架空导线用纤维增强复合材料芯现状及未来

纤维增强复合材料具有强度高、密度小、低膨胀、耐腐蚀等显著优点,是良好的架空导线加强芯材料。本文梳理了架空导线用纤维增强复合材料芯的发展历程,分析了各类纤维增强复合材料芯的优势和劣势,厘清了各种材料的发展脉络及其技术逻辑,分析了当前纤维增强复合材料研究、应用中的不足,指出了未来研究的关键技术和关注点。

架空导线用复合材料芯IEC国际标准制定

本文介绍了架空导线用复合材料芯IEC国际标准制定的情况。以标准内容为基础,对比分析了与现有复合材料芯标准的技术内容差异,为架空导线用复合材料芯的研究、生产以及应用提供参考。

某铝包复合材料芯软铝型线绞线断裂原因分析

某输电线路用铝包复合材料芯软铝型线绞线在架线后不久即发生断裂。通过宏观分析、力学性能试验、机电性能试验、断口分析、金相检验等方法对导线的断裂原因进行了分析。结果表明:该断裂导线的复合材料芯棒在包覆铝管前已多处受损及断裂,复合材料芯棒断裂的导线在架线后,所有张力都由软铝层和铝管承担。因夜间温度降低,且风载荷作用引发线路舞动,使得导线所受张力超过软铝层和铝管的强度极限,最终导致导线断裂。

输电线路碳纤维复合材料芯导线应用探讨

在我国经济不断发展的形势下,人民的生活水平得到了提高,城市化进程不断加快。建筑行业、电力行业都得到了较大的发展。在新的时代要求下,电力行业的重要性日益突出。电力需求不断增加。然而,由于部分输电线路老化,对老旧线路的改造技术难度较大。要想通过对现有电力线路的改造以及有效利用来解决走廊用地、单位土地面积输送容量以及输电线路对环境的影响等问题,就需要对输电线路进行分析。本文主要针对输电线路碳纤维复合材料芯导线应用进行分析探讨,希望通过研究碳纤维复合材料芯导线的特性以及应用优势,来解决输电线路的相关问题。

碳纤维复合材料芯导线弧垂特性研究

对两种规格的碳纤维复合材料芯导线进行了弧垂特性试验研究和计算,探究了初始张力、环境温度、铝/芯截面比等对碳纤维复合材料芯导线弧垂的影响。结果表明:在相同试验条件下,随初始张力增加,拐点温度升高;初始张力相同时,夏季导线的拐点温度显著高于冬季;相同试验条件下,铝/芯截面比大的导线,拐点温度较高。

孔槽泡沫夹芯复合材料真空辅助树脂传递工艺仿真与优化

本工作提出了孔槽泡沫夹芯复合材料的设计方案并针对真空辅助树脂传递(VARI)工艺进行了实验和仿真研究。首先,通过实验测得玻璃纤维织物和树脂的相关参数,利用Hagen-Poiseuill方程和达西定律算出孔洞和沟槽的等效渗透率;接着,利用PAM-RTM模拟孔槽泡沫夹芯复合材料的VARI工艺过程,并与实验结果进行对比;然后,使用PAM-RTM研究了芯材加工参数、树脂灌注方式和导流网铺敷区域对成型过程的影响,并选出了最优方案;最后,在此方案的基础上研究了树脂黏度与灌注时间的关系,并拟合得到了预测函数。结果表明:实验结果与仿真结果基本一致;最优灌注方案可显著缩短树脂填充时间并降低整体孔隙率;预测函数可准确预测灌注时间,对实际生产具有一定的指导意义。

复合材料夹芯结构低速冲击性能研究

复合材料夹芯结构为电子设备与外层蒙皮提供了一体化设计的思路,可以大幅降低飞行器的结构重量。通过低速冲击试验和ABAQUS仿真研究了5 J和10 J冲击能量下某飞行器复合材料机翼蒙皮典型夹芯区域在低速冲击下的性能。随着冲击能量的增加,复合材料泡沫夹芯结构的能量吸收率由5 J的72.0%提升至10 J的76.0%。由仿真结果可知,当冲击能量达到10 J时,出现了纤维损伤,且损伤沿表层铺层角度扩展,基体压缩损伤主要出现在冲击正面,基体拉伸损伤主要出现在冲击背面,损伤随冲击能量的增加而变大。当冲击能量达到10 J时,上面板与泡沫芯体粘接处也产生了较大的损伤。

