缝合连接三维编织复合材料拉伸性能试验研究

研究了多种缝合方向、搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响，并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明：缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比，拉伸强度下降了25％～50％，初始模量下降了35％～55％；搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大，拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征，当搭接长度与试件宽度的比值在2．5左右时，试件的拉伸性能较好，与未缝合的三维整体编织试件相比，仅下降了25％；相对而言，中密度缝合试件的拉伸性能最优；缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。

三维五向编织复合材料中纱线截面形状实验分析

采用CCD显微摄像仪获取了树脂基三维五向编织复合材料的一系列截面图像,分析了编织复合材料内纱线的排列规律及其截面形状的变化。实验结果显示:沿编织成型方向,三维五向编织复合材料的不同横截面内纱线的排列方式不同,且呈周期性变化;编织纱线的截面形状近似为扁平的凸透镜形;第5向不动纱的轴线基本保持伸直,其截面形状沿其轴向近似为扇形和三角形相互过渡变化;表面编织纱线的排列方式与内部编织纱线的排列有关,其截面形状近似为椭圆形。

超声评价碳/环氧三维编织复合材料的实验分析

本文采用超声回波法对碳/环氧三维编织复合材料进行超声A-扫描,结合对超声定位的缺陷区域进行细观形貌解剖分析,研究了超声回波波形和三维编织复合材料细观形貌特征的对应关系。在考虑碳纤维单丝分布及纤维束和树脂界面状态的基础上,利用经验的波形分析法讨论了超声波在三维编织复合材料中的衰减。实验研究结果表明,超声回波特征和三维编织复合材料缺陷有对应关系,超声A-扫描波形特征分析可用于碳/环氧三维编织复合材料的无损检测及其缺陷的初步评价。

三维纺织复合材料增强体结构和树脂复合固化技术

文章主要讨论了三维纺织预制件,包括:机织、针织、编织和缝合三维织物在结构上的特点。由于在三维纺织复合材料中,纤维在三维空间中相互交织和交叉,形成了一个不分层的整体结构,所以它和层合复合材料相比,具有优良的层间性能和其它力学性能,可制作第一承力结构件和高功能制件。文章还介绍了树脂基三维纺织复合材料的复合固化技术,包括树脂传递模塑技术和树脂膜融渗技术。通过文章,说明了三维纺织复合材料具有广泛的应用前景。

复合材料剪切性能的研究进展

本文综述了当前复合材料剪切性能方面的主要研究内容,不同结构对复合材料剪切性能的影响。对剪切性能进行研究的主要试验和理论分析方法进行了总结,并对复合材料在剪切性能方面的发展研究进行了展望。

纤维增强复合材料疲劳性能研究进展

随着科技的发展,纤维增强复合材料作为一种新型材料越来越多的应用于众多领域。然而,纤维增强复合材料的疲劳性能对应用具有重要影响。本文根据近年来国内外有关复合材料疲劳性能的研究和探索,综述了纤维增强复合材料疲劳性能的定义、机理以及影响因素,并提出了当前存在的一些问题。

亚麻/PP复合材料的制备及其弯曲性能研究

将亚麻纤维作为增强体,与聚丙烯(PP)纤维进行混合,同时与PP长丝形成PP包覆亚麻的纱线结构,利用机织工艺织造成机织布作为复合板材的预制件,采用层合热压方法制备亚麻/PP复合材料。通过对板材弯曲性能进行测试,研究了制备工艺、纱线结构以及亚麻纤维含量(质量分数)等因素对复合材料弯曲性能的影响。研究结果表明,"三明治"铺层方法制备的板材较"混纤法"制备的板材体现出更优异的弯曲性能;与加捻纱相比,包覆纱结构板材表现出更优良的弯曲性能;以亚麻/PP包覆纱为增强体的复合材料,当亚麻纤维质量分数为46%时,其弯曲性能最优良。

复合材料中纱束的几何形态

在预测三维机织复合材料力学性能时,将纱线特别是纬纱横截面假设成何种形状一直众说纷纭。本文中假设纬纱截面形状分别为圆形、跑道形、凸透镜形、矩形,经纱横截面形状为矩形,采用刚度平均法和等应变力学模型计算了4种角联锁结构复合材料的弹性模量,经与复合材料的数字图像对比分析和实验验证表明,圆形纬纱截面形状假设与数字图像相差较大,与其它截面形状假设的弹性模量预测结果相差也较大,跑道形、凸透镜形、矩形等纬纱截面形状假设彼此间弹性模量预测结果的差异很小,与实验数据也具有较好的一致性。

