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.

绿色纤维局部增强装配整体式混凝土剪力墙数值模拟分析

为了提高装配整体式混凝土剪力墙的抗震性能,响应“绿色低碳”政策的号召,基于装配整体式混凝土剪力墙模型的数值模拟,对比试验数据,验证了数值模拟的合理性,研究了在低周反复荷载作用下,绿色纤维(从废旧轮胎中提取的回收钢纤维制备而成的绿色纤维)体积率对装配整体式混凝土剪力墙的承载能力、延性性能和耗能性能的影响,计算出各模型的位移延性系数和耗能系数。模拟结果表明,绿色纤维能够明显改善装配整体式混凝土剪力墙的抗震性能,绿色纤维的加入使模型的滞回曲线更加饱满,滞回环的面积更大。随着绿色纤维体积率的增大,模型的承载能力、延性性能和耗能性能也逐渐增大,当绿色纤维体积率达到1.5%时,模型的承载能力、延性性能和耗能性能提升最为明显。

纤维特征参数对HES-HDC单轴拉伸性能的影响及拉伸韧性评价方法

为探究高早强高延性混凝土(HES-HDC)在不同PE纤维直径与体积率下的单轴拉伸力学性能,设计了17组薄板试件进行单轴拉伸试验,研究PE纤维直径(22μm和25μm)及体积率(1.00%、1.25%和1.50%)对不同龄期(2 h、24 h、7 d、28 d和56 d)HES-HDC应力-应变曲线、拉伸强度和应变的影响;根据试验结果提出了HDC拉伸韧性评价方法.结果表明:在拉伸荷载作用下,HES-HDC应力-应变曲线展示出应变强化特性,破坏过程呈多裂缝开展;2 h龄期时,HES-HDC拉伸强度与应变达到3.29 MPa和0.88%以上;28 d时,HES-HDC拉伸应变可保持在1.28%以上;当纤维体积率为1.00%时,小直径纤维对试件拉伸应变有利,而大直径纤维对试件拉伸强度有利;综合大直径纤维试件拉伸强度与应变,纤维最佳体积率为1.25%.提出的拉伸韧性评价方法可评价HDC薄板受拉全过程的韧性.随龄期的增长,HES-HDC拉伸韧性指数降低,而拉伸强度系数提高;小直径纤维试件的拉伸韧性高于大直径纤维试件;纤维体积率为1.25%时试件拉伸韧性最大.

混杂结构纤维体积含量计算方法及其在飞机零件上的应用

纤维体积含量是评价复合材料力学性能的关键指标,复合材料纤维体积含量的测量方法包括密度法、金相法、煅烧法、化学溶解法等。推导出了混杂铺层复合材料的纤维体积含量的计算公式:Fvc(%)=ρL-ρR/ρF-ρR×100%,根据密度法测得复合材料试板密度,并通过查询预浸料的纤维密度、树脂密度、试板铺层数等基本参数,引入了等效密度的概念,实现了C919复合材料零件的混杂铺层结构的纤维体积含量的检测计算,测试结果与理论值进行比较,偏差范围符合工程设计预期。

粉煤灰掺量及纤维体积率对ECC基本力学性能及断裂性能的影响

为研究粉煤灰掺量及纤维体积分数对ECC基本力学性能及断裂性能的影响,对不同粉煤灰掺入量和纤维体积分数的ECC进行了抗压强度和拉伸性能试验,并基于DIC进行了抗折和断裂性能试验。结果表明:大量粉煤灰的掺入提高了ECC的断裂韧性,但其各项强度及断裂能均有所下降;当掺入的纤维体积分数在1%~2%时,可以有效提高ECC的强度和断裂性能,增加拉伸应变的同时保证试件的完整性。当水泥与粉煤灰比例为1.2,纤维体积分数为2%时,在使ECC保持较高强度的同时还可以较大幅度改善一般混凝土所具有的“脆性”,使其具备较好的抗变形能力。

