碳/玻混杂复合材料开孔板拉伸极限强度研究

针对正交碳/玻混杂复合材料开孔板的拉伸承载特性,设计了纯碳纤维(CCCC)、纯玻璃纤维(GGGG)和层间碳/玻混杂(CGGC和GCCG)的复合材料开孔板拉伸强度试验.基于Hashin准则、刚度退化准则对Vumat子程序进行改进,实现了异种纤维增强材料的渐进损伤分析.对这四种堆叠形式的开孔拉伸试件的载荷位移曲线、孔周应力、极限强度、以及损伤发展过程等进行了预报.结果表明:异种纤维增强材料渐进损伤仿真结果与试验结果较为接近,证实所改进方法的准确性.上述四种类型混杂复合材料开孔板均以垂直于拉伸载荷方向失效破坏.碳/玻混杂开孔层合板的极限载荷和刚度在纯碳纤维与纯玻璃纤维开孔板之间,内碳外玻(GCCG)的结构形式的抗拉强度略高于内玻外碳(CGGC).受拉载荷下混杂开孔板均为CFRP层先发生损伤,随后GFRP层在短时间内再发生萌生并快速扩展,该损伤过程与铺层顺序无关.

低速冲击下碳/玻混杂复合材料红外辐射特征

碳/玻混杂复合材料在工业应用中表现出巨大的应用潜力。基于红外热像法试验研究了碳/玻混杂复合材料层压板与2种非混杂材料低速冲击下的红外辐射特征。通过目视、超声C扫描和光学显微镜等方法确定冲击后层压板的损伤模式,分析热图序列的时序变化特征和温度分布特征,从而表征冲击过程中的热耗散效应。结果表明:红外热成像技术非常适合监测低速冲击下纤维增强复合材料的损伤过程,通过热图序列可以建立起监测特征与各损伤模式之间的联系;同时发现碳/玻纤维的层间混杂可有效提升碳纤维强基复合材料(CFRP)的抗分层能力,随着冲击能量增加其抗分层能力愈加明显,冲击后的碳/玻混杂复合材料兼具较大的表面损伤和较小的分层损伤,拥有较好的损伤容限。

碳/玻混杂纤维筋混凝土梁抗弯性能的试验研究

纤维增强塑料(FRP)筋作为一种钢筋的替代品在土木工程中应用日益广泛。本文针对单一纤维的FRP筋存在造价高、延性较差和弹性模量低等问题,开展了碳/玻混杂纤维复合材料筋生产工艺及其增强混凝土梁的抗弯性能的试验研究。文中列出了三种不同配比的碳/玻混杂纤维(HFRP)筋的性能指标,并给出增强混凝土梁的抗弯刚度计算模型。

碳/玻混杂纤维筋预应力混凝土梁抗弯性能的有限元分析

碳/玻混杂纤维增强塑料(HFRP)筋具有单一纤维筋难以企及的优点,本文在试验研究的基础上,介绍了ANSYS有限元软件在预应力HFRP筋混凝土梁非线性分析中的应用,论述了混凝土、HFRP筋的单元选择、本构关系,预应力施加等问题及建模求解的过程,得到梁的荷载-变形曲线,通过与试验数据对比验证了模型的可靠性,从而为HFRP筋混凝土的推广应用提供了一条便捷的研究方法。

碳/玻混杂纤维筋受力性能试验研究

本文针对单一纤维的FRP筋延性较差的缺点,开展了碳/玻混杂纤维复合材料筋生产工艺、受力性能的试验研究。结果表明:在拉伸试验中混杂纤维复合材料筋具有类似于普通钢筋的"屈服台阶",并对其基本物理力学性能的理论值与试验值进行了比较,结果吻合较好。为HFRP筋的工程应用提供了依据。

碳/玻混杂纤维复合材料塔杆防覆冰研究

提出了碳纤维作为加热元件应用于复合材料塔杆除冰的设想,设计了多层复合材料的基本结构,采用缠绕碳/玻混杂技术制备防冰复合材料塔杆,研究了单向碳纤维复合材料和混杂玻纤/碳/玻纤复合材料的电阻性能以及温度对电阻的影响,并研究了复合材料的力学性能,满足使用要求。