缝合连接三维编织复合材料弯曲破坏形式分析

试验设计了相同搭接长度、不同缝合密度的几组缝合连接三维编织复合材料试件。研究了三维编织预制件的连接形式（缝合搭接连接和未缝合搭接连接）对三维编织复合材料弯曲性能的影响，并与三维整体编织复合材料的弯曲性能进行了对比。试验结果表明，与未缝合搭接试件相比，缝合连接试件的弯曲强度提高了20％-50％，弯曲模量提高了5％-15％。说明在预制件连接上，缝合工艺具有明显的优势。缝合连接试件与三维整体编织试件相比，弯曲强度下降了30％～50％，弯曲模量下降了10％-30％。同时，讨论了这些试件弯曲的破坏形式。

炭/环氧三维多向编织复合材料圆管相贯接头承载有限元分析

对三维多向编织复合材料圆管相贯型接头进行材料设计。从采用微观力学反算法确定组分材料性能出发,由刚度平均化方法基于单胞模型确定复合材料的本构特性,利用Patran/M arc对炭/环氧三维多向编织复合材料圆管相贯型接头的承载性能进行有限元应力分析,讨论细观结构形式和编织角对接头结构受力变形行为的影响。结果表明,大编织角三维六向编织复合材料的特性更接近各向同性,有利于提高接头的承载性能均衡性,该分析方法和结果为三维异型整体多向编织复合材料结构的材料设计提供参考。

损伤形式对三维编织复合材料细观结构和弯曲性能的影响

通过分析损伤前后三维编织复合材料细观结构的变化,建立了剩余纱线长度的计算公式。对损伤前后三维编织复合材料试件进行了三点弯曲实验,分析了材料弯曲强度和弯曲弹性模量的变化规律和失效形式。主要讨论了2种编织角和4种损伤方案,包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割、沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明,损伤前后的弯曲性能均随编织角的增大而减小;沿宽度方向切割对弯曲性能影响不明显,沿厚度方向切割对弯曲强度和模量影响较大,沿厚度和宽度同时切割的试件力学性能下降最大,接近60%。切割面受拉试件比切割面受压试件的弯曲性能降幅稍有增大。

纤维体积分数对三维编织复合材料T型梁模态性能的影响

采用悬臂梁自由衰减振动的实验方法研究了碳纤维三维四向编织复合材料T型梁的模态性能,分析了纤维体积分数对其固有频率和阻尼的影响。将实验得到的固有频率结果与有限元得到的固有频率结果作了对比。结果表明:三维四向编织复合材料T型梁的模态性能与激振点位置无关。且其固有频率随纤维体积分数的增大而提高,阻尼性能随纤维体积分数的增大而降低。通过阵型可以准确判断T型梁固有频率的阶数。实验结果与计算结果相一致。

炭纤维增强聚合物基复合材料的热氧老化机理

从基体、纤维和纤维/基体界面的角度,探讨了炭纤维增强聚合物基复合材料(CFRPMCs)的热氧老化机理。总结了纤维性能、纤维取向、纤维体积含量、织物结构、树脂性能、纤维/基体界面强度等因素对CFRPMCs热氧老化性能的影响规律,并简要分析了目前提高CFRPMCs热氧老化性能的方法。研究指出,立体织物增强的聚合物基复合材料能够很好地克服传统层合复合材料热氧老化后易分层的缺点,采用立体织物来增强聚合物,将会是今后提高CFRPMCs热氧稳定性的一个主要发展方向。

