性碳纤维复合材料应用于轨道交通领域,不仅可以提高车辆的承载力、耐久性,而且可以大幅缩短生产周期,降低生产成本。同时,该材料还具有良好的抗疲劳、耐腐蚀等性能,使其能够在恶劣的环境中保持良好的工作状态。热塑碳纤维复合材料具有可重复加工的特点,使其维修维护更加方便,进一步提高运行效率。

碳纤维复合材料胶铆混合结构拉伸失效研究

随着复合材料在轨道交通领域的广泛应用,形成了一系列复合材料车体、设备舱等结构,其车体装配方式已由金属焊接方式过渡到铆接、栓接以及混合连接的结构方式,连接的可靠性直接决定车体服役性能。鉴于此,本文制备了青岛1号线车体的典型碳纤维复合材料胶铆混合结构,进行了静载拉伸试验,分析了不同胶铆混合接头的承载能力、失效模式。研究结果表明,胶铆混合连接结构在拉伸载荷下,胶层首先在拉伸引起的偏心载荷下产生微裂纹,沿载荷方向两侧边缘向内部逐步扩展而后失效。胶层大部分失效后,铆钉和板材主要承载,复合材料/金属混合连接结构失效形式为铆钉断裂,而复合材料胶铆混连结构的失效形式表现为复合材料分层、纤维断裂、基体开裂的渐进破坏及铆钉拉脱。

碳纤维单向织物复合材料在结构加固中的性能检验

本研究依据GB 50728-2011和GB/T 3354-2014标准,对碳纤维单向织物复合材料在结构加固中的应用效果进行了系统的性能检验。研究目的在于评估该材料的适用性和可靠性,以满足建筑行业对高性能材料的需求。通过抗拉强度、耐久性和粘结性能的检验方法,对碳纤维单向织物复合材料的关键性能进行了评估。结果表明,该材料能有效提升结构的承载能力和耐久性。研究指出实际应用中需注意的问题,并对未来研究方向提出建议。

水库输水隧洞碳纤维布复合材料加固技术分析

水库输水隧洞作为承担水库灌溉、供水等功能的主要构筑物,存在平面拐点多、纵坡变化多、不平顺等难点,如果应用钢管回填混凝土加固,隧洞内钢管制作、安装及运输实施难度极大。为解决钢管回填混凝土技术难以实施的问题,文章结合凤亭河水库主坝旧输水隧洞加固工程,开展了碳纤维布复合材料加固技术的深入分析。结果表明,隧洞左侧壁、右侧壁及底板碳纤维布复合材料正拉粘结强度平均值在2.59-2.94 MPa,破坏形式均为混凝土内破坏,且能够满足《碳纤维增强复合材料加固混凝土结构技术规程》(T/CECS 146—2022)的要求。

不同腐蚀环境对含冲击损伤的碳纤维复合材料压缩性能的影响

碳纤维复合材料的性能很大程度上受使用环境的影响。本文研究了同一温度(70℃)下三种老化环境(蒸馏水、质量分数均为10%的硫酸溶液和氢氧化钠溶液)对T700碳纤维/环氧树脂基复合材料的压缩性能和含冲击损伤复合材料的压缩性能的影响;并研究分析了其质量变化、老化前后的表面形貌、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及动态力学性能。结果表明:在蒸馏水和酸溶液中,质量变化率曲线符合FICK第二定律,质量变化率越大,材料的压缩性能、含冲击损伤材料的压缩性能和玻璃化转变温度下降越大,表面形貌破坏越严重;在碱溶液中,试样破坏严重,树脂也发生了化学反应,材料的性能和玻璃化转变温度不但受吸湿的影响,而且也受树脂化学反应的影响。研究结果对T700碳纤维/环氧树脂基复合材料在复杂环境下的使用和贮存具有重要的工程实际意义。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

