网格尺寸对碳纤维丝束风力发电机叶片融冰效果的影响研究

基于碳纤维材料优良的电热性能,针对碳纤维复合材料在风力机叶片的电热防冰/除冰技术研究现状,提出基于T3001K碳纤维丝束的风力发电机叶片防冰/除冰的方法。制作包含保护层、基层和发热层3层结构的碳纤维发热元件。在多功能人工气候实验室测试碳纤维发热元件的融冰性能。采用数值计算法研究碳纤维发热元件融冰过程中的表面温升特性。结果表明:碳纤维发热元件具有优良的融冰性能,较传统电热除冰方法具有质量轻、电阻稳定性较好、发热均匀性良好等优点;网格尺寸越大,发热元件的发热均匀性越差;相同的加热功率密度条件下,网格尺寸对发热元件的融冰效果影响较小。

碳纤维丝束在柴油机低温冷起动中的应用研究

为解决低温下柴油流动性变差导致发动机难起动或运行不平稳的问题,提出了在柴油发动机低压进油油管内加装碳纤维丝束,并利用汽车蓄电池供电加热柴油的方法。研究了碳纤维丝束的自限温特点及加热柴油时的温升特性,设计了基于碳纤维丝束的温度控制与报警装置,并在最低温度为-19.1℃的环境下进行了柴油车实际装车试验,结果表明,碳纤维丝束加热柴油可确保柴油机在低温环境下冷起动成功且运行平稳。

树脂基碳纤维丝束本构方程的研究

分析了三维完全各向异性、三维正交各向异性和横观各向同性材料的本构关系,提出树脂基碳纤维丝束采用横观各向同性的本构方程,并基于该方程,通过隐式计算模块Abaqus/Standard中的牛顿迭代法求解材料的拉伸性能,与试验作对比。结果表明:拉伸应力—应变关系曲线与试验值比较吻合,能较好地模拟树脂基碳纤维丝束的形变,较准确地反映拉伸力学响应;该本构方程模型能够有效地预测碳纤维复合材料的拉伸力学行为。

镀铝碳纤维丝束拉伸强度预测及模型验证

文章参考GB/T 3362-2017《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》,使用UTM5205X、200 kN微机控制电子万能试验机测定T300-3K镀铝碳纤维丝束的拉伸强度。在Pro/E中建立镀铝碳纤维丝束模型,并导入有限元软件ABAQUS中对其进行拉伸模拟。结果表明,与基体铝膜相比,碳纤维丝束在复合材料中具有较大的承载力,且拉伸应力-位移仿真曲线与实验曲线较吻合,镀铝碳纤维丝束拉伸强度的模拟值为941.3 MPa,实验值为911.6 MPa,相对误差仅为3.3%,验证了模型的正确性以及仿真分析的可行性,为镀铝碳纤维丝束的设计及工程应用提供了指导。

碳纤维丝束结构对碳纤维/酚醛复合材料烧蚀性能的影响

以酚醛树脂为基体,以平纹碳布和短切碳纤维两种结构形式的碳纤维为增强剂,制备碳纤维增强的碳/酚醛复合材料。采用氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的耐烧蚀性能进行了对比性研究,采用电子拉力试验机对复合材料的弯曲性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料烧蚀形面进行观察,并通过固体火箭发动机对复合材料的烧蚀性能进行考核验证。研究结果表明:以这两种结构形式的碳纤维为增强剂制备的碳/酚醛复合材料,其氧乙炔质量烧蚀率的大小与碳纤维丝束的大小具有正相关的特性,碳纤维丝束越小碳纤维质量烧蚀率越低,当碳纤维增强剂处于单丝状态时,复合材料的氧乙炔质量烧蚀率达到最低为0.046 g/s,并且碳纤维的型号规格对复合材料氧乙炔质量烧蚀率的影响变小。固体火箭发动机实验表明,单丝状态下的碳纤维/酚醛复合材料的抗烧蚀冲刷性能明显优于束状碳纤维/酚醛复合材料。

不同流通间隙排布条件下碳纤维束展纤行为研究

为探究不同流通间隙排布条件下气流展纤器内部流场的分布规律及流场内碳纤维束的受力情况,采用离散单元法,将碳纤维离散为纤维微元,对流场中数千纤维微元的扩散特性进行建模。通过将纤维微元所受各力与流体阻力进行量级比较,最终得到纤维微元运动方程。结合展纤工艺设置相应边界条件,利用COMSOL对流体-纤维微元间的相互作用进行数值模拟,研究流通间隙位置对碳纤维束的运动特性的影响。结果表明,随着流通间隙间距离的增大,流场中促使纤维展宽区域的长度增长,有利于纤维持续受力展开。随着最右流通间隙到纤维出口的距离逐渐减小,阻碍纤维展宽区域的长度减小,有利于纤维束的展宽。

纤维丝束大小对Mini-C/SiC拉伸性能与强度分布的影响

为了探究碳纤维丝束大小对纤维束复合材料碳/碳化硅(Mini-C/SiC)拉伸性能和强度分布的影响,采用化学气相浸渗(CVI)法制备了1k Mini-C/SiC和3k Mini-C/SiC复合材料。测试了C纤维束以及Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能,并采用两参数Weibull分布模型分析了强度分布,同时还观察了拉伸断口形貌。结果表明:3k C纤维束表现出了明显的"聚拢效应",其拉伸性能和强度稳定性均优于1k C纤维束,而且其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k C纤维束的高47%、13%、46%、54%和102%。同时,1k C纤维束发生韧性断裂,3k C纤维束发生脆性断裂。3k Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能和强度稳定性均优于1k Mini-C/SiC复合材料,其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k Mini-C/SiC复合材料提高了67%、69%、63%、92%和216%,而且两者的拉伸断裂方式均为典型的脆性断裂。纤维体积分数高是大纤维丝束复合材料3k Mini-C/SiC拉伸性能和强度稳定性优于小纤维丝束复合材料1k Mini-C/SiC的主要原因。

自动铺丝技术对复合材料层压板厚度的影响

自动铺丝技术是碳纤维复合材料自动化专业领域的新兴制造技术,与传统手工铺叠制造工艺相比,自动铺丝会产生丝束间隙和丝束切断形成的三角区问题,影响复合材料层压板的厚度。手工铺叠复合材料层压板采用幅宽1000.00mm、牌号为ZT7H/QY9611的预浸料,自动铺丝技术采用幅宽6.35mm、牌号相同的预浸料。通过对比实验,发现自动铺丝复合材料层压板单层厚度小于手工铺叠单层厚度,自动铺丝和手工铺叠的单层厚度均小于理论厚度0.1380mm, 2种工艺制备的复合材料层压板单层厚度在0.1358~0.1365mm之间。自动铺丝技术的丝束是通过切割刀片闸断,纤维角度为±45°时,在小铺层上复合材料蒙皮壁板类零件的轮廓边缘区域,由丝束闸断形成的三角区其铺层轮廓线±4.5mm内是厚度渐变区域,不应设计装配连接区域,工艺检验时须适当放宽三角区厚度控制精度要求和成型质量要求。