混杂纤维复合材料螺旋桨的铺层结构设计与模压成型工艺

为推动复合材料螺旋桨构件设计与成型工艺的一体化研究,发挥纤维混杂在高阻尼、高性能桨叶开发环节的助力作用,以小尺寸复合材料螺旋桨为对象,基于其叶片型面特点与几何特征,开展混杂纤维复合材料桨叶的选材与铺层设计等工作,确定了螺旋桨在碳纤维(CF)/芳纶纤维(KF)混杂方式下的两种铺层方案。借助ANSYS Workbench平台中的ACP模块,建立了与桨叶实际结构特征较为一致的复合材料各向异性有限元模型,并在仿真分析的指导下,使用预浸料的模压成型工艺制作了混杂纤维复合材料螺旋桨样件模型。通过静态加载试验和模态测试试验,对比了桨叶模型的静刚度和前三阶模态频率的测试结果与计算结果,这既验证了基于ANSYS ACP的复合材料螺旋桨建模方法的有效性,也验证了模压法制作混杂纤维复合材料桨叶样件的可行性。

层合板和蜂窝夹心结构复合材料敲击特性研究

制备了层合板结构和蜂窝夹心结构两种不同结构的复合材料损伤试块,基于有限元理论对这两种典型复合材料损伤结构的振动特性进行了分析,发现损伤尺寸对碳纤维蜂窝材料固有频率的影响显著优于碳纤维层合板的固有频率。采用啄木鸟智能检测仪对两种不同结构的复合材料损伤试块进行了敲击试验,试验结果表明,蜂窝夹心结构损伤试块的敲击检测脉宽损伤差异率为50.5%,而层合板损伤试块的敲击检测脉宽损伤差异率为31.5%,敲击检测对碳纤维蜂窝复合材料的损伤检测灵敏度显著大于层合板结构复合材料。

基于复合材料U形混杂结构的可调工装设计与开发

以复合材料U形混杂结构的可调工装为研究对象,从变形模拟、工装设计与制造、制造工艺试验件验证等方面进行设计与开发。通过研究获得一种U形混杂结构的固化变形仿真模型建立及预测方法,得到了控制U形混杂结构变形的主要参数;掌握并验证了一种可调工装的设计理念和使用方法;通过不断的工艺迭代,获得一种稳定的复合材料U形混杂结构件制造工艺控制方法,并验证了零件的变形控制技术,成功制造出符合工程要求的U形混杂结构试验件。

天然纤维混杂增强树脂基复合材料的研究现状及应用

天然纤维增强树脂基复合材料具有资源丰富、密度小、可生物降解、生态友好、生物相容性好、可再生、成本低等优点,在汽车轻量化、运动设备、家电轻薄化、电气部件和生物医药行业等领域呈现出巨大的发展前景和应用价值,并在国内外得到了广泛的应用。综述了天然纤维混杂增强树脂基复合材料的制备方法、力学性能及其应用,并对天然纤维混杂复合材料的发展进行了展望。

BF/CF层间混杂结构对复合材料性能影响

制备了碳纤维/玄武岩纤维(CF/BF)层间混杂增强酚醛树脂基复合材料,通过力学性能测试研究了混杂结构对复合材料性能的影响,并与层数相同叠合压制成型的BF复合材料的性能进行了对比。结果表明,CF/BF混杂纤维增强酚醛树脂基复合材料较BF复合材料力学性能提高,嵌层结构复合材料综合性能好于夹芯结构。

脱合金工艺对混杂增强非晶复合材料组织与性能的影响

基于金属熔体脱合金法制备了具有核壳混杂增强结构(核相为高熔点富Ta相,壳为B2-CuZr相)的[(Zr_(0.5)Cu_(0.5))_(92.5)Al_(7)Sn_(0.5)]_(0.95)Ta_(5)非晶复合材料,系统研究了不同脱合金工艺参数下非晶复合材料的显微组织及力学性能的演变规律。结果表明:脱合金温度和时间是控制富Ta相尺寸的关键参数。当反应温度过低或反应时间过短时,会造成富Ta相聚集、增强相分布不均匀;当反应温度过高或反应时间过长时,会导致富Ta相粗化。当脱合金反应时间为2 min、脱合金反应温度为1473 K时,非晶基体中富Ta相尺寸细小且弥散分布,并促进B2-CuZr相异质形核细化,得到了尺寸更细小、分布更均匀的核壳混杂增强结构。细小均匀的增强相可有效阻碍非晶基体中主剪切带的快速扩展,复合材料的力学性能得到大幅提高,断裂强度达到2439 MPa,塑性应变为11.6%。

