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。

三维角联锁机织复合材料的制备及其弯曲压缩失效机制

为掌握三维纺织结构复合材料在准静态下的失效机制,以碳纤维角联锁预制体为增强体,环氧树脂为基体,采用树脂传递模塑成型工艺制备三维角联锁机织复合材料,并对试样进行匀速载荷下的三点弯曲和压缩试验。采用X射线计算机断层扫描技术观测材料内部结构的损伤情况,并分析材料的失效机制。结果表明:三维角联锁机织复合材料的弯曲强度达到136.43 MPa,弹性模量接近20 GPa,材料的抗弯曲性能优异;基体开裂、下表面纤维断裂和分层是材料的主要弯曲失效模式;材料沿厚度方向的压缩应力达到266.17 MPa,具有良好的抗压缩性能;当承受压缩载荷时,材料在厚度方向上的主要破坏机制表现为剪切破坏。

经纱织造张力对碳纤维增强三维机织复合材料力学性能的影响研究

三维机织预制体生产过程中,经纱张力控制对预制体织造及复合材料性能有至关重要的影响,选择最佳经纱织造张力可以有效提高三维机织复合材料质量。文章研究了不同经纱织造张力对三维机织预制体及三维机织复合材料性能的影响,结果显示:经纱织造张力越大,在机织造过程中经纱的磨损就较大,预制体面密度越大。当经纱织造张力为150 gf时,织造的预制体对应的复合材料经向拉伸强度最大,但经纱织造张力对其经向压缩性能几乎没有影响。

复合材料机翼盒段的设计、模态分析和试验

为了进行机翼盒段结构的模态分析和试验 ,依据结构相似方法对盒段进行缩比 ,采用复合材料整体成型技术制造盒段模型 ,该模型同时实现了结构动力学相似与传力相似 .对模型进行了模态分析和试验 ,两者结果吻合较好 .

碳纤维复合材料柱型舱段窗口数控加工方法

使用碳纤维复合材料构件数控高速钻磨机床，对T300／AG80碳纤维复合材料柱型舱段构件方形窗口特征数控加工方法进行了研究。根据结构件材料特性和形状特点，得出了主轴转速6000～18000r／rain、进给速率5～25mm／min适用于柱型舱段方形窗口数控加工的优化参数和程序，实现了碳纤维复合材料柱型舱段窗口的数控加工。

某型舰载机碳纤维复合材料电源机箱及其核电磁脉冲防护性能

[目的]针对某型舰载机电源机箱减重和核电磁脉冲(HEMP)防护的设计需求,采用基于碳纤维复合材料化的机箱结构设计,并利用热压罐成型工艺制备复合材料电源机箱。[方法]利用CST仿真软件进行机箱复合材料的防护性能仿真和设计评估;选择镀镍碳纤维和延展金属网作为电磁增强材料,同时配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计;使用有界波模拟器验证其在核电磁脉冲下的防护能力。[结果]结果表明,碳纤维复合材料机箱在核电磁脉冲下的屏蔽效能达到65 dB以上。[结论]采用热压罐工艺制作的机箱具有质量轻、强度高、成型方便、电磁脉冲防护性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。

碳纤维复合材料补强技术在海管高危段修复中的应用

碳纤维复合材料补强修复技术是利用纤维材料高强度和高模量特性,在管道外形成补强层,分担管道承受的载荷,降低管壁的应力应变,恢复或提高管道的承压能力。海管高危段补强修复实践证明,碳纤维复合材料补强修复技术,是一种安全可靠的管道补强修复技术,可以达到对管道的腐蚀、机械损伤等常见缺陷进行修复补强。

直升机减速器机匣碳纤维轻量化设计与验证

采用碳纤维复合材料替代铸铝合金材料对某直升机减速器主承力机匣进行了轻量化设计。在保留原设计硬点条件和满足结构强度/刚度条件下,实现机匣减重达21.8%。通过热模压制造了等比例的四分之一碳纤维机匣,对机匣进行了静力加载和疲劳测试。结果表明,碳纤维机匣在1.5倍设计载荷下静力测试未破坏,设计载荷下疲劳测试循环次数达到2万多,满足设计要求,从而验证了直升机减速器主承力机匣碳纤维轻量化的可行性。

碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析

构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析,该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型,用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部几何构型及求得的纤维束等效力学参数,构建“纤维束基体”的细观单胞模型,并通过周期性边界条件对其施加不同的位移载荷,预测细观单胞模型的等效力学性能。基于局部均匀化方法将细观单胞模型简化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板模型,并将其阵列扩展为宏观模型,以分析低速冲击及冲击后压缩性能。通过对比不同冲击能量下的低速冲击及冲击后压缩的试验与仿真结果,验证了模型的有效性。

不同结构厚截面三维机织碳纤维复合材料的弯曲性能对比

为准确分析不同结构厚截面复合材料不同方向上的弯曲性能差异,通过设计织造三向正交、浅交直联、浅交弯联3种典型机织结构的厚截面碳纤维三维机织物,并采用真空辅助树脂成型工艺制备了近似纤维体积含量的碳纤维复合材料板,对其进行了XYZ方向的弯曲实验。结果表明:三向正交结构由于内部纤维束近似平直,碳纤维束自身性能得到最大利用,对应复合材料经向弯曲强度最好;浅交直联结构复合材料的Z经和Z纬弯曲强度累加值最大,其厚度截面上的综合弯曲性能最好,且其他各方向的弯曲强度较为均衡;浅交弯联结构内部纱线交织摩擦损伤严重,且经纱屈曲程度最大,对应复合材料经纬向弯曲性能均为最差。

碳纤维与玻-碳层间混杂2.5维机织复合材料的力学性能对比研究

2.5D机织复合材料由于具有特殊的层间联锁结构和相对成熟的织造、制备技术,在很多领域得到了广泛关注和应用。本工作制备了一种碳纤维2.5D机织复合材料和一种碳纤维-玻璃纤维混杂的2.5D机织复合材料。对两种复合材料经向和纬向的压缩、弯曲及剪切性能进行研究,并分析结构与性能间的关系。结果显示:2.5D织物经向压缩强度高于纬向,也优于2.5D混杂织物复合材料,而2.5D织物与2.5D混杂织物复合材料纬向压缩强度十分接近;2.5D织物与2.5D混杂织物复合材料经向弯曲强度差别不大,2.5D织物纬向弯曲强度则明显高于2.5D混杂织物复合材料;2.5D织物纬向最大层间剪切强度大于经向层间剪切强度,2.5D织物与2.5D混杂织物复合材料经向剪切强度差别不大,而2.5D混杂织物复合材料纬向剪切强度远低于2.5D织物复合材料。

基于支持向量机的碳纤维增强复合材料梁的分层损伤识别

针对目前支持向量机(SVM)运用于复合材料的分层损伤识别的有关研究尚少,采用归一化后的模态频率,基于SVM回归理论对碳纤维增强复合材料(CFRP)悬臂梁的分层损伤位置、大小及分层界面进行了损伤识别。首先建立了CFRP梁的有限元模型,得到"损伤变量-模态频率"的数据库和数值测试案例,对比不同参数优化方法下的SVM回归预测效果。然后使用德国Polytec激光扫描测振仪进行模态试验获取CFRP梁试件的模态频率值,将实测频率值用于SVM回归预测,进一步证实了SVM在CFRP梁结构的分层损伤识别领域的应用前景。

机用碳纤维/ABS复合材料人工智能辅助成型工艺关键技术研究

研究了机用碳纤维/ABS复合材料人工智能辅助成型工艺关键技术,设定复合材料使用的厚度为2.0~3.0mm,长度为355mm,宽度为210mm,分析材料的流动性、表面熔接痕和变形程度。以M40碳纤维和J47A胶膜作为原材料,强调了制备过程的温度、压强和压力时间点问题,通过真空蒸镀处理、喷漆处理和在模内加入注塑工艺实现表面处理。设定实验检测机用碳纤维/ABS复合材料人工智能辅助成型工艺关键技术制件性能,结果表明,在同等强度条件下,该技术制件的厚度更小,重量更轻,拉升强度和弯曲强度都大大增强。

