基于铺覆模拟的复合材料螺旋桨叶片实体有限元建模分析

为了评估复合材料螺旋桨叶片在铺覆时纤维取向改变对性能的影响,基于Fibersim软件的铺覆模拟结果建立了复合材料螺旋桨叶片的实体有限元模型,并与不考虑纤维取向改变时的有限元计算结果进行对比。结果表明:不考虑纤维取向改变时叶片固有频率及均布压力下最大位移误差小于5%,但热载荷下考虑真实纤维方向时的最大变形量约为不考虑真实纤维方向时的2倍,叶片局部区域0°、45°、-45°方向铺层的纤维角度偏差超过了25°。在进行复合材料螺旋桨叶片有限元分析时应基于铺覆后的真实纤维方向。

高温复合材料在空空导弹上的应用研究

针对空空导弹的服役环境及结构设计特点,指出高温与载荷联合作用下的复合材料损伤容限设计、失效准则、刚度退化模型及防热/承载一体化设计等空空导弹复合材料结构设计关键技术,简述了空空导弹用耐高温复合材料的发展现状,并成功研制了耐高温复合材料舵面和连接环这两种典型的空空导弹复合材料结构,突破了空空导弹耐高温复合材料结构防热/承载一体化设计与整体制备等关键技术。

复合材料液态成型工艺专利态势分析

对全球范围内复合材料液态成型工艺的技术专利进行了较为全面的统计与分析,分别从专利技术构成、专利技术发展趋势、专利竞争格局分析等方面进行了相关数据的整理与分析,梳理了复合材料液态成型工艺技术的发展历程、发展方向与知识产权现状,为我国复合材料液态成型工艺相关技术的发展提供参考信息,启迪行业发展的创新思路。

石墨烯基材料的氧化程度对碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

利用航空级耐高温环氧树脂(EP)5284作为基体,研究了不同氧基团含量的石墨烯(GR)基材料(GR、还原氧化石墨烯(rGO)、氧化石墨烯(GO))对碳纤维(CF)/EP的热性能、力学性能和电性能的影响.结果表明,GR、rGO和GO均使EP的最大反应放热峰向低温移动,其中以GO对树脂的影响最为显著;同时,GR、rGO和GO的加入均缩短了改性树脂体系达到一定交联程度所需的时间.添加0.2%(质量分数,下同)的rGO和GO对复合材料的玻璃化转变温度有明显的提高,但同样添加0.2%GR未提高复合材料的玻璃化转变温度.添加0.2%GR和0.2%rGO后均降低了复合材料的层间剪切强度,而添加0.2%GO则使复合材料的层间剪切强度提高了约10%.添加0.2%的GR、rGO和GO对CF/EP复合材料的导电性能均有改善作用,其电导率分别为CF/EP的4倍、5.29倍和2.88倍.复合材料的微观形貌分析表明,GO与CF、EP具有更好的相容性,GO在复合材料中与CF、EP形成了结合更为紧密、有效的界面,GR与CF、EP的相容性相对较差,而rGO居中.三者之中,GO有效提高了CF/EP复合材料的层间剪切性能和玻璃化转变温度,但对导电性能而言,rGO的改善作用最为显著.

基于非线性弹簧界面的复合材料分层损伤预测

基于功能等效的原理,用自定义本构的非线性弹簧模拟复合材料层间界面,弹簧的刚度随着界面层的牵引力-位移曲线变化,可以表征界面材料性能的线性和非线性退化过程。对复合材料单一型分层和混合型分层损伤演化过程进行了模拟分析,研究了单元尺寸、界面强度等参数对模拟结果的影响机理。结果表明:非线性弹簧界面单元能够准确地模拟分层损伤的起始和扩展过程,使用非线性弹簧模拟界面可以减小计算模型规模,与内聚力单元相比计算效率提高约10倍;裂纹每扩展一个单元长度所需要的能量与单元尺寸成正比,单元尺寸越大,裂纹扩展所需要的能量越大;界面强度越低,初始裂纹尖端张开过程越平缓,模型的收敛性越好,可以通过降低弹簧单元界面强度来减小模型计算规模。

