Fabrication and Testing of Carbon Fiber Reinforced Truss Core Sandwich Panels

Truss core sandwich panels reinforced by carbon fibers were assembled with bonded laminate facesheets and carbon fiber reinforced truss cores. The top and bottom facesheets were interconnected with truss cores. Both ends of the truss cores were embedded into four layers of top and bottom facesheets. The mechanical properties of truss core sandwich panels were then investigated under out-of-plane and in-plane compression loadings to reveal the failure mechanisms of sandwich panels. Experimental results indicated that the mechanical behavior of sandwich structure under in-plane loading is dominated by the buckling and debonding of facesheets.

基于FiberSIM激光投影定位技术在蜂窝面板上的设计与应用

本文介绍了航空航天常用夹层结构蜂窝面板,针对蜂窝面板在成型时存在的问题,根据复合材料铺层设计准则设计了复合材料蜂窝面板铺层,基于FiberSIM软件平台,仿真模拟了复合材料蜂窝面板各铺层,并生成激光投影数据供定位使用。建立了复合材料蜂窝面板的设计流程,针对复合材料蜂窝面板因铺层角度不准导致固化后易翘曲变形的问题,在成型过程中借助激光投影仪提高铺层角度精度,成型的复合材料蜂窝面板表面光滑,平面度高,四周无翘曲变形现象,无损探伤结果表明面板无分层现象,满足蜂窝对面板的高质量要求。

钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接静力学性能研究

对钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接进行静力学性能研究。先对相同试件宽度及连接端距下的2种不同料厚组合的钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接试件进行静力学试验,而后对同一料厚组合不同试件宽度W及连接端距E下的盲端拉铆连接组合进行静力学试验,以研究钢板与碳纤复合材料盲端拉铆连接的静力学性能、失效模式以及试件宽度、连接端距对其静力学性能的影响。研究表明:采用盲端拉铆钉连接钢板与碳纤板可获得较好的力学性能;碳纤板与钢板盲端拉铆连接组合的失效模式及连接最大破坏载荷与三维编织碳纤板切割方向相关;试件宽度及连接端距对连接的失效模式及最大破坏载荷均有影响。

可重塑CFRP加强筋壁板模压塑形模具设计与仿真分析

介绍了一种碳纤维增强Vitrimer树脂基复合材料T形加强筋壁板热弯塑形模具设计与制造过程,从T形加强筋壁板外形尺寸、模具设计、温度场和热变形校核等方面阐述了T形加强筋壁板的热弯塑形过程,并辅以试验和生产实践介绍了Vitrimer树脂基复合材料T形加强筋壁板热弯塑形的成型效果,对成型制品的关键尺寸和表观状态进行了检验与评定,均能满足要求。该模具结构的设计可以实现Vitrimer树脂基复合材料制品在热弯塑形模压成型过程中的均匀热传递与高精度成形制造,减少了制品热变形引起的应力集中现象,提高了制品生产效率和成品率。

复合材料帽形加筋壁板加捻区质量问题研究

帽形加筋壁板结构的复合材料制件具有比强度高、比刚度高、可设计性良好等优点,在航空航天等工程领域得到了广泛的应用,而加筋结构的三角空隙必须使用捻条进行填充。采用“湿长桁+湿蒙皮”共固化工艺制造帽形加筋壁板复合材料制件时,发现捻条的外形会显著影响制件的成型质量。为了提高帽形加筋壁板制件的成型质量,研究了不同材质的长桁芯模、捻条制备方法、捻条填充量对加捻区长桁及蒙皮质量的影响。结果表明:由专用的加捻模具制备并在(60±5)℃的温度下预压实后,捻条预成型体的外形更精确,与其他结构配合更好;当捻条的填充量修正系数为1.1时,可有效避免蒙皮和长桁出现纤维褶皱;所选用的硅橡胶芯模固化成型后加捻区质量控制更好。

