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。

不同温度下树脂基复合材料层合板力学性能试验

通过试验的方法研究了双马来酰亚胺树脂浇注体及碳纤维增强树脂基复合材料单向层合板在不同温度下的静态力学性能,并讨论了温度对材料力学行为的影响,最后对材料断口形貌进行了分析.试验结果表明:纯树脂浇注体拉伸、压缩性能受温度影响比较明显,且拉、压性能不同.对于拉伸性能,相对室温均值(20℃),160℃环境下模量均值及强度均值降幅分别为31.73%,44.71%,200℃时又分别下降了21.15%,20.37%;对于压缩性能,相对室温均值,160℃下模量及强度均值分别下降了26.67%,44.40%,而200℃时继续下降了6.66%,12.40%.层合板的纵向拉伸性能受温度影响较小,在200℃内,纵向模量与强度最大变幅分别为2.82%和2.53%,且材料断口从室温下的'毛刷'状变为了沿轴向劈断.材料的横向及面内剪切性能受温度影响较大,且应力-应变曲线存在明显非线性,但横向试件断口平整、面内剪切试件无明显紧缩现象,即均表现为脆性断裂特征.另外,相对室温均值,在160℃时,横向及面内切变模量分别下降约32.96%,41.25%,强度分别下降约15.83%,30.96%;在200℃时,横向及面内剪切性能继续下降,模量降幅为16.83%,22.52%,强度降幅12.24%,11.01%.

基于薄板样条径向基函数的复合材料层合板自由振动分析

基于复合材料层合板的三角剪切变形理论,推导了对称复合材料层合板的控制微分方程。利用基于薄板样条径向基函数的无网格配置方法离散的控制微分方程,预测了对称复合材料层合板的自由振动行为。计算了不同材料参数和层合板几何参数的固有频率,并与文献结果进行了比较。还研究了节点排布、模量比和边厚比对固有频率的影响。结果表明,本文结果与文献结果具有较好的一致性,节点数量越大,无量纲频率对网格分布越不敏感,固有频率随着边厚比和模量比的增加而增加。通过数值实验,证明了用薄板样条径向基函数离散的三角剪切变形理论对对称复合材料层合板的自由振动分析具有较高的数值精度和良好的收敛性。

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。

树脂基复合材料/泡沫塑料夹层结构成型技术研究进展

总结归纳了树脂基复合材料 /泡沫塑料夹层结构的五种典型成型工艺方法 ,并对其部分成型工艺的特点。

基于逆复合二次径向基函数的对称复合材料层合板自由振动分析

利用逆复合二次径向基函数无网格配点法对Reddy的高阶剪切变形理论进行离散,预测了对称复合材料层合板的自由振动特性。将不同材料参数、几何尺寸和边界条件的层合板固有频率计算结果与相关文献中的结果进行对比,结果表明:逆复合二次径向基函数在对称复合材料层合板自由振动分析方面具有收敛性好及精度高等一系列优点。

粘弹基SMA复合材料层合板的有限元分析

用有限元法对粘弹基形状记忆合金 (SMA)复合材料层合板在横向均布载荷作用下的挠度进行了研究 ,结果发现 ,基体的热粘弹性对 SMA的作动性能有较大影响 ,且其程度随板边界的固结方式、SMA丝的数目、SMA的预应变。

基于SPSO-WK-TWSVM的复合材料层合板损伤辨识方法

针对复合材料层合板的基体裂纹损伤与脱层损伤的不易区分辨识的问题,采用Lamb波对层合板进行损伤检测,对接收到的传感信号进行特征提取与筛选,创新性地引入加权核双子支持向量基(weighted kernels-twin support vector machine,WK-TWSVM)的机器学习方法对基体裂纹与脱层损伤进行自动分类识别。为了进一步提高损伤辨识精度,采用简化粒子群优化(simple particle swarm optimization,SPSO)算法对WK-TWSVM的核函数权值及模型参数进行了寻优处理,并与其他粒子群优化算法就行了分析比较。试验分析结果表明,基于Lamb波的SPSO-WK-TWSVM复合材料层合板损伤辨识方法能够对复合材料层合板基体裂纹与脱层损伤进行准确的自动识别,识别精度明显高于其他TWSVM优化算法及传统的机器学习方法。

准静态加载下陶瓷基复合材料层合板应力-应变曲线的模拟

采用细观力学方法来模拟纤维增强陶瓷基复合材料层合板在准静态加载下应力-应变行为.采用层合板修正剪滞模型分析复合材料出现损伤时的细观应力场,通过临界基体应变能准则、Nair脱粘准则确定基体裂纹间隔和界面脱粘长度.最后结合剪滞模型和损伤机制模拟陶瓷基复合材料层合板应力-应变曲线,并与试验数据进行比较,结果吻合较好.

