短切碳纤维对GF-Fabric/EP夹层复合材料的增强作用研究

针对高速列车、新能源汽车等交通工具对高性能泡沫夹层复合材料的迫切需求,制备了玻璃纤维三维立体织物增强环氧树脂泡沫复合材料(下称GF-Fabric/EP复合材料)及其夹层结构,并重点探索短切碳纤维(Short carbon fiber,SCF)对其泡沫本身及夹层复合材料的增强作用。研究结果表明,SCF的填充通过受载时阻断环氧树脂泡沫内部裂纹的扩展,利用自身断裂及与基体脱粘等消耗能量,显著提升环氧树脂泡沫的力学性能,并可与玻璃纤维三维立体织物实现协同增强效果,在填充质量比为2%时复合材料力学性能最佳。同时,基于纤维的“桥联”作用,SCF的引入亦可有效改善铝合金面板与芯材的界面性能。

穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题,提出在泡沫上预先打孔的方法,在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能,并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件,对其进行不同能量的低速冲击试验,记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应,并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围,探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明,随着冲击能量的增加,最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加,凹坑深度和内部损伤面积也增大,同时结构的能量吸收率也有所提高;适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能,而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。

蜂窝夹层复合材料四点弯曲性能和失效模式的研究

对共固化成型的蜂窝夹层复合材料四点弯曲进行了宏观力学和失效方式分析,研究了预浸布种类、夹层板滚筒剥离强度以及蜂窝芯厚度对四点弯曲破坏模式的影响以及破坏模式和四点弯曲性能的关系,为蜂窝夹层复合材料原材料合理选用提供了依据。研究结果显示:蜂窝芯厚度对四点弯曲性能影响显著,蜂窝芯厚度不同会出现三种不同类型的破坏方式;胶膜面密度对四点弯曲450 N载荷的挠度值影响较小,对四点弯曲强度影响较大;蜂窝芯厚度一定时,不同胶膜面密度样品出现两种破坏方式;蜂窝芯厚度和胶膜面密度一定时,面板性能增加,会出现两种不同的破坏方式。

湿热环境对蜂窝夹层复合材料性能的影响

对不同类型的Nomex蜂窝夹层复合材料进行湿热处理,分别测定不同材料的吸湿曲线与材料处理前后的力学性能与介电性能。实验结果表明:不同材料具有不同的吸湿特性。湿热环境会对夹层复合材料试样的面板强度、芯材剪切与压缩强度造成不同程度的负面影响,通过比较,在力学性能方面,两种面板材料的耐湿热性能相似,而环氧/NH-1-72材料的芯材具有更好的耐湿热性能。同时,湿热环境会对不同材料的介电性能产生不同的影响,其中,环氧/NH-1-48材料因其具有的最低的芯材密度,而具有最好的介电性能耐湿热性。

蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法

提出蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法。采用三明治夹芯板理论建立铝蜂窝夹层结构的初始有限元模型,其中芯层等效弹性参数由均匀化方法计算。据芯层结构及相对灵敏度分析,选存在不确定性且对动态特性敏感性较大的面外剪切模量及面板厚度为待识别参数。对6块铝蜂窝复合材料板进行自由-自由边界条件下动态试验,获得试验模态参数的均值及标准差。据试验结果采用所提方法识别铝蜂窝夹层板不确定性参数。结果表明,对存在不确定性参数的铝蜂窝夹层复合材料用该方法能准确识别参数的均值及标准差,并建立具有准确统计意义的动力学模型。

整体中空夹层复合材料力学性能的实验研究

研究了整体中空夹层复合材料的复合成型工艺,制作了满足要求的实验件。对整体中空夹层复合材料经、纬向的侧拉、侧压、平拉、平压、双层剪切和4点弯曲等性能进行了实验研究,获得了该种材料的主要力学性能参数,并与类似的蜂窝夹层材料部分力学性能进行了对比。分析了整体中空夹层复合材料经、纬向性能的差异以及材料的失效形式,得到了一些有益的结论,为该种材料的结构设计和性能分析奠定了重要的基础。