国产高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板热循环适应性研究

国产CCM40J-6K高模碳纤维基板的空间高低温热循环耐受性是决定其是否可以大规模应用于空间太阳电池板的关键因素,必须解决交变热环境下的面板与电池电路的匹配性和长寿命问题。本文以国产CCM40J-6K高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板为研究对象,开展了热循环环境适应性试验研究,分别从国产和进口碳纤维基板适应高低温交变能力对比、国产碳纤维基板铺设电池电路后适应热环境能力以及电池板在轨寿命等3个方面进行测试试验。结果表明:国产碳纤维CCM40J-6K所构成的电池板综合性能与进口M40JB-6K相当,CCM40J-6K基板与三结砷化镓电池片匹配性良好,国产碳纤维电池板经疲劳热循环后的开路电压和短路电流的变化率分别为0.55%和0.24%,太阳电池片和玻璃盖片外观完好无损,太阳电池电路与基板聚酰亚胺面保持绝缘,且碳纤维表面无脱粘现象。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳电池板研制。

含通电碳纤维复合板电加热过程的数值模拟及优化设计

通过对碳纤维复合板进行模拟仿真发现,其由碳纤维发热丝束与碳纤维布复合得到。利用ABAQUS软件对温度场进行分析,确定了采用复合板通电加热的数学模型和模拟方法。基于影响温度场的部分因素对模型进行了优化设计。结果表明,含通电碳纤维复合板的上表面温度升高至约35℃,最大温度差为1.97℃,测得的上表面温度与实验值能较好的吻合。对模型进行预测发现,当温度为-12℃时,该板的温度升高至0℃以上。另外,在加热功率相同的条件下,随碳纤维发热丝束间距的增加,上表面的平均温度变化较小;随碳纤维发热丝束间距的减小,上表面温度分布的均匀性得到显著提升。在碳纤维发热丝束间距相同的条件下,随碳纤维发热丝束加热功率的增大,上表面温度显著升高,但是,上表面温度分布的不均匀程度增大。当发热丝间距为8或6 mm、通电功率为45 W的条件下,复合板可正常工作。

碳纤维增强建筑复合板材与钢件的粘接效果及影响研究

为了全面了解影响碳纤维增强复合板与钢的界面粘接性能的因素,现使用非线性胶粘剂(Tc)和线性胶粘剂(T1),确保碳纤维增强复合板与钢两者之间的粘接效果。同时,研究影响碳纤维增强复合板与钢的界面粘接性能的因素。结果表明,当胶粘剂厚度不断增加时,Tc胶粘剂试件界面所对应的承载力平均值呈现出不断上升的趋势,该界面破坏模式先转变为碳纤维增强复合板层间剪切破坏模式,然后转变为胶粘剂耦合层间剪切破坏模式,最后转变为碳纤维增强复合板断裂耦合层间剪切破坏模式。在胶粘剂厚度不断增加下,T1胶粘剂试件界面所对应的承载力平均值呈现出不断下降的趋势,该界面破坏模式始终保持碳纤维增强复合板层间剪切破坏模式。

基于高性能材料接缝的预制拼装桥面板力学性能

为实现全预制装配式桥梁工程,满足桥梁上部结构的快速建造需求,基于超高性能混凝土(UHPC)和碳纤维增强聚合物筋(CFRP)的优越力学性能,提出基于高性能材料接缝的预制拼装桥面板。对13个试件开展静力和疲劳试验,揭示新型预制拼装桥面板的破坏形态,探明疲劳荷载作用下各力学性能指标衰减规律;提出静力作用下承载力和挠度的预测方法,建立考虑疲劳效应的改进挠度计算方法和疲劳损伤模型。试验结果表明:静力作用下,基于高性能材料接缝的预制拼装桥面板均具有理想的破坏形态,增多预埋焊接栓钉的数量和增大锚固区间距明显提高承载力;疲劳荷载作用下,桥面板的挠度､刚度和耗能随疲劳次数的发展趋势分为3个阶段:损伤快速增长阶段,损伤缓慢累积阶段和疲劳损伤破坏阶段;建立的承载力和挠度预测模型具有良好精度;提出的考虑疲劳效应的改进挠度预测方法和疲劳损伤模型,可为评估新型桥面板的挠度和疲劳损伤程度提供参考。为了充分验证接缝连接形式和分析模型的有效性,今后研究将增加试件的类型与数量。