夹芯复合材料板架强度试验及典型节点疲劳试验验证研究

[目的]夹芯复合材料在船舶结构中的应用日益广泛,为保证结构的强度特性,夹芯复合材料结构与钢质主船体之间通常采用螺栓连接,但由于孔周围的局部应力集中及连接位置的边界效应,螺栓连接位置通常为结构最危险的位置,需要进行强度及疲劳校核。[方法]针对一实尺度钢-夹芯复合材料板架结构,通过试验方法和有限元方法对板架在0.1 MPa均布载荷作用下的强度特性进行研究。通过对比试验测量与有限元计算的结果验证有限元方法的计算精度。基于有限元方法,通过结构应力等效的方式,设计两个等效疲劳试验节点,通过试验方法对钢-夹芯复合材料结构的疲劳寿命进行考核验证。[结果]研究发现,该板架结构在设计载荷下的疲劳寿命满足500万次循环的设计要求。[结论]对于大型螺栓连接结构的疲劳问题,可设计等效节点进行疲劳试验,通过结构应力等效的方式进行载荷等效。

大比例芯-板比的混合夹芯复合材料阴模成型工艺的研究

本文对大比例芯-板比的混合夹芯复合材料阴模成型工艺进行了研究,以解决该产品R角内部缺陷、泡沫芯材塌陷的产品质量问题,将该产品的R角结构进行了切割打磨,使用光学显微镜观察并分析了阴R角中典型的缺陷结构。开展了预浸料对比试验、R角辅助压实工装对比试验、蜂窝稳定化试验来分析缺陷产生的原理,探索消除R角内部缺陷的方法。此外,还研究了泡沫芯材在常用的复合材料成型工艺参数下的压缩变形情况,探索出了对泡沫进行密封保存以及增加保护盖板厚度的方法来解决其塌陷变形的问题。通过以上研究形成了大比例芯-板比的混合夹芯复合材料阴模成型的优化工艺方法,解决了该产品R角内部缺陷和泡沫塌陷的问题。

低能冲击下复合材料蜂窝夹芯结构表面损伤分析

基于低能量冲击探究复合材料蜂窝夹芯结构表面的损伤模式,分析低能量冲击对结构表面环氧树脂膜的裂纹扩展模式、损伤面积、裂纹长度和数量的影响,通过三点弯曲试验研究了低能冲击后碳纤维增强复合材料层合板的弯曲性能以及损伤极限值。研究结果表明,冲击能量会影响表面环氧树脂膜的损伤扩展模式,裂纹均以冲击落点为中心,向周围不规则地扩展,所形成的损伤面积随冲击能量递增,裂纹扩展长度与冲击能量成正相关,层合板的层间损伤模式以分层和纤维弯曲为主;低能量冲击试验证明了表面环氧树脂膜的裂纹扩展模式、损伤面积等与夹芯结构层合板内部的冲击损伤程度之间具备特定的联系,因此可为设计一种新的无损检测方法用于快速表征结构内部的冲击损伤提供可能性。

船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构设计与验证

根据多晶莫来石纤维、金属碰钉和碳纤维双轴向织物的材料特性,进行船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构设计。在完成材料选择和试样制备后,对设计的船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构进行耐火试验验证。试验结果表明,试样的完整性和隔热性均合格。

夹芯复合材料在轨道交通领域的应用及研究进展

夹芯复合材料,以其优异的力学性能和减重效果,在轨道交通领域得到了广泛的应用。本文介绍了三类常用的夹芯复合材料,列举了其在国内外轨道交通领域的典型应用,简述了夹芯复合材料的研究进展,建议后续可以在行业标准、计算机辅助设计、工艺改进和多功能化这几个方向做更深入的研究。

船用夹芯复合材料加筋板结构变形研究

文中测量了类似均布载荷下夹芯复合材料加筋板的变形值,使用实体单元建模方法和实体单元、壳单元相结合的简化建模方法建立了6个不同网格尺寸的有限元模型.有限元计算结果表明:使用实体单元、壳单元相结合的简化模型4可以以较高的计算效率取得误差在5%以内的计算结果.有限元建模此类夹芯复合材料加筋板时可使用实体单元、壳单元相结合的方式来简化,且复合材料蒙皮的网格尺寸应控制在蒙皮厚度的10倍左右,夹芯厚度方向至少划分两个网格.