中等应变率下玻璃纤维-环氧树脂复合材料层合板强度预报

采用真空辅助成型工艺制备多种铺层角度的玻璃纤维-环氧树脂层合板试样,通过专用试验设备开展恒定应变率下面内拉伸、剪切性能的测试。建立中等应变率条件下单向层合板的拉伸和剪切强度数学模型,并通过最小二乘法开展基于实测数据的模型参数识别。以经典层合板理论和蔡-希尔强度准则为基础,推导并编制了MATLAB仿真计算程序,实现了玻璃纤维-环氧树脂层合板在轴向中等应变率下的拉伸强度预报,并通过试验验证了预报方法。结果表明预报值与试验结果吻合较好。该方法可以预报中等应变率条件下玻璃纤维-环氧树脂复合材料层合板的拉伸强度,预报精度满足工程应用的需求,可用于中等应变率下复合材料层合板铺层角度优化设计。

铺层结构对树脂基复合材料层间剪切强度影响的研究

主要目的在于利用双切口剪切强度试验法验证手糊成型的玻璃钢层合板铺层顺序以及单向布的相对体积含量对层间剪切强度的影响。实验中六种玻璃钢层合板的铺层方式分别为(UF)_5、(UF,CSM,UF,CSM,UF)、(CSM,UF,CSM,UF,CSM)、(UF,CSM,CSM,CSM,UF)、(CSM,UF,UF,CSM,CSM)、(CSM)_5。单向布相对体积含量依次为100%、60%、40%、40%、40%、0%。通过实验结论发现,单向布相对体积含量对层合板层间剪切强度影响较大,其中铺层方式为(UF)5的层合板通过双切口法得到的层间剪切强度高达40.768 MPa,而铺层方式为(CSM)_5的层合板在双切口法中所测得的层间剪切强度却只有15.867 MPa。相对而言,铺层顺序对层合板的层间剪切强度影响相对较小。同时利用数理统计方法"秩和检验法"对大量实验数据进行了离散性分析,结果表明,在同一种铺层方式下,尽管因为不同失效形式导致数据具有较大的离散性,但这些数据仍然可以作为一个整体进行分析。

干湿环境对环氧树脂/碳纤维复合材料层合板老化性能的影响

以开孔和未开孔环氧树脂/碳纤维复合材料层合板为研究对象,开展了不同温度(2,23,70℃)、水浸/干燥环境下层合板的加速老化试验,利用三维轮廓仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差示量热扫描仪等对层合板的老化性能进行分析。结果表明,开孔会使得层合板的吸湿率减少,温度越高,层合板的吸湿率越大;层合板吸湿后会发生溶胀,且温度会加剧纤维-树脂脱粘、开裂,老化环境对层合板的断面形貌具有很强的敏感性;老化环境并未明显改变层合板的化学结构,老化环境对层合板的玻璃化转变温度;。

基于遗传算法和复合二次径向基函数的复合材料层合板自由振动分析

为了提高复合材料层合板自由振动分析的精度,采用无网格径向基配点法分析复合材料材料层合板的自由振动问题,径向基函数的形状参数对计算精度有很大影响。利用遗传算法对复合二次径向基函数的形状参数进行优化,用优化后的形状参数的复合二次径向基函数计算复合材料层合板的固有频率,计算结果与文献中的结果具有较好的一致性。遗传算法在形状参数优化方面具有很大的潜力,所提出的方法具有较高的计算精度。