CFRTP-聚氨酯夹芯板内部缺陷的Lamb波检测方法研究

针对碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)-聚氨酯夹芯板在发泡过程中产生的气孔缺陷问题,利用Lamb波对这一界面缺陷实施检测。采用COMSOL软件建立了基于压电效应的聚氨酯夹芯板多物理场耦合检测模型,以掌握Lamb波的激发特性,并确定了垂直入射方式有利于产生非对称型Lamb波。通过仿真计算与试验验证相结合的方式,证明了聚氨酯夹芯板内部缺陷会引起Lamb波接收信号幅值和传播时间发生变化,以幅值变化较为明显。结果表明:当间距固定时,信号幅值与缺陷面积呈正相关变化,缺陷深度对其影响较小。

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。

碳纤维加筋板的超声相控阵C扫描检测可靠性研究

碳纤维加筋板结构在现代航空器中被大量应用,超声波相控阵C扫描技术是这类结构在役环境下的有效检测手段之一,被广泛应用。对于同一个损伤,在实际检测中会出现从不同的方向检测结果不一致的现象;这种现象在传统单点超声波C扫描检测中是不会发生的。本文从试验件表面曲率、缺陷特性等方面对这种不一致性进行了分析和探讨,并给出了避免这一类不确定性发生的建议。

T800碳纤维增强复合材料加筋壁板压缩稳定性试验及工程计算方法验证

国内对T800碳纤维复合材料结构的研究刚刚起步,需要对其加筋壁板的稳定性进行系统地研究。通过改变蒙皮厚度、筋条间距、筋条几何参数等设计8种构型的试验件,进行压缩稳定性试验;考虑侧边边界条件及蒙皮有效宽度的影响,对两种常用的压缩屈曲载荷工程计算方法进行验证。结果表明:在相同筋条面积下,筋条惯性矩提高屈曲载荷增大,加筋壁板的破坏载荷主要取决于壁板的横截面积;蒙皮厚度和筋条间距对屈曲载荷的影响大于对破坏载荷的影响;对于薄蒙皮,当侧边简支且蒙皮有效宽度b=D-b2/2时,计算值与试验值最为接近;对于厚蒙皮,当侧边简支且蒙皮有效宽度b=D时,计算值与试验值最为接近。

纤维增强复合材料地铁司机室外罩仿真分析

以某型地铁司机室外罩结构为原型,设计了碳纤维司机室和碳纤维-铝蜂窝司机室外罩.基于有限元分析软件Hypermesh以及Optistruct求解器,分别对碳纤维司机室和碳纤维-铝蜂窝司机室外罩强度进行仿真计算,并将计算结果与传统玻璃纤维地铁司机室外罩进行对比.结果表明,玻璃钢、碳纤维、碳纤维铝蜂窝司机室在七种工况下均不发生破坏.在同一厚度尺寸下,与玻璃钢司机室相比,碳纤维材料、碳纤维-铝蜂窝材料司机室外罩重量分别下降11.18%、43.80%,初始破坏载荷提高74.49%、26.35%,比初始破坏载荷提高96.45%、112.06%.研究内容对地铁司机室的轻量化设计具有参考价值.