连续纤维增强树脂基复合材料的高通量制备技术平台设计

针对连续纤维增强树脂基复合材料,设计了宏观尺度上的高通量制备技术平台和典型工艺的实现方案。高通量制备技术平台的设计结合了复合材料真空热压工艺和先进预浸料拉挤工艺连续制备复合材料的特点,调整平台的压力和温度即可连续制备大批量的不同工艺流程的复合材料样品。与传统热压罐工艺相比,平台制备不同工艺的样品周期能显著缩短。与传统的连续升温相比,平台的台阶式升温过程使得厚度方向的温度梯度略有减小,升温方式对复合材料固化度的演变过程影响很小。

记及压应力的内聚力单元及其厚度对复合材料分层损伤预测的影响

内聚力单元可以同时预测分层的起始和扩展,但单元尺寸对计算结果影响较大,而且无法模拟压应力导致的界面失效。首先,建立不同内聚力单元计算厚度的双悬臂梁模型、端边加载模型和冲击动力学模型,模拟分层损伤演化过程,研究内聚力单元厚度对载荷-位移曲线和界面损伤面积的影响;然后,通过子程序自定义内聚力单元的本构关系,考虑压缩应力引起的复合材料层间界面失效;最后,分析考虑压应力引起的界面层失效对复合材料冲击响应的影响。计算结果表明:内聚力单元厚度对界面层的损伤面积影响明显;相同的载荷条件下,内聚力单元厚度越大,界面损伤面积越小;考虑压缩应力引起的界面层失效,界面损伤面积较大且界面失效包含压缩和剪切两种失效模式。

RTM成型聚酰亚胺复合材料的热氧老化特性

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了U-3160碳纤维增强HT-350RTM聚酰亚胺树脂基复合材料(U-3160/HT-350RTM),研究了不同老化温度、老化时间下U-3160/HT-350RTM复合材料的失重率的变化规律,建立聚酰亚胺复合材料老化失效特征与老化时间/老化温度的关系,并通过微观形貌分析阐述了其在热氧老化过程中的失效机理。结果表明:在一定温度下复合材料的失重率变化符合三次多项式的变化规律,复合材料的老化在材料近表面尤为明显,由于氧分子作用,聚酰亚胺树脂发生降解导致孔隙率增加,因此温度越高、老化时间越长老化加速现象越明显。

液态成形聚酰亚胺树脂及其复合材料研究进展

聚酰亚胺是目前有机材料体系中耐热性能最为优异的材料之一,以其制备的纤维增强复合材料在航空航天领域获得了大量的应用,复杂昂贵的加工工艺限制了其在多个领域的进一步应用,因此液态成形(RTM)聚酰亚胺复合材料的发展逐渐成为近年来研究的热点。该文综述了液态成形聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究现状与发展趋势,重点论述了降冰片烯酸酐(NA)封端的聚酰亚胺及苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂及其复合材料国内外研究情况,进一步提高液态成形聚酰亚胺树脂及其复合材料的耐温等级将会是一个重要的发展方向。

基于ANSYS的复合材料螺旋桨叶片有限元建模与分析

针对船用复合材料螺旋桨叶片,分别采用壳单元赋予不同截面参数和实体单元赋予不同等效材料参数两种建模方法进行了有限元分析,对比了壳单元和实体单元模型的模态、均布压力载荷下的响应以及均匀温度场中的热变形。结果表明:对于从桨根到桨尖各位置铺层不同的叶片来说,两种建模方法在建模时间和铺层调整便捷性方面各有利弊;模态分析中两种模型的固有频率和振型计算结果存在一定差异,它们均可在一定条件下用于复合材料螺旋桨叶片模态计算;两种模型中,模拟均布压力载荷下的响应时应采用壳单元模型,而分析叶片在均匀温度场中结构的热变形应采用实体单元模型。