考虑胶层的蜂窝夹层复合材料动态特性

提出了一种蜂窝夹层复合材料等效模拟方法.将面板与胶层等效为层合材料,并推导了其等效弹性参数.根据等效板理论、三明治夹芯板理论及所提出的方法分别建立自由-自由状态的铝蜂窝夹层复合材料有限元模型.将3种等效方法的数值计算结果与试验模态参数进行对比,结果表明,所提出等效方法的最大误差不超过5%,平均误差降低到2.03%,表明考虑胶层的影响,模态参数计算结果更为精确.通过控制变量法和相对灵敏度分析表明,胶层是影响复合材料动力学性能的关键因素之一,在面板与蜂窝胞壁连接良好的前提下,减小胶层的厚度或增加胶层材料的弹性模量能够有效提升材料的整体动态性能.

基于匹配追踪的蜂窝夹层复合材料损伤检测

基于Lamb波和匹配追踪时频分析方法,提出一种损伤成像方法,对蜂窝夹层复合材料结构进行损伤监测。首先针对Lamb波传播的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,该方法能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号,并识别Lamb波的模态;然后对由压电传感器采集到的Lamb波信号,采用匹配追踪方法提取特征信息,得到Lamb波的能量分布;在此基础上,考虑Lamb波在各向异性结构中传播速度的影响,将损伤处的散射波能量分布和各像素点对比度联系起来,得到损伤图像,将损伤的情况可视化。通过蜂窝夹层复合材料结构实验验证了该方法的可行性和有效性。

泡沫夹层复合材料的低速冲击损伤及剩余强度的数值模拟

基于渐进累积损伤理论和数据传递分析方法,对泡沫夹层复合材料的低速冲击以及冲击后的压缩破坏过程提出了一种全程数值分析方法,即对泡沫夹层复合材料的冲击以及冲击后损伤的泡沫夹层复合材料在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行数值模拟分析。结果表明:由于该方法避免了以往学者对冲击后夹层板损伤状态所做的人为假设,把冲击后的预测损伤直接传递用于剩余强度的研究,从而提高了最终破坏载荷和剩余强度的预测精度,数值模拟结果与已有试验结果吻合较好。

低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限

为了研究低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限(剩余压缩强度),制作了满足要求的实验件并进行了剩余压缩强度对比实验。采用数码照片和外观检测等方法对压缩破坏损伤发展的过程进行了研究,分析了压缩破坏机理。结果表明,冲击损伤严重影响了三维中空夹层复合材料板的抗压能力,剩余压缩强度随冲击能量的增加而减少;三维中空夹层复合材料的压缩破坏主要由前面板控制,前面板发生局部屈曲的载荷与板的压缩破坏载荷几乎相等;表面蒙皮不仅能减少冲击损伤,而且能使板内的损伤显露在表面,容易让人发现。

Nomex/氰酸酯树脂夹层复合材料耐湿热性研究

在70℃,85%湿度的环境下对Nomex/氰酸酯树脂夹层复合材料进行了湿热处理,并对其吸湿特性进行了研究。然后,对老化前后的试样进行了力学性能以及介电性能的测试。结果表明:Nomex/氰酸酯树脂夹层复合材料经湿热处理后,其介电性能的保持率很高,具有很好的介电性能与耐湿热性。夹层材料力学性能保持率很高,主要是由于其面板基体树脂为氰酸酯树脂,其更好的耐湿热性给整个夹层结构提供更好的保护。

蜂窝芯体厚度对Nomex蜂窝夹层复合材料压缩性能的影响

以NRH-2-48芳纶纸为蜂窝芯体,碳纤维层合板为面板,制备了不同芯体厚度的Nomex蜂窝夹层复合材料,通过压缩试验研究了芯体厚度对复合材料压缩性能的影响,并探讨了芯体厚度与复合材料屈曲载荷和压缩破坏载荷的关系。结果表明:随芯体厚度的增加,复合材料的屈曲载荷和破坏载荷都相应增大,当复合材料的屈曲载荷与面板的破坏载荷相同时,蜂窝芯体厚度最佳。