基于单胞数字化模型的复合材料本构关系三维数值模拟

在渐进均匀化理论基础上,建立了基于单胞数字化模型的复合材料宏观等效弹性性能的三维数值分析方法(DCB-FEA)。该方法采用三维光栅化技术将三维单胞模型转化为三维光栅图形(数字化模型),并将光栅图形直接转化为三维有限元求解网格。产生的离散单元具有相同的几何尺寸和规则的形状,单元刚度矩阵的数量将减少为单胞材料的个数。此外,单胞数字化模型仅需记录每个离散单元的材料种类,其他参数如单元节点编号、节点坐标等均可在求解过程中自动生成,周期性边界条件也可以自动施加。随着分辨率的提高,单胞数字化模型将产生更多数量的单元,特别是对于三维单胞模型,集成整体刚度矩阵时需要大量的计算机内存。采用基于Ele-ment-by-element策略的预处理共轭梯度法(EBE-PCG),有限元方程的求解在单元级上进行,避免了整体刚度矩阵的集成。通过对单向纤维增强复合材料的线弹性本构关系的数值模拟,表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量。

高速机构用夹芯复合材料横板模态试验分析

针对高速机构用结构复合材料的动态性能问题,以高速织机用夹芯结构复合材料横板和碳铝横板为研究对象,在自由约束状态下,利用模态试验方法,分别沿设定的x和y方向激振,对其进行测试研究。结果表明:沿x和y方向激振时,与碳铝横板相比,夹芯结构复合材料横板对应阶数的固有频率测得值普遍较高,且沿x方向激振时,横板的固有频率测得值与其长度有很大关系。

温度对三维五向编织/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

研究了三维五向编织/环氧树脂复合材料和树脂基层合复合材料在室温、80℃、150℃和180℃的拉伸性能,讨论了不同温度对三维五向编织复合材料和层合复合材料拉伸的影响规律。研究结果表明,三维五向编织复合材料在80℃、150℃时的拉伸强度与室温相近,而在180℃时,比室温时的拉伸强度下降了15.37%;层合复合材料在80℃、150℃和180℃时的拉伸强度则比室温分别下降了3.45%、13.3%和34.42%。造成层合复合材料高温拉伸强度下降较大的原因是:在高温时,由于树脂被破坏,使层合复合材料发生了分层。说明相同树脂基体的复合材料,增强体结构对复合材料在高温时的拉伸性能有着重要的影响。

纤维缠绕厚壁柱形压力容器的应力和变形

研究了各向同性材料内胆对称缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的变形和应力。采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论,利用解析方法获得了纤维层和内胆的变形和应力,以及纤维方向的应力;对壁厚较厚和不同缠绕角,更准确地揭示纤维向应力和内胆应力。比较了分别用玻璃纤维环氧和炭纤维环氧缠绕铝内胆和钢内胆的容器在内压作用下,不同缠绕角方案中内胆和纤维向应力分布。研究表明,壁厚对不同缠绕角容器的应力和变形影响不同,总体影响较小;从降低内胆的等效应力和充分发挥纤维纵向强度角度看,炭纤维缠绕铝筒最好;横向强度和剪切强度是缠绕复合材料容器的主要控制参数,缠绕工艺需要提高这些指标以充分发挥纤维纵向强度。

La^(3+)掺杂TiO_2纳米纤维的制备、表征与光催化性能

结合溶胶-凝胶法、静电纺丝技术和高温煅烧制备了La3+掺杂TiO2纳米纤维。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、比表面积及孔隙分析仪、X射线衍射仪和紫外分光光度计对纳米纤维的形貌、晶型、表面和孔隙结构以及光催化性能进行了表征和测试。结果表明,La3+掺杂TiO2纳米纤维表面为多孔的纤维状结构。La3+掺杂明显改善了TiO2纳米纤维的表面孔隙结构,对TiO2纳米纤维的粒子生长有一定的抑制作用。光催化降解性能测试结果表明,当La3+掺杂量为0.04%(质量分数)时,TiO2纳米纤维的光催化性能最佳。

高性能纤维束纤维尺度横向压缩数值模拟

为深入研究高性能纤维束纤维尺度横向压缩过程及变形机制,基于ANSYS有限元数值分析平台,采用APDL编程语言,在纤维尺度建立了高性能纤维束具有统计意义的三维数值生长模型。该模型考虑了纤维束内部纤维的随机分布与偏转及纤维之间在三维空间不产生相互贯穿的物理特性。利用数值模拟方法研究了纤维束在横向压缩时的变形情况,不仅获得了与纤维束压缩实验一致的非线性变形过程,而且得到了压力与纤维体积含量的定量关系,与经典的理论预测进行对比,获得了较好的支持。