纤维增强树脂基复合材料界面粘结强度测试方法探讨

基体和增强材料界面的粘结性能直接影响到复合材料的力学性能 ,如何测量复合材料界面的粘结强度是界面研究的关键问题之一。本文侧重回顾了目前使用的复合材料界面粘结强度测试方法 ,如微脱粘、单纤维复合材料断裂、单纤维拔出和压出法 。

复合固体推进剂／衬层粘接界面细观结构数值建模及脱粘过程模拟

对复合固体推进剂及复合固体推进剂/衬层粘接试件微CT扫描后重构的图像进行了分析和统计,得到了其细观形貌特征及推进剂颗粒典型尺寸。对颗粒填充算法进行了扩展,并以最小代表体积元为基础构建了复合固体推进剂/衬层粘接体系二维细观数值模型。使用cohesive单元表征颗粒/基体和推进剂/衬层界面,分析了不同老化时间复合固体推进剂/衬层在单向拉伸作用下的脱粘过程。结果表明该数值模型及分析方法能从细观上准确地模拟复合固体推进剂/衬层的脱粘过程。为细观层面上研究复合固体推进剂/衬层脱粘提供了有效的数值模型和分析方法。

复合推进剂的细观失效机理分析

建立了颗粒填充复合推进剂的细观有限元模型,计算了颗粒与基体粘结完好和存在脱粘两种情况下颗粒与基体内的应力分布,分析了复合推进剂的细观失效机理。结果表明,在细观结构下,复合推进剂中的应力分布是不均匀的,推进剂一般首先在极区产生脱粘,颗粒的大小对推进剂的力学性能有较大影响。

微球脱粘测试实验设备研究

微球脱粘实验是研究复合材料界面强度的一种先进技术。根据微球脱粘测试实验的要求,研制了微球脱粘测试仪;论述了仪器的总体设计方法、微球脱粘方案、人机交互界面等。该设备成功表征了复合材料界面性能,对于复合材料两相间界面粘结状况、界面设计的研究是一种十分有效的测试手段。

纤维增强钛基复合材料横向拉伸性能数值模拟

为研究SiC/Ti-6AL-4V纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的力学特性,建立了三维细观有限元模型;利用ANSYS软件接触单元和内聚力材料模型,对其制备残余热应力及横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效进行了数值模拟。结果表明:考虑界面材料属性的细观力学有限元单胞模型,可较好地模拟纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效;横向拉伸载荷下,复合材料基体细观结构内部应力分布不均导致基体材料利用率下降,是造成复合材料横向强度低于基体材料强度的主要原因。

固化剂体系均质化对EP/GF复合材料界面性能的影响

采用自制溶剂对以双氰胺+聚脲为固化体系的环氧树脂(EP)进行了均质化处理,采用微球脱粘法对均质化前后树脂浸渍高强玻璃纤维(GF)形成的微球形态、界面剪切强度等进行了表征。研究表明均质化后树脂微球微观尺度上的均匀性明显提高。均质化前的树脂微球直径与界面剪切强度呈线性关系,且平均强度较低。均质化后的树脂微球直径与界面剪切强度无相关性,平均强度比均质化前提高了39%,复合材料性能离散系数减小了50%以上,稳定性明显提升。

模内微装配成型微装配界面熔接黏附脱黏剥离特性

如何准确预测和调控微装配界面熔接黏附脱黏剥离特性是聚合物模内微装配成型制备高性能微型机械运动的关键科学与技术问题。针对这一关键科学与技术问题,构建了模内微装配成型微型机械运动副界面熔接黏附脱黏剥离行为的模拟仿真平台和注射温度-材料副界面脱黏剥离断裂韧性参数-界面熔接黏附脱黏剥离特性的关联关系。研究表明,运动副微装配界面的启裂应力、临界应变能释放率和完全脱黏剥离驱动力与二次成型熔体注射温度呈正相关关系,降低二次成型注射温度,可以明显减小界面的启裂应力和临界应变能释放率,抑制微装配界面的熔接黏附,有利于降低微装配界面熔接黏附脱黏剥离的驱动力,提高微装配界面的可运动性能。

纤维增强复合材料考虑损伤的温度胀缩细观力学模型

采用细观力学方法,建立了纤维增强复合材料(FRC)包含基体微裂纹和纤维/基体脱粘的热胀/冷缩理论模型。模型考虑了基体、界面中不同分布取向的微裂纹在升温和降温过程中张开、闭合情况的差异,及其对复合材料平均热胀/冷缩系数(CTE/CTC)的影响,同时还考虑了细观应力分布不均匀的因素。建立了细观有限元模型对理论模型进行验证。研究发现:复合材料损伤后CTE和CTC不一致,且取决于损伤模式:基体微裂纹损伤使得复合材料的横向CTE高于无损材料,而横向CTC低于无损材料,但对纵向CTE/CTC影响不大;纤维界面脱粘能较明显地减小复合材料的纵向CTC,但对横向CTC的影响可忽略。

基于局部缺陷共振的纤维金属层板微脱黏缺陷评价方法

大型飞机上的纤维金属层板因工艺、环境等原因易在黏接界面处产生脱黏,成为影响飞机飞行的安全隐患,因此对纤维金属层板黏接层的早期微脱黏进行有效检测与评价具有重要意义。本文提出了一种基于局部缺陷共振(LDR)的黏接界面微脱黏程度的评价方法。在接触声学非线性机制下,将缺陷作为非线性弹簧振子,推导其LDR频率,并通过数值仿真分析了不同激励条件下的共振。以预置不同尺寸脱黏缺陷的玻璃纤维-铝合金黏接板为实验对象,利用粘贴在表面的压电传动/传感单元,根据LDR频率有选择性地采用不同频率的激励信号作用在黏接板上,并对接收的响应信号进行频谱分析。仿真与实验结果表明,基于LDR效应可以增强微脱黏界面间的非线性,并可以通过LDR频率对微脱黏损伤面积进行估算。