三维角联锁机织铺层复合材料的开孔拉伸性能

为了研究孔径对三维角联锁机织铺层复合材料拉伸性能的影响,制备了三种不同孔径的三维角联锁机织铺层复合材料并测试了其拉伸性能,并利用非接触全场应变测试系统和显微图像分析技术对复合材料进行了表征。结果表明,在拉伸过程中应变集中区域从孔的周边过渡到左右两侧,应变累计变化速率随着孔径的增大而增大。相比于开孔前样品,6、10、14 mm三种孔径样品的拉伸强度分别下降了23.13%、44.47%、50.08%,开孔试件的模量分别下降了16.92%、14.93%、22.25%。拉伸破坏包含纱线断裂、纤维拔出、界面脱粘等形式,其中较大孔径(14 mm)条件下,断口处分层破坏现象不显著。

基于S_(0)波的正交铺层复合材料板拉伸弹性模量的测量方法

提出了一种基于兰姆波的正交铺层复合材料板弹性模量测量方法。正交铺设层合板相当于具有9个独立弹性常数的单层正交各向异性板。研究了正交各向异性板中S_(0)模态兰姆波(S_(0)波)群速度对9个工程弹性常数的敏感性。研究发现,在低频率厚度积下,S_(0)波的群速度仅与正交各向异性板的拉伸弹性模量和面内泊松比有关。通过分析正交铺设层合板等效工程弹性常数的变化范围,发现正交铺设层合板的面内泊松比变化很小,足以忽略其对S_(0)波群速度的影响。因此,可以用S_(0)波的群速度来估计正交铺层复合材料板的拉伸弹性模量,并建立了S_(0)波群速度与拉伸弹性模量的映射关系。该方法已在碳纤维增强正交铺设层合板上进行了数值模拟和实验验证。数值模拟和传统的静态拉伸实验验证了该方法的有效性。结果表明,该方法得到的复合材料板拉伸弹性模量与实际值的误差小于10%,为航空航天等工业领域相关结构参数的测量提供了方便。

二维单轴与二轴编织铺层复合材料压缩性能

研究了编织角和纤维体积分数的变化对二维单轴和二轴编织铺层复合材料压缩性能的影响,分析了两种复合材料试样的压缩破坏模式。结果表明:当两种结构的编织角和纤维体积分数相同时,二维单轴编织铺层复合材料的压缩强度和压缩模量均高于二维二轴编织铺层复合材料;当承受沿试样长度方向压缩载荷时,两种复合材料试样中编织角较小的区域破坏较为严重,且层内裂纹沿试样厚度方向延伸,但其在层间的延伸并不连续。研究表明二维单轴编织铺层复合材料中纤维屈曲的减少对提高复合材料的压缩性能有明显效果。

二维三轴编织铺层复合材料开孔前后弯曲性能

采用普通机械方式对不同层数二维三轴编织铺层复合材料进行开孔,并对开孔前后材料的弯曲性能进行研究.结果表明：当孔直径与试样的宽度比为1∶3.88时,铺层数为一、二、三的编织复合材料开孔后最大弯曲载荷和弯曲强度较开孔前分别下降了1/3左右;弯曲弹性模量分别下降了1/2左右.开孔前后试样的最大弯曲载荷和弯曲弹性模量都随着铺层数的增加而增加,但当铺层数达到一定层数后,对弯曲性能的改变量减小.材料弯曲破坏试验中表现的主要破坏模式为压缩破坏.开孔对周围的影响主要为距孔边缘1-2mm范围.