碳/玻混杂纤维铺层结构对风力机叶片弯扭耦合特性的影响

为研究复合材料铺层结构对叶片弯扭耦合特性的影响。以功率2 kW的风力机叶片试样为研究对象,选用碳/玻纤维不同混杂比(4∶4和2∶6)双轴向经编织物。基于经典层合板理论及联合节点位移法,实验研究集中载荷作用下,铺层结构叶片试样形变特性,分析叶片试样弯扭耦合特性。结果表明:同种碳/玻纤维混杂时,纤维排列角度为25°时,叶片试样等效弯扭耦合系数最佳为0.186,而同种纤维排列角度,碳/玻纤维混杂比4∶4的叶片试样等效弯扭耦合系数大于碳/玻纤维混杂比2∶6的叶片试样。应变测试实验发现沿叶片试样展向,叶片试样主应变逐渐减小,弯扭耦合特性可有效改善叶根处主应变。

碳纤维/玻璃纤维混杂拉挤板的力学性能研究

混杂复合材料可以改善复合材料的某些性能,提高其性价比,在工业领域中得到了广泛应用。本文使用碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂,进行了五种不同碳纤维相对体积比夹芯型混杂拉挤板的设计和试制。针对完成的混杂拉挤板,对其拉伸性能、压缩性能和弯曲性能进行了实验,并对实测数据与混合定律计算数据进行了比较和分析。实验表明:本文研究的碳纤维/玻璃纤维(碳/玻)混杂拉挤板,其拉伸强度和压缩强度均呈负的混杂效应,拉伸模量和压缩模量都符合混合定律;弯曲强度呈负的混杂效应,而弯曲模量则呈正的混杂效应。

碳／玻混杂纤维筋混凝土梁抗弯性能的有限元分析

碳/玻混杂纤维增强塑料(HFRP)筋具有弹性模量高、造价低的特点,受到工程界广泛关注。完全采用试验方法研究碳/玻混杂纤维筋混凝土梁的抗弯性能,往往成本较高。本文在试验研究的基础上,应用ANSYS软件对HFRP筋混凝土梁的抗弯性能进行有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好,从而为HFRP筋混凝土的推广应用提供了一条便捷的研究方法。

预应力碳/玻混杂纤维筋混凝土梁受弯性能研究

针对单一纤维的FRP筋延性较差的缺点,在采用碳/玻混杂纤维复合材料(C/G-HFRP)筋的同时,引进预应力技术。通过对2根预应力HFRP筋混凝土梁、1根普通钢筋混凝土梁和1根普通HFRP筋混凝土梁的受弯性能试验研究,分析预应力HFRP筋混凝土梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力和变形等,提出了等效抗弯刚度的计算模型,为HFRP筋的工程应用提供了依据。

风电叶片用碳/玻层内混杂VARI成型复合材料结构与性能研究

采用真空辅助树脂灌注成型(VARI)工艺制备碳纤维/玻璃纤维(碳/玻)层内混杂织物的复合材料层合板,系统研究了不同混杂比的层内混杂复合材料的结构与性能。结果表明,随着碳纤维含量的增加,碳/玻层内混杂复合材料的0°拉伸强度逐渐增加而90°拉伸强度稍有下降;0°压缩强度和压缩模量均有上升;弯曲强度稍有降低而弯曲模量逐渐升高;层内剪切强度几乎维持不变;混杂复合材料的储能模量在混杂比达到1∶1时最高,随碳纤维含量继续增加而下降,碳纤维含量的提高也使混杂复合材料的内耗峰明显下降,界面阻尼降低;扫描电子显微镜观察复合材料90°拉伸断裂截面发现,不同混杂比的层内混杂复合材料中环氧树脂对纤维浸润充分,几乎没有观察到纤维拔出与基体的气孔缺陷。

树脂对碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料湿态弯曲特性影响

为了探究树脂基体对相同铺层方式下碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料(碳/玻体积混杂比为1.86/1)干态、湿态(100℃水煮2 h)弯曲特性的影响,首先对环氧树脂和乙烯基树脂浇铸体试样分别开展了耐水性加速老化试验,并对两种树脂浇铸体试样在每个老化试验周期下分别开展剩余弯曲特性试验;然后对碳/玻层间混杂复合材料开展干、湿态弯曲试验。结果表明,无论是在常规试验(未经过老化)还是在各个老化试验周期,两种树脂浇铸体试样弯曲应力–位移曲线变化规律基本一致,但总体而言,环氧树脂浇铸体试样常规弯曲强度和各个阶段老化后弯曲强度均优于乙烯基树脂浇铸体试样;相同试验状态下,两种树脂基混杂复合材料试样湿态弯曲强度和弯曲弹性模量均较干态试样产生不同程度的降低,但环氧树脂基混杂复合材料试样在干、湿态环境下的弯曲性能均优于乙烯基树脂基混杂复合材料试样。