氧化石墨烯改性不同表面性质的碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌与动态热力学性能

通过模压成型,采用氧化石墨烯(GO)对四种碳纤维(CCF300、T700、CCF800、CCM40J)织物/环氧树脂(CF/EP)复合材料进行改性,通过复合材料的微观形貌、动态热力学性能等研究了GO对四种不同表面性质的CF/EP复合材料的改性效果。研究表明,添加GO后,GO/EP对四种CF的浸润性均比EP明显提高,纤维与GO/EP间的界面黏接比与EP基体间的黏接明显改善;CF/EP复合材料的破坏主要发生在CF与EP的界面,而GO的存在使GO-CF/EP复合材料的破坏由CF与EP基体的界面向GO/EP区域过渡。CF表面的氧碳比和沟槽均显著影响复合材料的玻璃化转变温度(Tg),具有最高表面氧碳比的GO-CCF300/EP复合材料表现出最高的Tg,但沟槽更丰富的CCM40J和CCF300碳纤维对CF/EP复合材料的Tg表现出更好的GO改性效果。

联苯聚芳醚酮-双马来酰亚胺复合树脂的分相行为和流变行为

离位复合增韧技术是本征脆性的热固性树脂基纤维复合材料提高韧性的有效解决方案,为了更好地结合离位增韧技术和树脂传递模塑(RTM)工艺制备高性能双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料,本文面向新型热塑性联苯聚芳醚酮(PAEK-B),研究了PAEK-B在BMI树脂及碳纤维复合材料中的分相行为及PAEKB/BMI复合树脂的流变特性。结果表明,PAEK-B在BMI树脂的注射窗口温度保持一定时间后会发生分相行为,并在RTM工艺制备的碳纤维(CF)/PAEK-B/BMI复合材料中保持了分相结构。BMI树脂的注射温度会影响到PAEK-B在其中的溶解特性,注射温度升高会使BMI树脂的初始黏度变小,但PAEK-B/BMI复合树脂的黏度拐点时间会缩短;PAEK-B/BMI复合树脂符合Winter-Chambon准则,复合树脂的tanδ对频率没有依赖性,且复合树脂的凝胶活化能随着PAEK-B含量的增加逐渐增大。

超临界二氧化碳对芳纶纤维的表面改性

针对芳纶纤维与树脂基体界面性能差及纤维原纤化的问题,采用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行表面改性,研究超临界二氧化碳处理对芳纶纤维结构及性能的影响。结果表明超临界二氧化碳改性处理能够提高环氧树脂对芳纶纤维的浸润效果,利用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行处理,可以在一定程度上提高芳纶纤维的性能并改善芳纶增强树脂基复合材料的界面性能。超临界二氧化碳处理能够提高芳纶纤维表面粗糙度及比表面积,且芳纶纤维性能不受影响。

分子量对PMDA-ODA型线性聚酰亚胺树脂性能的影响

研究了分子量与PMDA-ODA型线性聚酰亚胺树脂性能之间的关系。通过测试聚酰亚胺树脂冲击强度、聚酰亚胺树脂热稳定性以及聚酰亚胺树脂热力学性能,分析了分子量对PMDA-ODA型线性聚酰亚胺树脂性能的影响。

亚胺化工艺对PMDA-ODA型线性聚酰亚胺模塑粉制备的影响

研究了均苯四甲酸二酐(PMDA)-二氨基二苯醚(ODA)型线性聚酰亚胺模塑粉的制备工艺,通过扫描电子显微镜(SEM)分析、红外光谱(FT-IR)分析以及X射线衍射(XRD)分析对亚胺化方法进行了对比研究。

合成工艺对高韧性聚酰亚胺性能的影响

采用具有非对称结构的2,3,3′,4′-联苯四甲酸二酐（α-BPDA）、刚性二胺和反应性封端剂4-苯乙炔苯酐合成了韧性优异的热固性聚酰亚胺树脂,采用XRD、DSC、DMA、TGA和流变等表征分析方法,研究了加料方式、溶液冷却析出方式对树脂性能的影响。结果表明,加料方式会影响树脂低聚物的分子质量分布,进而影响树脂性能,逐步加料方式对树脂综合性能更有利。溶液冷却析出方式能够对树脂低聚物的聚集态结构产生影响,缓慢冷却方式能够获得具有结晶性的聚酰亚胺低聚物。