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。

整体中空夹层复合材料低速冲击损伤及剩余强度实验研究

简要论述了整体中空夹层复合材料低速冲击及冲击后剩余强度的研究情况,选取了三种不同规格的试件进行了不同能量下的低速冲击试验和冲击后的拉伸,压缩强度试验,得到不同能量下材料的损伤情况和强度变化曲线。实验结果与国外相关文献进行了对比,与文献结果具有一致的变化规律,对整体中空夹层复合材料的运用及推广有一定得参考意义。

小角度X射线衍射法研究夹层复合材料和长程有机大分子材料

对具有大层间距的累托石-尼龙夹层复合材料和具有长周期有序排列的脂质材料等进行了小角度X射线衍射分析。结果表明,通过调整X射线衍射仪的光路系统,适当控制入射X射线和散射线的强度,即使在极小的角度区域范围内,仍可清晰地分辨X射线衍射峰。对于日本理学D Max -rB型转靶X射线衍射仪,使用如下的光路系统:DS =1 2°,SS =1 6°,RS =0 .15mm ,可获得清晰结果。

蜂窝夹层复合材料的压缩损伤声发射特征

应用声发射技术对蜂窝夹层复合材料压缩损伤过程进行了试验研究。分析载荷与声发射信号关联图,依据其损伤过程和声发射特征,发现随着加载条件下载荷的增加,复合材料的损伤逐步增大。在加载初始阶段,仅有少量声发射信号,各种表征信号量小幅度增加;在加载中期,声发射信号增多,各种表征信号量不断增大;在加载后期,声发射信号有明显突增,各种表征信号量急剧增加。复合材料压缩损伤破坏与声发射的幅值、能量、撞击、上升时间、持续时间和计数等参量特征相关。根据各阶段特征参量滤波后所得信号分布与实际断裂位置相吻合。

蜂窝夹层复合材料小质量冲击接触力的分析

研制了多角度小质量冲击试验机,可对蜂窝夹层复合材料进行不同角度、不同冲击能量的冲击。使用冲击加速度传感器测量冲击接触力。在已有仿真模型的基础上,使用降低面板抗弯刚度的方法来模拟分层损伤的产生,从而预测分层发生后的冲击接触力。实验结果表明,仿真得到的冲击力与前者吻合较好。通过仿真分析夹层板参数对冲击力的影响,发现面板的等效抗弯刚度和芯材的压缩强度对冲击周期和最大冲击接触力具有较大的影响,而芯材的厚度和模量则对冲击周期和冲击接触力的影响较小。

整体中空夹层复合材料侧压性能的研究

文章设计了以平纹组织和经重平组织为面板的整体中空夹层复合材料预制件,研究面板结构对整体中空夹层复合材料侧压性能的影响。研究表明:以平纹组织为面板的整体中空夹层复合材料无论是夹层结构侧压性能还是面板的侧压性能均优于以经重平组织为面板的整体中空夹层复合材料。

整体中空夹层复合材料抗低速冲击性能的实验研究

文章采用落锤冲击试验机对整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验。探讨了芯材高度对整体中空夹层复合材料的低速冲击特性如最大冲击载荷、冲击点最大位移和材料损伤时能量吸收等的影响。结果表明:随着芯材高度的增加,整体中空夹层复合材料的最大冲击载荷和冲击损伤阈值降低,而到达最大载荷的时间有所延迟。

PMI泡沫夹层复合材料电性能设计与实验研究

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层复合材料具有优异的宽频透波性能,被广泛用于制备透波雷达天线罩。为了设计满足宽频透波要求的某型天线罩,从复合材料结构原理出发,选择石英纤维增强环氧树脂复合材料为蒙皮,PMI泡沫为芯材的A夹层结构方案,采用三维全波电磁场仿真软件(CST软件)计算比较了不同蒙皮厚度和芯材厚度对A夹层结构透波性能的影响,得到了理论最优结构。进一步的平板试验结果表明,透波率的实际测试值与理论计算结果基本吻合,可见设计的A夹层复合材料结构可满足某型天线罩的宽频透波要求。