玻纤／涤纶混杂3D整体机织蜂窝结构复合材料的冲击性能

为研究玻纤/涤纶混杂纤维复合材料中涤纶含量对复合材料低速冲击性能的影响,设计了7种混杂纱线,并在改进后的普通织机上织造,同时采用真空辅助成型工艺制成混杂纤维复合材料板材。探讨了多种纤维混杂后纤维体积含量的计算方法,对混杂纤维增强复合材料冲击后断裂情况及能量吸收性能进行研究。结果表明,混入涤纶后复合材料会产生明显的混杂效应,经预测当涤纶含量约为55.69%时,复合材料能量吸收性能最好,在节省成本的情况下达到了最优。

混杂复合材料非对称铺层结构性能研究

混杂复合材料是两种或两种以上不同基体或增强材料组成的复合材料。混杂复合材料因选用了不同的材料,在性能上常有互补性。通过研究典型基体材料和典型增强材料组成的混杂复合材料,和混杂复合材料的非对称铺层特性,形成混杂复合材料非对称铺层制件。在单一材料性能基础上,主要研究典型混杂复合材料的性能,混杂复合材料非对称铺层结构的性能。

聚砜基体原位混杂复合材料的梯度结构

通过对注塑样品分层切片的光学与电子显微镜观察，研究了热致液晶聚合物／玻璃纤维／聚砜原位混杂复合材料的形态结构．结果表明，从皮至芯热致液晶聚合物呈梯度分布，即热致液晶聚合物分散相形态从皮层的微纤逐步过渡到芯部的微球，其含量从皮至芯递减．加入聚砜接枝马来酸酐共聚物作为界面相容剂，改善了热致液晶聚合物及玻璃纤维与聚砜基体的界面粘结，也减弱了热致液晶聚合物含量与形态在样品中的梯度分布效应．

3D混杂梯度结构碳/碳复合材料微观结构和性能研究

采用Z-PIN与粘胶基碳纤维毡、粘胶基碳纤维平纹织物、聚丙烯氰基碳纤维平纹织物制备了3D混杂梯度纤维预制体,多相碳素基体经丙烯等温化学气相渗透(ISO-CVI)和煤焦油沥青高压浸渍碳化(HPIC)复合工艺制备,分析研究了多相碳素基体的组织特征、Z向增强体对粘胶基碳纤维织物碳/碳复合材料(RCC)和聚丙烯氰基碳纤维织物碳/碳复合材料(ACC)层间性能的影响以及失效模式.碳基体的微观组织结构为各向同性层、光滑层和粗糙层多相复合体,粘胶基碳纤维表面和聚丙烯氰基碳纤维表面沉积碳的微观组织存在差异性.采用高密度Z-PIN增强体可提高层间性能40%～60%.失效模式为层间和纤维束内裂纹扩展,基体组织和纤维类型对层间性能的影响很小.

用于复合材料夹心结构的机织蜂窝芯的设计与织造

常用的蜂窝芯子是由轻金属箔等片状材料有规则地交叉胶接叠层而成,或先将片状材料加工成波纹状再进行层间胶接而成,这些蜂窝芯成本高,且层间强力差易开裂。本文从设计原理和织造工艺等方面介绍以纤维为原料、用机织法织造的整体蜂窝芯子,这种蜂窝芯子克服了上述常用蜂窝芯子的弊病。

混杂纤维复合材料的剪切特性(一)——夹芯结构

对三种类型的混杂纤维复合材料层压板的层间剪切特性进行了试验与研究,从理论上描述了层间剪切应力分布状态。与此同时,对层间剪切强度和破坏位置分别进行了估算和预测,其结果与实验较为吻合。

沥青基碳纤维及其混杂纤维增强尼龙1010复合材料结构与性能的研究

本工作研究了通用型沥青基碳纤维、玻璃纤维及它们的混杂纤维增强尼龙 1010复合材料的结构与性能,并与相应的聚丙烯腈基碳纤维及其混杂纤维复合材料的性能作了系统的比较。实验结果表明,随短纤维含量的增加,复合材料的模量和强度线性增加,当纤维含量达到一定临界值时,其强度有所下降。聚丙烯腈基碳纤维增强尼龙1010复合材料比相应的沥青基碳纤维复合材料具有较好的力学性能,但后者通过与高强度玻璃纤维混杂增强,可提高其力学性能。本工作还研究了这些复合材料的断裂特征和它们的混杂效应。