单桩竖向抗拔静载荷试验用碳纤维复材的开发应用研究

研究了不同铺层方案、不同铺层角度和不同纤维体积分数下单桩竖向抗拔静载荷试验用复合材料的拉伸性能和弯曲性能。结果表明,不同铺层方案下复合材料的峰值应力从大至小顺序依次为:CF-PF/coPA-4、CF-PF/coPA-2、CF-PF/coPA-3、CF-PF/coPA-1,CF-PF/coPA-4的弯曲强度和弯曲模量最大;而CF-PF/coPA-1的弯曲强度和弯曲模量最小。不同铺层角度下复合材料的拉伸峰值应力和弯曲峰值应力从大至小顺序依次为:CF(0°/0°)-PF/coPA、CF(0°/45°)-PF/coPA、CF(0°/90°)-PF/coPA、CF(45°/45°)-PF/coPA。CF(0°/0°)-PF/coPA的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量最大。不同纤维体积分数下复合材料的峰值应力从大至小顺序依次为:CF20/coPA、CF-PF(10∶10)/coPA、CF-NPF(10∶10)/coPA,CF-NPF(10∶10)/coPA的拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量最大,CF20/coPA的弯曲强度和弯曲模量最小。

基于基面力元法钢纤维轻骨料混凝土损伤分析

以势能原理的基面力元法为基础,本文建立了钢纤维轻骨料混凝土的分析模型,使用该模型对轴压作用下钢纤维轻骨料混凝土的破坏及力学性能进行了数值模拟,将计算结果与试验结果进行了对比,并对钢纤维混凝土的受压破坏进行了分析,探究了钢纤维长度对钢纤维轻骨料混凝土受压强度的影响。结果表明,采用该方法,钢纤维轻骨料混凝土的力学分析结果与宏观试验结果基本吻合,钢纤维长度过短或过长均会使混凝土受压强度下降。该模型可较为准确地反映钢纤维轻骨料混凝土的单轴受压破坏过程,为分析钢纤维轻骨料混凝土的力学性能提供了新路径。

不同纤维体积分数CVI炭/炭复合材料的石墨化度

为确定不同纤维体积分数的化学气相浸渗(CVI)C/C复合材料的最佳热处理工艺,以40%、30%、25%三种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经三次CVI后制得C/C复合材料,采用X射线衍射和拉曼光谱微区分析测试了三种不同纤维体积分数的CVIC/C复合材料试样未经热处理及经2200℃、2400℃热处理下宏观和微区石墨化度。结果表明:三次CVI热解炭均为光滑层结构,且纤维体积分数越高,C/C复合材料的石墨化度也越高;纤维与光滑层热解炭界面及两种不同热解炭界面在高温热处理时会发生应力石墨化,应力石墨化程度前者大于后者,这是纤维体积分数高的C/C复合材料石墨化度高的原因;热处理温度越高,应力石墨化程度越大。

纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理。研究结果表明在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大。

三维正交机织物参数对纤维体积含量的影响

三维机织物设计的一个目标是满足要求的纤维体积含量。通过分析三维正交机织物单元体的结构,可以计算经纱、纬纱和捆绑纱的截面尺寸,建立纤维体积含量与织物参数间的关系。实际制织了一块6层经纱、5层纬纱的玻璃纤维三维正交机织布,测试了经纱、纬纱、捆绑纱以及织物的纤维体积含量,并与理论计算值进行了对比,分析了产生误差的原因。最后,分析了织物参数对纤维体积含量的影响,发现经纬纱粗度比的增大或间距比的减小,将使经纱和织物的纤维体积含量增大,纬纱的纤维体积含量减小;捆绑纱的引入,降低了经纱、纬纱和织物的纤维体积含量。

纤维体积分数对炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响

通过化学气相沉积法将纤维体积分数分别为23%,30%和40%的3种炭纤维针刺毡预制件增密至1.50g.cm-3,再浸渍树脂进一步增密至1.80g.cm-3,进行热处理后制成炭/炭复合材料,观察3种试样的金相显微结构,测试3种试样在不同刹车压力下的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜对其磨损表面进行观察。研究结果表明:对于热解炭为非典型粗糙层结构的炭/炭复合材料,纤维体积分数增大,其摩擦曲线相对较平稳,磨损量较大;当纤维体积分数超过30%后,磨损量显著增加;在相同的刹车压力下,纤维体积分数对摩擦因数无显著影响。刹车压力低时试样的摩擦因数比刹车压力高时的摩擦因数大;作为摩擦炭/炭复合材料,纤维体积分数为30%左右较适宜。

多向纤维缠绕玻璃钢管的纤维体积分数

以跑道形纱线截面形状的假设为基础,从细观几何角度出发,建立了多向纤维缠绕玻璃钢管纤维体积分数的数学模型。由该模型可知,纤维体积分数与纱线宽度、纱线厚度、纤维缠绕循环数、螺旋缠绕角、缠绕初始半径以及纱线间隙有关,而与管长度无关。以4个采用相同原材料、不同缠绕参数缠绕而成的玻璃钢管为样品,分别计算了纤维体积分数的理论值和实际值,结果显示,二者基本符合,证明该模型是可用的,但仍存在一定的差别,最后对引起理论值偏大的原因进行了分析,主要是模型假设的理想化与气泡等的影响。