风电叶片用碳/玻层内混杂复合材料湿热老化性能

为研究风电叶片用层内混杂碳纤维和玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料在湿热环境下的性能变化,采用真空辅助树脂灌注(VARI)成型工艺制备碳/玻层内混杂复合材料层压板,研究了VARI成型层内混杂复合材料在湿热老化后的界面结构与力学性能的变化规律。结果表明,湿热老化后的层内混杂复合材料中的环氧树脂发生部分水解,树脂含量显著降低,出现明显的基体脱粘现象;碳/玻界面处的空隙增大,层内混杂复合材料的界面结合降低;碳/玻混杂比与复合材料中水的扩散系数呈现明显的负相关;碳/玻混杂比提高,老化初始阶段复合材料的0°拉伸强度、0°压缩弹性模量和弯曲弹性模量均有所提高。随着湿热老化时间的增加,碳/玻层内混杂复合材料的部分力学性能在下降到一定程度时会趋于稳定。

混杂纤维CNG2气瓶有限元分析及疲劳寿命预测

推广燃气汽车对于雾霾治理和综合利用清洁能源具有重要意义。在建立碳/玻混杂纤维CNG2气瓶有限元模型的基础上,分析了内胆及纤维层在未经预紧和经过预紧两种情况下的应力差异,通过提取内胆筒体段危险点在载荷历程中的名义应力强度,计算了低周疲劳载荷作用下的局部应力应变,结合Manson-Coffin公式计算得到疲劳寿命。计算结果表明,未经预紧情况下,碳纤维的混入可以使气瓶的疲劳寿命提高7%,同时改善内胆局部应力集中,而经过预紧工艺的混杂纤维气瓶的疲劳寿命则进一步提高19%。

CF/GF混杂复合材料性能分析及其在风电叶片上的应用

本文通过设计11组碳/玻混杂纤维复合材料（HFRP）样条的拉伸对比实验,分析研究CF与GF的不同混杂比对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着玻璃纤维中加入碳纤维相对体积分数的增大,其拉伸强度和模量也随之增大,断裂延伸率随之降低。通过理论计算,50m长风电叶片主梁帽采用碳/玻混杂复合材料比采用纯玻纤其重量可降低10%～60%,成本将提高150%～310%,而相对于整支叶片重量可降低4%～22%,相对于整机其整体成本相当甚至降低。

混杂复合材料层合板弯曲刚度特性影响规律研究

针对均布载荷作用下混杂层合薄板弯曲刚度特性及其铺层优化设计问题展开研究。首先,基于经典层合薄板理论,以板中心挠度为弯曲刚度评价基准,分析表明影响弯曲刚度的主要因素为D11和D22;然后推导了混杂比ζ与弯曲刚度系数的关系式,分析结果显示,具有相同混杂比时,夹层混杂方式较层间混杂方式具有更为优异的抗弯刚度特性;最后,基于层合梁弯曲试验,测得了不同混杂比时T700/E800/350环氧夹层混杂梁的表观弯曲模量。试验与理论分析结果对比分析表明:夹层混杂结构弯曲刚度系数的理论计算可以预测层合薄板实际的弯曲刚度系数,相关理论分析结果可供混杂复合材料层合板抗弯刚度铺层设计提供理论依据。

几种典型复合材料板振动特性综合对比分析及设计规律研究

为探究复合材料可设计参量对板格振动特性的影响规律,以玻璃钢板为设计基准,针对碳/玻混杂、橡胶格栅夹层、浮力材料格栅夹层等3种典型复合材料板方案,开展了固有频率和振动加速度振级特性的仿真分析和模型试验研究。研究结果表明,等厚度的碳/玻混杂板和玻璃钢板质量相当,碳/玻混杂板具有较好的振动抑制特性;格栅夹层板振动特性主要受芯材性能影响,浮力材料格栅夹层板刚度质量比最大,对测试频段内(0~2 000 Hz)振动都有较好的抑制作用,而橡胶格栅板对更高频段(>2 000 Hz)振动抑制效果较好,因此在芯材选择时应选用高阻尼、刚度与格栅想接近的材料;20 mm等厚度的碳/玻混杂板振动响应略低于浮力材料格栅夹层板。以上结论可为复合材料板结构应用选型提供依据。