改进型密集阵列全聚焦成像算法的碳纤维复合材料板损伤定位研究

本文针对各向异性碳纤维复合材料板的损伤定位问题,提出改进型密集阵列全聚焦成像方法。首先,考虑碳纤维复合材料板的各向异性,通过实验分析超声导波在板中的传播特性,得到沿不同传播方向的群速度值。其次,对密集型传感器阵列的参数进行分析和优化研究,分别对不同阵列参数即阵元间距和阵元数量进行指向性函数的数值分析,优化阵列的参数,以保证阵列主瓣较窄、旁瓣较低且无栅瓣。然后,提出了一种考虑碳纤维复合材料板各向异性的改进型密集传感器阵列板结构缺陷定位算法。使用超声导波在碳纤维复合材料板中沿不同传播方向的群速度值,对全聚焦算法进行修正,并利用虚拟聚焦原理对板结构进行全聚焦成像。最后,通过布置碳纤维复合材料孔洞损伤实验,对基于密集阵列全聚焦成像方法的定位精度进行分析。实验结果表明,改进型密集阵列全聚焦成像算法的定位精度为1.00 mm,相较于使用单一群速度值,该方法在定位孔洞损伤缺陷时具有更高的精度。

楔块耦合的碳纤维增强复合材料褶皱缺陷全聚焦成像

褶皱是碳纤维增强复合材料中最主要的缺陷类型之一,当使用超声相控阵对复合材料薄板进行检测时,由于采集系统非线性效应和电子串扰等干扰会引发盲区现象,掩盖了薄板内的褶皱信息。为削弱盲区影响,考虑在相控阵与复合材料薄板(小于10 mm)之间增加楔块,提出楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法。基于费马原理与斯涅耳定律,建立楔块耦合的多层介质超声波传播模型;制备含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样,搭建超声相控阵数据采集系统,采集全矩阵数据;将楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法和传统全聚焦方法的成像效果进行对比。结果表明,基于楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法能减小试样表面盲区深度,修正声时偏差,削弱盲区影响,恢复出试样内的褶皱缺陷。相比传统全聚焦方法,纤维褶皱长度、褶皱顶部高度、褶皱角度这3个参数表征的精准程度分别提高了5.9%、4.1%、4.2%。该文为碳纤维增强复合材料薄板褶皱缺陷的检测提供了新思路。

碳纤维复合材料叶片缠绕成型轨迹与装备设计

鉴于当前对具有复杂几何特征的非回转体叶片复合材料预浸带缠绕轨迹规划的研究较少,根据碳纤维预浸带缠绕成型的要求,将叶片非回转体芯模简化为由几个椭圆柱面、椭球面和平面所组成的模型,研究芯模各个表面上基于测地线理论的轨迹规划问题。采用微分几何的方法分别计算椭圆柱面和椭球面上的测地线方程。根据缠绕成型工艺需求设计一种适用于复杂曲面加工的六自由度缠绕机器人虚拟样机,并通过MATLAB和ADAMS进行联合轨迹仿真,生成六自由度缠绕机器人对叶片进行缠绕碳纤维预浸带的仿真加工程序,并通过轨迹仿真验证了该缠绕成型工艺的可行性。

“无机粒子-无纺布”协同改性碳纤维复合材料及其增韧机理

针对碳纤维复合材料层间性能较差、易发生分层损伤的问题,提出一种采用SiC粒子和热塑性共聚酰胺(PA)无纺布对碳纤维/环氧树脂基复合材料(CFRP)进行增韧改性的技术,在层间构筑一种“无机颗粒/热塑性纤维/树脂基体”多组分多尺度增韧相体系,对比分析改性前后复合材料的Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性和耐热性,借助扫描电子显微镜(SEM)和动态热机械分析仪揭示其增韧和耐热性机制。结果表明,与未改性的CFRP材料相比,当SiC填充量(质量分数)为1%、PA无纺布面密度为25 g/m2时,改性CFRP材料Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)和Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)分别提高了52.7%和222.6%。无机粒子的阻滞效应、纤维的桥连效应和基体树脂的塑性变形是其主要增韧机制。

碳纤维复合材料层合板钻削后拉伸剩余强度研究

拉伸剩余强度是复合材料层合板的一个重要力学性能,对产品的使用寿命起着关键作用。为了研究钻削工艺参数对碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)层合板钻削后拉伸剩余强度的影响,将所选用的失效准则和刚度退化模式编写Vumat子程序,在Abaqus软件中建立了CFRP层合板钻削后拉伸有限元模型。通过正交试验探究主轴转速、进给量和钻头顶角对CFRP层合板钻削后拉伸剩余强度的影响。研究结果表明,主轴转速、进给量和钻头顶角都对层合板拉伸剩余强度有显著影响,提高主轴转速,减小进给量和钻头顶角都可以有效地提高层合板钻削后拉伸剩余强度,为实际加工提供参考。