苎麻纤维布和玻璃纤维布混杂铺层复合材料的力学性能

利用真空吸注成型(vacuum resin absorbable molding,VRAM)工艺制备苎麻纤维布与玻璃纤维布混杂铺层的环氧树脂基复合材料。测定复合材料的损耗因子、储能模量的温度谱和力学性能;利用单悬臂梁共振实验测量复合材料的共振频率和自由振动衰减曲线并计算出了阻尼因子。用有限元软件对其共振频率和自由振动衰减实验进行仿真分析。结果表明:通过苎麻纤维布/玻璃纤维布的混杂铺层,能够实现材料阻尼性能和力学性能的可控调节,充分发挥复合材料可设计性强的优势。其中RGR铺层的复合材料的损耗因子比纯玻璃纤维板提高了1.4倍,而拉伸强度比纯苎麻纤维板提高了3倍多;自由振动的有限元模拟曲线和实验曲线基本吻合,表明可以通过模拟软件实现复合材料的虚拟振动测试,从而为材料性能预测和设计提供方便。

二维二轴编织铺层复合材料压缩性能的研究

利用二维编织机,设计编织用芯模尺寸,编织成不同层数的编织铺层复合材料。讨论多层碳纤维/环氧树脂编织铺层复合材料的压缩性能,并分析不同层数、不同编织角的编织铺层复合材料的平均压缩模量的变化规律及压缩破坏模式。结果表明,随着层数的增加,编织铺层复合材料的平均压缩模量呈下降趋势;在同一块编织铺层复合材料板内,编织角影响编织铺层复合材料的平均压缩模量,其随编织角增大而减小;编织铺层复合材料的压缩破坏模式主要是分层现象较明显,其次是树脂剥离、碳纤维脆断。

二维两轴编织铺层复合材料压缩弹性性能的一种计算方法

通过在体式显微镜下,观测编织铺层复合材料纱线走向,考虑纱线在交织处屈曲起伏,纤维轴向模量会有部分损失,提出纤维轴向模量损失系数ξ。通过测量编织复合材料中的基本参数,结合复合材料细观结构、弹性力学、迭层理论和多层等效弹性力学模型,利用推导出一套比较简单而实用的二维两轴编织铺层复合材料平均压缩模量的计算方法。实验结果表明:理论计算值与实测值吻合度较高,为编织复合材料的工业应用提供了一种简单而实用的弹性性能计算方法。

铺层复合材料中孔隙与褶皱缺陷对性能的影响

本文对铺层复合材料中常见的孔隙和褶皱缺陷对性能的影响及其仿真分析方法进行了一系列文献和试验研究。其中孔隙缺陷主要考虑了孔隙率对层间剪切强度、层间I型和II型临界断裂释放能及疲劳寿命的影响。褶皱缺陷考虑了褶皱的衡量指标及其对拉伸、压缩、面外剪切强度和疲劳寿命的影响。基于孔隙和褶皱的无损检测可检性及其对性能的影响提出了铺层复合材料考虑这两种缺陷影响的设计指南。

苎麻纤维布和碳纤维布混杂铺层复合材料力学和阻尼性能研究

将具有优异阻尼减振性能的纯天然苎麻纤维布与力学性能较好的碳纤维布混杂铺层,利用VRAM(真空吸注成型)工艺制备了环氧树脂基结构阻尼复合材料.首先考察了复合材料的力学性能,包括动态力学性能、静态力学性能和冲击断裂韧性;其次通过共振频率和阻尼因子评价了复合材料的阻尼减振性能.结果表明,通过苎麻纤维布/碳纤维布的混杂铺层能够平衡力学性能和阻尼性能之间的矛盾,可根据实际应用需求实现材料阻尼性能和力学性能的可控调节,充分发挥复合材料可设计性强的优势.其中"RCRCR"型铺层复合材料的损耗因子达到0.0057,比纯碳纤维布复合材料的0.0018提高了2.2倍,而拉伸强度和拉伸模量分别达到381.6 MPa和21.5 GPa,比纯苎麻纤维板提高了4.6倍和97.2%.最后,对混杂铺层复合材料的结构进行分析并针对阻尼性能进行有限元模拟,探讨了不同铺层方式影响复合材料力学性能和阻尼性能的规律,并对其他混杂铺层的复合材料的共振频率和损耗因子进行预测,为结构阻尼材料的设计提供一定的参考依据.