先进树脂基复合材料层合结构纤维屈曲超声检测技术研究进展

针对纤维屈曲缺陷在材料内部引起的声阻抗变化较小,利用超声回波信号表征纤维屈曲缺陷的难度较大的问题,从检测原理、超声换能器参数选择和超声回波数据后处理方法3个方面出发,介绍了纤维屈曲缺陷超声无损检测及评价技术的研究进展,分析了当前研究工作存在的不足及未来发展趋势。在检测原理方面,介绍了碳纤维增强树脂基复合材料层合结构特征,面外/面内纤维屈曲缺陷引起局部结构变化所产生的不同超声响应,以及利用不同的超声响应特征检测纤维屈曲缺陷的方案;在超声换能器参数选择方面,介绍了利用半波共振最大化层间反射回波能量的选取准则;在超声回波数据后处理方面,介绍了利用瞬时相位法、平均散射系数矩阵等检测面外纤维屈曲缺陷的方法,利用角谱分布、局部图像算子等检测面内纤维屈曲的方法,以及利用图像结构张量测量碳纤维三维空间走向的方法;最后,从声学机理、检测能力、可检缺陷类型、被检结构件种类等方面分析了当前研究工作存在的不足及未来发展趋势。

不同工艺条件对M40J级碳纤维/双马树脂基复合材料层间性能的影响

采用共固化和共胶接两种不同工艺条件制备了M40J级碳纤维/双马树脂基复合材料层合板,研究了两种工艺对复合材料层合板层间性能和胶接质量的影响。结果表明,共固化工艺制备的复合材料层合板的Ⅰ型临界应变能释放率(简称临界G_(ⅠC))和II型临界应变能释放率(简称临界G_(ⅡC))比共胶接工艺分别低8.4%和8.7%,但共固化工艺的Ⅰ型扩展应变能释放率(简称扩展G_(ⅠC))和Ⅱ型扩展应变能释放率(简称扩展G_(ⅡC))比共胶接工艺分别高24.0%和15.9%。此外,共胶接工艺层合板的胶层厚度比共固化工艺厚,更容易发生内聚破坏,且破坏主要发生在胶接层界面。

复合材料层合板固化压实过程有限元数值模拟及影响因素分析

根据有效应力准则和达西定律建立了描述复合材料固化压实过程层合板压缩和树脂流动的二维有限元方程,节点自由度为位移和树脂压力,采用向后差分方法直接耦合积分求解以提高收敛速度。数值计算结果表明:随着层合板厚度的增加,厚度压缩率减小,固化压实所需时间增加,树脂在厚度方向的不均匀性逐渐增加。对于厚度较大的层合板,采用提高固化压力和双面吸胶两种工艺对比情况说明,后者可以显著提高压实程度并得到相对均匀的树脂含量分布。

芳纶纤维的磷酸表面处理及其树脂基复合材料界面性能

采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理,并对不同处理条件下芳纶纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。结果表明:20 wt%磷酸溶液处理的芳纶纤维,纤维表面含氧官能团含量最高;继续提高磷酸溶液的浓度,含氧官能团含量下降,纤维表面趋于平整,单丝强度上升。用20 wt%磷酸溶液处理芳纶纤维,纤维/环氧树脂基复合材料的层间剪切强度达到62 MPa,界面剪切强度提高18%,是一种简单有效的表面处理方法。纤维表面粗糙度和纤维表面含氧官能团的数量是影响芳纶纤维/环氧树脂复合材料界面结合性能的关键因素。

层间纤维增韧碳纤维树脂基复合材料研究进展

碳纤维增强热固性树脂基复合材料性能优异,因此被广泛的应用在航空航天领域。然而,热固性树脂韧性较低,在实际使用过程中,容易发生分层破坏,限制其进一步的使用。为此,本文综述近年来层间纳米纤维改善碳纤维树脂基复合材料层间韧性的国内外研究现状,介绍层间纤维增韧材料的种类,以及纳米纤维增韧的主要机理,并对层间纳米纤维增韧复合材料发展提出见解。

碳纤维树脂基复合材料表面CrAlSiN膜层的性能

以金属铬过渡层为变量,利用磁控溅射方法在碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面分别沉积制备出CrAlSiN单层薄膜和含有铬过渡层的CrAlSiN薄膜,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪等检测手段,表征了两种薄膜的表面形貌、成分组成、相结构、硬度及弹性模量等关键本征特性,并借助摩擦磨损试验机,研究了薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:含有铬过渡层的CrAlSiN薄膜表面更平整致密,晶粒更细小,平均硬度和平均模量分别为3.723GPa和22.405GPa,对基材硬度和模量的提升率远高于CrAlSiN单层薄膜;在以氧化锆为摩擦副,试验力10N,往复频率3Hz,加载时间10min的摩擦磨损试验参数下,含有铬过渡层的CrAlSiN薄膜表现更加稳定,摩擦系数始终保持在0.1左右的较低水平,摩擦磨损性能更优异。

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。