复合材料T型节点强度直接计算模型研究

针对T型节点强度预测大多是通过试验进行,但试验测试存在周期长、成本高等问题,特别是对节点进行尺寸优化后再次进行试验效率较低,有必要针对复合材料T型节点直接计算模型进行研究,实现对T型节点强度的快速校核。因此以复合材料T型节点作为研究对象,参考相关规范确定节点直接计算模型的边界条件、尺寸以及强度校核标准,得到一个用于T型节点强度校核的直接计算模型。

基于高阶理论的加筋复合材料夹芯结构屈曲有限元模型

加筋复合材料夹芯结构由于面板与夹芯层的力学性能差异较大,层间剪切变形明显,层间剪切应力对结构的屈曲特性影响非常明显.此外筋条与面板之间横向剪切变形也会显著地影响加筋夹芯结构的屈曲特性.因此,需要发展一种能准确计算面板与芯体之间、筋条与板之间横向剪切应力的模型来分析复合材料加筋夹芯结构的屈曲特性.文章推导了正弦型整体-局部高阶剪切变形理论,该理论满足面内位移、横向剪切应力连续条件和自由表面条件,并且未知量个数独立于加筋夹芯板的层数.基于此理论,结合离散的Kirchhoff三角形单元(DKT单元)构造了正弦型整体-局部高阶三角形板单元(SGLT),该单元满足面内位移在厚度方向的锯齿分布和横向剪切应力层间连续性条件,并通过两个数值算例验证了模型的准确性.随后评估了金属面板加筋夹芯板和复合材料面板格栅加筋夹芯板在各种几何、材料参数和边界条件下的屈曲特性.数值分析结果表明,建立的有限元模型能准确地预测加筋复合材料夹芯结构的屈曲行为.并且相较于三维有限元模型,建立的模型具有更高的计算效率.

起圈织物泡沫夹芯复合材料Ⅰ/Ⅱ型断裂韧性研究

夹芯复合材料在受到弯曲、剪切和冲击等载荷作用下易发生脱层损伤。脱层损伤程度与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性密切相关。起圈织物由于在其厚度方向引入环状纤维束,增强了与芯层的结合能力,使其在抗分层方面性能优良。本文主要研究起圈织物泡沫夹芯复合材料的Ⅰ/Ⅱ型界面断裂韧性。根据试验标准分别制作了平纹织物泡沫夹芯复合材料和起圈织物泡沫夹芯复合材料。采用双悬臂梁试验(Double cantilever beam, DCB)和末端缺口挠曲试验(End notch flexure, ENF)对上述试验件的增韧机理进行了研究。研究表明,环状纤维束的引入大大提高了界面性能。起圈结构相较于平纹结构的Ⅰ型断裂韧性G_(ⅠC)提高了434%,Ⅱ型断裂韧性G_(ⅡC)提高了400%。通过建立有限元模型,采用内聚力模型来描述裂纹的扩展,数值结果与试验结果吻合较好。

复合材料夹芯板材用多功能铺层工艺装备设计研究

研究设计了一种多功能铺层工艺装备,解决了当前人工操作过程中的铺层翻面和转运问题,提高了复合材料夹芯板材生产线的自动化程度,降低了劳动强度,提高了生产效率,并为复合材料行业的工艺装备研制提供了可借鉴的解决思路。

机械冲击防护柱胞夹芯复合材料及其吸能性能

对机械冲击的定义进行了解释,重点分析了柱胞的抗冲击吸能原理,介绍了抗冲击吸能性能评价指标。在此基础上,阐述了直管、锥形管、球壳结构三种不同构型的柱胞单元在冲击荷载条件下的吸能特性及其研究现状,并对比了不同要素对柱胞抗冲击吸能性能的影响。最后分别归纳总结了不同构型柱胞单元的抗冲击吸能特性,并对机械冲击防护材料进行了初步展望。

轻质复合材料夹芯结构抗冲击仿真分析

复合材料夹芯结构具有优越的力学性能,被广泛应用于航空航天、汽车和船舶等领域。文章建立了三种不同构型的复合材料夹芯结构有限元模型,研究了不同冲击能量下结构的损伤形式和吸能特性。结果表明,在相同的冲击能量下,模型二夹芯板冲击在损伤深度方面表现出更优异的抗冲击性能。夹芯结构随着厚度的增加,整体刚度变大,夹芯板所能承受的载荷峰值越大。从吸能角度来看,当冲击能量低时,壁厚小的结构反而吸能效果更好,但随着冲击能量的增加,壁厚越大,比吸能数值越大,吸能效果越好。

碳纤维复合材料芯导线在国内推广应用的技术经济分析

根据国内近年来碳纤维复合材料芯导线的应用情况,提出了碳纤维复合芯导线的推荐线型;通过对220kV改造线路和500kV新建线路模型的计算分析,得出在改造线路和新建线路工程中,应用碳纤维复合芯软铝导线与常规钢芯铝绞线的技术经济比较结果,并进一步对碳纤维复合芯软铝导线价格构成及未来推广应用条件进行了分析。