2.5维编织结构纤维体积含量的数值计算

2 .5维编织是近年来发展起来的一种新型编织技术 ,有着较广阔的工程应用前景。本文以最典型的 2 .5维结构为例 ,讨论了该种结构的单元体模型 ,推导出了单元体内纤维体积含量的计算公式 ,并用实验对计算数值进行了验证 。

机织物复合材料纤维体积含量计算机图像测定

利用CCD摄像机和专用A/D板采集的碳纤维织物增强的复合材料层合板截面图像检测碳纤维机织物增强复合材料的纤维体积含量。按照测定纤维体积含量的原理,设计了几何法和阀值法的测试步骤。用Photo-shop软件对所采集的图像进行数据处理分析,获得了层合板的纤维体积含量值。对比分析表明,检测结果与所采用复合材料的纤维体积含量标准值相符合。可以认为利用界面图像测定纤维体积含量的方法是可行的。

考虑纤维体积含量的单向层合板材料退化模型

基于损伤因子与刚度和强度退化的关系,考虑纤维体积含量vf和应力水平对单向层合板材料性能的影响,推导建立了单向层合板疲劳累积损伤过程剩余刚度和剩余强度退化模型。通过对三种vf单向层合板的疲劳试验,对本文建立的剩余刚度和剩余强度退化模型进行了验证。结果表明:本文提出的模型能较好地描述不同vf层合板疲劳过程中的面内剪切剩余刚度和剩余强度的退化规律,为层合板疲劳损伤分析提供了有力依据。

钢纤维体积率对高强混凝土断裂性能的影响

通过对相对切口深度为0.2、0.3、0.40、.5的钢纤维高强混凝土三点弯曲试验,研究钢纤维体积率对高强混凝土断裂性能的影响。结果表明:在相对切口深度为0.20、.3、0.4、0.5的条件下,随着钢纤维体积率的增大,钢纤维高强混凝土断裂韧度和断裂能均显著增加。通过对试验结果的统计分析,分别建立断裂韧度、断裂能与劈拉强度之间的关系式。

三维机织复合材料纤维体积含量计算方法

三维机织复合材料的纤维体积含量是一个表征其性能的重要指标,目前尚无确切的检测标准可依。文中阐述了适用于三维机织复合材料纤维体积含量测定的3种新方法:称量法、理论模型法、数字图像分析法。分析了每一种方法的适用范围,并指出数字图像分析法是今后的发展方向。

三维五向管状织物纱束轨迹及纤维体积分数的分析与研究

针对四步法编织的三维五向管状织物,基于圆形编织的纱束运动过程及机理分析,研究了织物内部与表面纱束的几何拓扑关系,继而提出三维五向管状织物的单胞结构模型。在此基础上,分别用阿基米德螺旋线段和圆弧段近似预成型内部与表面的纱束轨迹投影,并给出相应的数学描述。根据单胞几何特征,提出了织物横截面上不同位置处的纤维体积分数计算方法。通过建立纱束数据结构及运用计算机可视化技术,对纱束空间轨迹及横截面纤维体积分数进行了模拟显示。这对表征三维五向管状织物的结构性质、实现编织参数优化设计有着重要的意义。

纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.

不同体积掺量的钢纤维在混凝土中的分布研究

为研究不同体积掺量的钢纤维对钢纤维自密实混凝土中纤维分布和取向的影响,配制了4种不同纤维体积掺量的纤维自密实混凝土,首先探究了新拌混凝土的流变性质与纤维体积掺量之间的关系,同时分析了梁试件切割面上的纤维分布.考虑纤维体积掺量对新拌混凝土流变性质的影响,采用ANSYS CFX软件模拟了具有4种不同纤维体积掺量的新拌混凝土的流动.基于模拟得到的混凝土速度场,将纤维视为刚性连接的数个球形粒子,通过求解刚体动力学方程计算了纤维的运动.通过与试验结果对比发现,本文提出的模拟方法能较好地确定纤维在混凝土中的分布与取向;模拟结果表明,随着纤维体积掺量的增加,纤维在梁竖直方向的离析程度减小,相反地,纤维与梁轴向的取向角度增大.