复合材料铺层曲面铺设仿真技术

本文提出了一种平面二维复合材料纤维垫铺设到三维自由曲面的铺设模拟算法。针对复合材料铺层在铺设过程中随剪切角变化而出现的非线性剪切力的特性,在这里我们采用了一种非线性对角弹簧模型,该模型能精确描述材料在铺设过程中的剪切力学性能。该方法可以预测出纤维垫在自由曲面上铺设时可能会产生缺陷的区域并可快速得到复合材料铺层的展开外形。本文所提出的方法解决了有限元方法中计算时间过长的问题,为快速确定复合材料铺层外形提供了一种有效可行的方法。

缝合复合材料可用性——简单层合板的基本性能

为了解决缝合复合材料在飞机结构中的应用问题 ,通过试验方法研究了缝合以及缝合方向对T30 0帘子布 QY95 1 2单向层合板与正交对称层合板拉伸和压缩性能的影响 ,得到了T30 0帘子布 QY95 1 2材料的部分基本性能常数 .研究表明 ,缝合与缝合方向对这两种层合板的模量影响不大 ,但对单向层合板的泊松比影响较大 ,而且偏轴后缝合单向层合板的泊松比不满足偏轴转换关系 .缝合及其方向对单向层合板的拉伸强度影响很大 ,而对压缩强度影响却不明显 .缝合正交对称层合板中铺层的拉伸破坏机制与缝合单向层合板的破坏机制不同 。

反对称正交铺层剪切圆柱壳在轴压下的屈曲分析

给出了反对称正交铺层剪切圆柱壳广义 Donnell大挠度方程 ,运用位移型摄动技术构造了圆柱壳在均匀轴压下的屈曲全局渐近级数解 ;运用奇异摄动技术分析了圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解 ,对计及横向剪切复合材料圆柱壳或部分圆柱壳的非线性弯曲或屈曲进行了精确分析 .同时 ,结合典型算例讨论了横向剪切变形、Batdorf数、径厚比、长径比、铺层数和弹性模量比对圆柱壳屈曲性态的影响 .结果表明 。

摊铺型复合封层预养护技术在东北地区的推广应用

摊铺型复合封层预养护技术是由超薄层罩面技术和含砂雾封层技术相结合的应用技术,具有施工机具普适性、覆盖早期病害彻底性、施工温度环保性、服役寿命耐久性等技术优势,两种工艺取长补短,从而达到1+1>2的养护理念。特别是东北地区路面正负温交替频繁、沥青类材料施工期短、原路面病害往往需要进行修复性养护、养护经费有限、养护公路密度小里程长作业点分散,针对上述东北地区巨大的公路养护技术需求和技术难题,瞄准公路预防性养护技术措施,研发和推广使用经济、耐久、实用的预养护技术措施可以极大程度提高公路养护水平、节约养护经费,理论和工程实际意义重大。

连续配筋混凝土加铺沥青层复合路面温度应力分析

使用有限元软件建立了更加符合实际的高温天气下连续配筋混凝土加铺沥青层复合路面温度应力分析模型,综合考虑路面各结构层厚度方向的温度梯度非线性分布和温度周期性变化,以1 d为周期计算了混凝土层的温度应力,并总结了非线性温度梯度、沥青层厚度、CRC层厚度和基层摩阻系数对混凝土温度应力的影响规律。

变厚度三维机织复合材料的抗冲击性能

为解决变厚度层合复合材料受到载荷时易分层导致其力学性能变差的问题,使用800 tex玄武岩纱线作为经纬纱,采用分层角联锁结构设计并织造了整体性优异的连续变厚度三维机织物,并采用树脂传递模塑工艺制备了树脂基变厚度三维机织复合材料,同时织造了同纬铺层和同经铺层2种不同结构的层合复合材料进行对比测试。然后对变厚度层合复合材料分别进行25、50、75、100 J的不同冲击能低速冲击实验,并通过单独分析冲击能为100 J时3种复合材料的损伤面积探究其损伤机制。结果表明:在冲击能为25、50、75 J时,变厚度三维机织复合材料与同纬铺层结构复合材料的刚度退化呈现高度一致性,二者抗冲击能力均优于同经铺层结构复合材料,变厚度三维机织复合材料损伤载荷大于2种铺层复合材料;层合材料受到冲击损伤时,因其层间无纱线连接,能量在材料层间传播时消耗,从而产生较大范围的分层损伤;而变厚度三维机织复合材料具有层间连接的经纱,受到冲击时应力在材料经纱连接作用下内部不断传播导致材料整体受载,因此具有更高的损伤容限。