碳纤维复合材料损伤声发射信号模式识别方法

针对碳纤维复合材料层合板剪切过程中所产生的纤维断裂及基体开裂声发射信号的数据样本数量多、分布随机、变化形式较为离散等问题,提出一种可用于识别纤维断裂及基体开裂两种损伤类型的方法。首先,利用经验模态分解(EMD)对纤维断裂及基体开裂的声发射信号进行时频变换;然后,对分解后信号进行快速傅里叶变换(FFT)以获得特征频率集,再利用主成分分析法(PCA)对特征频率集进行降维处理;最后,利用支持向量机(SVM)实现纤维断裂及基体开裂信号进行损伤模式识别。结果表明,此方法可较为准确地识别纤维断裂及基体开裂两种信号。针对碳纤维复合材料层合板剪切过程所产生的声发射信号,模型的总识别率达85.8%。

湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料弯曲性能的影响

采用不同温度下的三点弯曲测试方法,研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料吸湿前后弯曲性能的影响,分析了复合材料的吸湿量、断口形貌、动态力学性能及其加载曲线。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。干态试样的断裂形式都为脆性断裂,湿态试样只有在高温下未发生断裂。吸湿后复合材料的玻璃化转变温度(DMA T_g)为125℃,比干态时下降了16℃。在弯曲变形的前期,载荷和位移曲线都成线性变化,干态试样在载荷达到峰值之前会出现小的波动。湿态试样的后期会有明显的弯折或塑变,而且随着温度的升高这种现象越明显。

加捻对碳纤维增强三维机织复合材料力学性能的影响研究

研究了加捻对碳纤维及三维机织复合材料性能影响。结果表明:捻度为15 T/m时,股线的拉伸性能最优,且各性能指标离散系数均较低。经纱采用加捻纱的三维机织复合材料经向的拉伸模量和断裂强度均较无捻纱束复合材料有所降低,而相应的纬向力学性能却均有所提高,加捻纱束对三维机织复合材料的面内剪切性能影响较小。

动态压缩下一种碳纤维织物增强复合材料的各向异性力学性能实验研究

为获得一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料准静态和动态压缩力学性能, 对其三个主方向(垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向), 分别利用Instron试验机和SHPB实验技术, 进行了准静态压缩和动态压缩实验。得到了三个主方向从低应变率(10-3/s)到高应变率(约103/s)下的压缩应力应变曲线和压缩强度, 并通过分析得到了三个主方向上的动态压缩响应特点: 垂直于碳布方向的力学性能及其与应变率的相关性主要由树脂基体所控制; 碳布经向和纬向的力学性能主要由碳纤维所控制, 并且和纤维初始微屈曲相关。最后, 分别给出三个主方向上的压缩强度和弹性模量与应变率相关性的表达式。

经纬向纤维体积比例对2.5D机织复合材料力学性能的影响

以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机织复合材料的经、纬向力学性能与该方向的纤维体积含量相关;当经纬向体积比例为1∶0.5时,复合材料表现出经、纬向均衡的力学性能;此外,还表明指数函数可以较好地拟合不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织复合材料的力学性能.

基于主成分分析与SVM的碳纤维复合材料损伤声发射信号模式识别

针对碳纤维复合材料损伤过程中所产生的声发射信号的非平稳性等问题,提出一种模式识别方法,可用于纤维断裂、基体开裂及界面分层损伤声发射信号的有效提取。采用声发射技术进行了典型损伤类型声发射监测试验,利用经验模态分解方法(EMD)实现纤维断裂及基体开裂声发射信号的分解与重构;并提取分解后固有模态分量(IMF)的特征频率集,对特征频率集进行主成分分析法(PCA)数据维度优化。最终,采用支持向量机(SVM)对两类信号进行模式识别。结果表明,该方法能有效避免复合材料损伤声发射中的模态混叠现象,并去除冗余属性,进而提高不同损伤类型声发射信号的识别准确率。

碳纤维复合材料机箱及其核电磁脉冲防护性能

本文针对某型舰载机箱减重和核电磁脉冲(HEMP)防护的设计需求,采用基于碳纤维复合材料化的机箱结构设计,并利用热压罐成型工艺制备了复合材料机箱。选择镀镍碳纤维和延展金属网作为电磁增强材料,同时,配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计,并验证了其在核电磁脉冲下的防护能力。参照GB/T18039.10-2018相关要求,碳纤维复合材料机箱在核电磁脉冲下的屏蔽效能达到40.0 dB以上。采用热压罐工艺制作的机箱,具有质量轻、强度高、成型方便、电磁脉冲防护性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。