纤维复合材料及其混杂结构的冲击性能研究

本文用仪器化冲击试验机研究了纤维复合材料及其混杂结构的冲击性能,分析了碳纤维、玻璃纤维复合材料在冲击载荷下的能量性质(含冲击能和韧性指数)及断裂特性,引入了动弯曲强度。σ_d来评定复合材料在Charpy冲击试验中的强度性能,并与以往加载方式相近的三点弯曲试验结果作了比较。

纤维增强钛基复合材料混杂结构制造技术

简要介绍了利用超塑成形 /扩散连接(SPF/DB)工艺制造纤维增强钛基复合材料和钛合金混杂结构的技术 ,利用该技术可以在一个热循环中研制出空心的TMC -钛合金混杂结构 ,微观分析证明 ,在超塑条件下进行复合 -扩散 -成形是有利的。

芳纶平纹机织/非织造混杂结构复合材料低速冲击性能的有限元分析

采用有限元分析方法,研究含芳纶平纹机织物/芳纶非织造布的6种不同预制体结构在不同低速冲击能量下的低速冲击性能,探究不同混杂结构复合材料的低速冲击响应特性,揭示材料在低速冲击条件下的失效机制。有限元分析结果表明,有限元模拟结果和试验结果吻合度较高;在低速冲击能量作用下,层间交替铺层复合材料的损伤程度和变形程度最小;树脂与纱线脱黏、纤维束部分受损,以及非织造布层损伤是复合材料主要的失效模式;芳纶平纹机织物优异的抗剪切性能可阻止损伤的扩展并提高复合材料的损伤容限。

结构阻尼混杂复合材料研究进展

纤维增强树脂基复合材料因其比强度比模量高、阻尼减振性能优异等优点已成为航空航天领域重要的结构材料。混杂化是实现复合材料结构承载与阻尼性能一体化的有效途径。本文以近十年结构阻尼混杂复合材料研究为基础,从微纳颗粒混杂、层内编织混杂、层间铺层混杂和插层结构混杂四个方面对结构阻尼混杂复合材料的阻尼减振性能进行了详细分析。指出了结构阻尼混杂复合材料在阻尼减振领域应用存在的问题并给出了建议。

混杂结构复合材料防弹性能研究

为探讨不同混杂结构对防弹性能的影响规律,根据芳纶Ⅱ和芳纶Ⅲ纤维力学性能特点,设计制备7种不同混杂比例的复合材料,每种混杂比例有芳纶Ⅲ为迎弹面或背弹面两种铺层顺序。采用1.1 g标准模拟破片、51式7.62 mm铅芯弹等对各种混杂结构的复合材料进行性能测试,研究了铺层顺序、混杂比例等对抗冲击性能和防弹性能等的影响规律。研究结果表明:低速冲击下,随着芳纶Ⅲ复合材料含量的增加,混杂结构复合材料的最大载荷时间逐渐降低,即同一时间内,芳纶Ⅲ可以吸收更多的能量;芳纶Ⅲ复合材料为迎弹面或背弹面,其穿透概率50%的弹道极限速度v_(50)均随着芳纶Ⅲ质量含量的增加而提高,趋势为v_(50)开始提升速度较大,质量含量超过30%时,v_(50)提升速度明显趋缓,芳纶Ⅲ质量含量超过70%,v_(50)提升不明显。当芳纶Ⅲ复合材料位于迎弹面时,混杂结构复合材料v_(50)较高,这一现象在芳纶Ⅲ复合材料质量含量为30%~70%时最为明显,同时,芳纶Ⅲ复合材料含量的增加有利于减小防弹头盔弹击后的变形量。

针织混杂结构复合材料T字梁准静态弯曲性质和有限元模型模拟

在MTS810试验机上对3种不同筋高的针织混杂结构复合材料T字梁进行准静态弯曲测试,得到各自的弯曲载荷—位移曲线,进而研究材料的能量吸收和破坏模式.利用ABAQUS有限元模型(FEM)软件及用户自定义材料子程序(UMAT)模拟试验过程,通过计算得到载荷—位移曲线和破坏效果.将模拟结果与试验结果进行比较,可以看出两种分析结果比较吻合,表明用户子程序编写正确,并揭示筋高对复合材料T字梁的破坏及吸收能量影响显著.

混杂复合材料泡末夹层结构在某导弹发射箱盖中的应用研究

本文研究了混杂复合材料泡沫夹层结构在某型导弹发射箱盖中的应用,讨论了设计原理、分析方法和制作方法,着重讨论了混杂复合材料的层间强度分析原理和泡沫材料剪切模量的试验测定方法.