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.

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料梁阻尼特性的细观力学分析

基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺序以及湿热效应对玻/碳纤维混杂复合材料层合梁阻尼性能的影响规律。结果表明:湿热环境导致材料产生湿热应变是影响阻尼特性的主要机理;玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的损耗因子均随温度及吸水浓度的增大而增大,且温度的影响远大于吸水浓度的影响;纤维体积分数越高,受湿热影响程度越大;铺层角度对损耗因子影响远高于湿热、混杂方式、纤维体积分数的影响。

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。

玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性研究

为了获取玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性,以玻/碳纤维混杂复合材料层合板为研究对象,基于有限元分析软件ANSYS Workbench分析了夹芯混杂、层间混杂两种混杂方式下的复合材料层合板的振动特性,得到了层合板的混杂类型、铺设厚度、长宽比、铺设角度对玻/碳纤维混杂复合材料层合板固有频率的影响规律。结果表明:夹芯混杂方式的前五阶固有频率高于层间混杂方式;两种混杂方式的前5阶固有频率随着铺设厚度的增加而增大;固有频率随着长宽比的增大而减小,且第四、五阶固有频率随长宽比的变化最为显著;不同的玻璃纤维铺设角度对两种混杂方式下的固有频率影响显著。

碳玻混杂纤维复合材料力学和树脂浸润研究

通过设计不同混杂比的碳玻混杂纤维复合材料,分析研究了不同混杂比对复合材料拉伸、压缩、剪切和弯曲性能的影响,除强度混杂效应外,总的来说性能随着碳纤维比例的增大而增加。不同混杂比的复合材料老化28 d后,0°方向拉伸强度和90°方向拉伸模量变化较小,0°方向拉伸模量增加50%,90°方向拉伸强度降低26%,剪切强度降低28%。此外,树脂浸润性研究表明,质量分数为30%的碳玻混杂纤维在0°和90°方向上树脂灌注速度比玻璃纤维分别降低13%和22%。

热-机载荷作用下玻/碳纤维混杂复合材料层合板的屈曲分析

本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲特性的影响。结果表明:在20~120℃环境条件下,温度对G/CFHC层合板影响较大,随着温度的升高,层合板的屈曲载荷不断下降,在达到一定温度后,屈曲载荷的下降趋势趋于平缓;在铺层角度相同的前提下,屈曲载荷会随着碳纤维单层板位置的变化而发生变化,碳纤维单层板从外层逐渐向中间层移动的过程中,屈曲载荷呈降低趋势;铺层厚度对层合板的屈曲载荷影响很大,随着层合板厚度的增加,屈曲载荷呈现出持续上升的趋势。此外,纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲载荷有显著影响。在层合板厚度和层数一定时,增加碳纤维单层板的数量可以有效提高G/CFHC层合板的抗屈曲能力,增加其稳定性。

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料弯曲强度的宏观力学分析

本文将复合材料单层板的刚度和强度性能表达成湿热参数的函数。基于经典层合板理论和宏观力学方法,用MATLAB编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)弯曲强度的计算程序。研究了湿热环境对玻/碳纤维层间混杂复合材料和玻/碳纤维夹芯混杂复合材料弯曲强度的影响。分析了湿热环境下不同混杂方式的G/CFHC层合板弯曲强度变化规律。结果表明:在湿热环境20℃~100℃温度区间内,G/CFHC层合板吸湿后,随着温度的升高其弯曲强度逐渐降低;在湿热环境下,±45°层相邻的G/CFHC层合板受层间切应力影响,其弯曲强度要低;在湿热环境20℃~110℃温度区间内,以(0°/90°)为递增单元,G/CFHC层合板的弯曲强度随着m的增加而增大。

玻/碳混杂复合材料动态拉伸数值模拟研究

复合材料的动态力学性能数值模拟研究对优化结构设计、提高应用安全性有重要意义。本文采用ABAQUS有限元分析软件对玻/碳单轴向经编织物增强复合材料的动态拉伸进行模拟分析,设计了五种铺层方式,分析铺层角对材料力学性能的影响。研究结果表明,该材料属于应变率敏感性材料,拉伸强度随应变率的增加而增加,但失效应变的应变率效应受到铺层角度的影响。同时在不同的应变速率拉伸下,碳纤铺层角为0°时材料的拉伸强度最佳,碳纤铺层角为90°时材料的失效应变最大。

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。

C/G混杂复合材料层合板中分散程度的表征方法研究

对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力学性能关系的不足,又可以同时适用于层间和单向层内混杂复合材料分散程度的表征。

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。

一种碳玻纤维复合材高速动车组罩板

动车组内饰罩板通过采用碳玻混杂复合材料和优化结构可以实现轻量化。

混杂比对单向碳-玻层间混编复合材料0°压缩和弯曲性能的影响

本文研究了相同铺层方式下不同混杂比对单向碳-玻(碳纤维-玻璃纤维)层间混编复合材料的0°压缩和弯曲性能的影响。以碳-玻层间混编形式向纯玻纤织物中混入碳纤维,对复合材料的0°压缩强度、0°压缩模量、弯曲强度和弯曲模量均有一定的提高作用,三种碳纤混杂比不同的复合材料0°压缩强度较纯玻纤结构分别提高了22.72%、26.95%、11.43%,混杂比不同所导致的试样破坏程度也各不相同。混杂复合材料0°压缩模量随碳纤含量增加逐渐增大。三种碳纤混杂比复合材料弯曲强度基本一致,而弯曲弹性模量随碳纤含量增加逐渐增大。