非屈曲织物增强复合材料双轴压缩力学行为

在实际工程应用中,复合材料与构件往往处于复杂的应力状态,开展近似真实载荷环境下的力学实验分析,能够更准确地认识实际应用中材料的真实承载能力和失效机理.基于非屈曲单向碳纤维织物复合材料层合板的细观结构特征,设计了双轴压缩试样,开展了材料单轴、双轴压缩试验研究,对比分析了单向织物复合材料在不同压缩载荷下的力学行为.研究结果表明:非屈曲单向织物复合材料的单轴压缩行为表现为线性、脆性断裂;破坏模式整体表现为剪切屈曲破坏,与单轴压缩相比,双轴压缩载荷作用下材料整体表现为线性、脆性断裂,但其应力-应变曲线表现出一定的非线性特征;双轴1∶1等比例压缩对材料抵抗变形能力有一定强化效应,材料压缩模量增加;双轴2∶1非等比例压缩的结果与之相反,材料压缩模量大幅降低;双轴压缩强度均低于其单轴压缩强度;破坏模式主要表现为分层、基体开裂和纤维断裂,其中以分层现象尤为明显.

跨尺度预测非屈曲织物增强复合材料的刚度和强度

为了预测非屈曲织物增强复合材料的力学性能,建立了纤维束的正六边形单胞和非屈曲织物复合材料的长方形单胞,并重点推导了正六边单胞的方程边界条件。通过跨尺度逐级计算这两个单胞的有效弹性常数,得到了非屈曲碳纤维织物增强环氧树脂基复合材料的宏观有效弹性性能和强度。对该非屈曲织物复合材料在拉伸载荷下的累计失效进行了有限元损伤分析。结果表明:初始损伤发生在富树脂区或横向纤维束,损伤在富树脂区与横向纤维束内逐步扩展,最后向纵向纤维束扩展并迅速导致整体失效;非屈曲织物增强复合材料的面内拉伸模量的计算预测值非常接近实验值,面内拉伸强度计算值略小于实验值。

VARI成型泡沫夹层复合材料界面质量控制方法研究

采用本体树脂涂覆、胶膜和辅助织物粘贴在泡沫加工表面的方法分别改善胶接界面,解决了真空树脂浸渗工艺(VARI)制备的非屈曲碳纤维织物(NCF)/聚甲基丙烯胺(PMI)泡沫夹芯复合材料中泡沫与蒙皮的脱粘问题。结果表明,在相同VARI工艺参数条件下,采用890树脂涂覆的方法可以达到大约80%区域面积的良好粘接界面,对应的抗平拉强度提高了30%;同时胶膜和辅助织物粘贴方法则可达到接近100%改善胶接界面质量的效果,其对应的抗平拉强度则分别提高了76%和56%。

基于NCF技术的RTM成型复合材料T型接头高效制造与验证

选用多层非屈曲经编织物(NCF)作为增强体,提高了预成型体的铺覆效率及准确性,同时根据T型接头的结构特点将其组合成工字梁形式并依此设计成型模具,采用树脂传递模塑(RTM)成型工艺实现了复合材料T型接头的高效制造,并对其拉伸和压缩力学性能进行了试验研究。结果表明:T型接头拉伸破坏由孔边蒙皮纤维拉断和腹板分层拉脱造成;而压缩破坏则由腹板翻边分层屈曲和接头中部蒙皮纤维压断造成;T接头拉伸破坏载荷高于其压缩的破坏载荷。