碳纤维带电热技术的试验研究

提出了一种基于碳纤维带的新型室内地暖电热系统,并介绍了电热板的设计思路、试验模型和建造过程,得到了试验结果.试验通过将三条宽度为50mm,间距为200mm的碳纤维带预埋在水泥砂浆中构成电热板,检测不同位置温度随时间的变化和系统能耗,以获得系统的电热性能.结果表明:电热系统升温迅速,平均升温速率能达到1.83℃/min.竖直方向的温度变化梯度远大于水平方向温度变化梯度.碳纤维带电阻稳定性较好,地暖反射膜和保温板的隔热效果良好,温控装置对减少能耗成效显著.

建筑用碳纤维增强复合板/钢的界面粘接性能研究

采用两种不同胶粘剂(Tc和T1)对建筑用碳纤维增强复合板(CFRP)/钢进行粘接处理,考察了胶粘剂厚度和种类对碳纤维增强复合板/钢的界面粘接性能的影响,并对其破坏模式进行了分析。研究结果表明:随着胶粘剂厚度增加,Tc胶粘剂试件界面承载力平均值呈现逐渐增加趋势,界面破坏模式从CFRP板层间剪切破坏过渡为胶粘剂耦合层间剪切破坏,并逐渐演变成CFRP板断裂耦合层间剪切破坏模式;T1胶粘剂试件的界面承载力随着胶粘剂厚度的增加而逐渐减小,界面破坏模式均为CFRP板层间剪切破坏模式。

复合材料机身壁板机械连接的强度分析与验证

为了验证复合材料机身壁板机械连接设计及分析方法的合理性,设计了复合材料壁板纵向对缝连接零组件试验,并分别利用工程经验公式和有限元建模方法对试验件进行了强度分析。试验结果表明,复合材料壁板机械连接设计满足限制载荷和极限载荷设计要求,理论应变分布与试验应变分布一致,机械连接处紧固件传载比例与工程经验方法吻合,实际破坏载荷高于理论分析所预测的破坏载荷,表明强度分析方法合理且保守。

汽车碳纤维增强塑料翼子板的设计及性能研究

降低车辆油耗是当代汽车工业关注的问题之一,车身轻量化技术能够在一定程度上实现节能减排的目的。汽车翼子板是汽车的重要组成部分,采用碳纤维增强塑料作为原材料,并对汽车翼子板进行结构设计和尺寸优化,能够获得性能更优的汽车翼子板。介绍了碳纤维增强塑料的特点及用作汽车翼子板原材料时的设计过程和性能优势。

太阳能充电智能化鞋设计与开发

对太阳能及智能化防走失技术在鞋靴上的应用情况进行了分析。结合老年人足部生理机能和人机交互的设计理念，利用柔性薄膜太阳能板的特点，将GPS定位芯片、ISP信号处理器芯片、太阳能板、USB碳纤维发热片、智能温控器、USB插口和锂电池组等元件组合成智能电路系统，设计开发出一款适合老年人穿着的太阳能充电智能化鞋。研究表明：此款鞋集保暖、保健、充电和防走失功能于一体，整个系统对太阳能资源能够充分利用，并且迎合了低碳环保的生活理念，满足了老年人户外活动的生理性和安全性需求。

铣削玻璃纤维-碳纤维芳纶纸蜂窝板的刀具磨损研究

以铣削玻璃纤维-碳纤维芳纶纸蜂窝板单因素试验条件为基础,研究切削参数对刀具磨损及加工质量的影响,分析菱齿化学气相沉淀(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜涂层刀具(简称涂层刀具)的磨损机理,求出其后刀面磨损量的数学模型。结果表明:在其他切削参数不变的条件下,随着主轴转速n、铣削宽度ae的增大,或工件进给速度vf的减小,刀具后刀面磨损量VB均相应增大,且对玻璃纤维的加工质量影响显著;相比于硬质合金刀具,涂层刀具后刀面磨损量小,加工质量好,其磨损形式以磨粒磨损和涂层脱落为主。最后,对试验数据进行回归分析,得到涂层刀具后刀面磨损量的数学模型。