复合材料无人艇碰撞动力学数值仿真

针对复合材料无人艇碰撞损伤特性及耐撞性能优化问题,首先开展无人艇用复合材料力学性能试验研究,得到复合材料各项基本力学性能参数;在确保材料参数合理性的基础上,开展不同复合材料铺层角度下复合材料无人艇的耐撞性能数值仿真研究,获得复合材料无人艇的碰撞力、位移、加速度以及主要构件的吸能,从而确定耐撞性能较优的复合材料无人艇材料铺层方案,为分析复合材料无人艇碰撞及优化无人艇耐撞性能提供了研究基础。

Cuntze UD准则研究碳/玻纤环氧树脂复合滑板的性能

为研究纤维铺层结构在高端运动器材方面的使用性能,本文研究了一种单向编织的碳纤维/玻纤增强相、环氧树脂为基体相的滑板复合结构的抗压载性能,同时采用Cuntze的UD材料失效准则对该复合滑板进行5类失效评估。实验结果表明:该复合滑板的抗压最大质量为2 t,主要体现为基体失效,并且以基体拉伸失效为主,而纤维失效则不明显;通过失效准则判定,纤维失效主要集中于加载压头周边第30层小范围区域,并且为拉伸失效,这说明碳纤维的压弯失效层集中于弯曲曲率较大的铺层区域,加载部位的失效集中在底部的二级铺层结构面上.

复合材料双钉胶-螺混合连接结构参数对失效载荷的影响

在试验验证仿真模型可行性的基础上,通过数值模拟的方法探究了复合材料的铺层顺序,混合连接结构的宽径比、端径比、孔径比等参数对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构承载能力的影响。研究结果表明:在常用的铺层顺序中,铺层顺序为[45°/0°/-45°/90°]_(3s)时,混合连接结构的承载能力最好;增加宽径比,连接结构的失效载荷会逐渐上升,但是连接强度却逐渐下降;在一定范围内,适当增加端径比或孔径比可以提高连接结构的承载能力,当超过这个范围时,连接结构的承载能力会下降。

基于HAJIF系统的汽车复合材料防撞梁设计

复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性,将其用于汽车结构上,可比常规的金属结构减重25%~30%,并可明显提高车辆性能。与金属结构相比,汽车复合材料A柱、侧围、地板等零部件结构设计过程中强度、刚度及稳定性因素复杂,尤其在复合材料铺层缺乏工程经验时,设计周期较长、设计结果很难快速应用到工程中。针对上述问题,以自主结构CAE软件HAJIF系统为基础,联合其工程材料数据库、强度模型数据库,考虑设计过程中强度、刚度及铺层工艺性等因素,构建了较为完备的汽车复合材料结构分析流程,开发形成了汽车复合材料结构专用分析软件。应用开发的软件,完成了车身复合材料防撞梁的设计及分析。零部件结构性能仿真分析精度与通用商业软件基本相当,研究成果及开发的软件为复合材料结构设计及分析提供了技术及工具基础。

冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟分析

为了研究钛合金/碳纤维增强复合材料(Ti/CFRP)层合板结构的抗冲击性能,采用基于三维Hashin准则的VUMAT材料子程序模拟复合材料层合板的损伤失效,采用内聚力单元模拟层合板与钛合金之间的胶层,采用Johnson-Cook本构模型模拟钛合金的塑性变形及失效,建立了Ti/CFRP层合板结构的冲击损伤有限元模型。分别讨论了冲击动能、钛板的厚度及复合材料的铺层角度等因素对层合板结构的抗冲击性能的影响,结果显示增加钛板的厚度可以有效提高层合板结构的抗冲击性能,Ti/CFRP层合板结构承受冲击载荷发生损伤失效时,失效模式以基体失效与拉伸分层失效为主,合理选择铺层角度可以改善复合材料层合板的抗冲击性能。分析结果可为Ti/CFRP层合板结构的设计及工程应用提供参考。