改性环氧树脂制备复合材料层间断裂韧性的实验研究

采用纳米SiO2对环氧树脂改性并通过RTM工艺制成碳/环氧复合材料,观察纳米粒子在复合材料中的分布情况,测试复合材料的层间断裂韧性并用显微镜观察断裂面形貌。结果表明,纳米粒子在复合材料厚度方向和沿预裂纹的面内方向均没有明显的过滤性,改性后的碳/环氧复合材料的层间断裂韧性比改性前提高45%,断裂面更粗糙,纳米SiO2对环氧树脂的增韧效果良好。

三维多向编织复合材料T型梁抗弯应力分析

针对三维多向编织复合材料结构件承载细观结构优化设计的问题,以三维编织复合材料T型梁为对象,对其抗弯性能进行模拟分析。基于细观结构单胞模型,采用刚度体积平均法计算具有不同编织角的三维四向、五向和六向编织复合材料的弹性常数;利用有限元软件Patran/Nastran计算T型梁承受弯曲载荷的应力应变,分析纤维束交织结构和细观结构参数对T型梁抗弯性能的影响。结果表明,纤维体积含量一定时,三维六向较三维四向、五向编织复合材料的弹性性能更接近各向同性,同时选择比较大的编织角,可提高T型梁抗弯的承载能力。此方法可为异型三维编织复合材料构件细观结构的选型与参数设计提供参考。

三维编织复合材料低速冲击试验与分析

针对三维编织复合材料在制造、使用和维护过程中受到外来物体的低速冲击而造成结构损伤及承载能力下降的问题,使用Instron Dynatup 9250HV冲击试验机对高强玻璃纤维增强环氧树脂基三维四向、三维五向和三维六向编织结构复合材料试样的抗冲击性能进行研究,建立编织结构和冲击性能之间的联系。试验结果表明:不同编织结构对冲击响应不同。与四向和五向编织结构材料相比,三维六向编织结构复合材料发生主要损伤时所需的冲击载荷和冲击能量较大,主要损伤持续时间最短,吸收的能量最少。未穿透情况下,三维编织复合材料低速冲击的主要失效模式有基体开裂和纤维断裂。

UHMWPE纤维缠绕铝内衬复合材料气瓶爆破压力预测

本文利用有限元强大的后处理功能,在复合材料气瓶的有限元模型上选取一条路径,使其能够代表复合材料气瓶模型上的所有点,然后在同一载荷下观察这一路径上的点的应变曲线,观察曲线规律,从中选取三个点做出载荷-应变曲线,找出最大应变点。然后做出环向纤维缠绕复合材料层的这个点在不同载荷下的载荷-应变曲线,根据最大应变准则,预测UHMWPE纤维缠绕复合材料气瓶的爆破压力。

三维机织复合材料结构表征与实体造型

利用经纱脉络描述法解决了任意三维机织复合材料的结构表征问题;提出了单胞分解法与亚胞向量概念,实现了三维结构的二维化、数字化,根据数字表征结果和经典截面假设构造了初始断裂模型;使用一种迭代算法对初始断裂模型进行优化,使纱线束逐步逼近真实形态,进而实现三维实体造型,在此基础上进行网格剖分。研究结果表明,迭代算法能够使纱线形态趋于自然,使造型结果接近实际。数值分析结果表明,迭代算法中的经纬纱退让系数介于0.6~0.7之间时,迭代收敛速度最快。

应用经纬互规法建立3D机织复合材料的几何模型

采用改进的经纱脉络法表征三维机织复合材料结构,并将单胞分解为亚胞晶阵,提出屈曲形态码概念,并利用编码中蕴含的信息以分段样条曲线拟合纱线中心线;采用经纬纱互相规仿的方法,以分段样条曲线拟合纱线截面轮廓线,进而以解析法建立了预制件的几何模型;将所建模型与电镜照片进行对比,获得了较好的一致性。研究结果表明:可用分段样条曲线描述预制件中纱线的形态;精度相同时,互规法建模效率远高于迭代法。

相变微胶囊/SMS智能调温织物的制备及性能研究

为了研究不同浓度相变微胶囊对整理织物调温性能的影响,首先以正十八烷为芯材,三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂为壁材,采用原位聚合法合成三聚氰胺-尿素-甲醛/正十八烷微胶囊,并利用扫描电镜(SEM)对其形貌和粒径进行分析。然后,采用涂层工艺将不同浓度相变微胶囊整理到SMS织物上,形成相变调温织物,通过SEM、红外测温仪、织物透气量仪、织物强力仪等测试手段,探讨相变微胶囊整理对织物表面形貌、调温、透气性和力学性能的影响。结果表明:相变微胶囊呈球形,表面光滑,粒径分布均匀。经相变微胶囊整理后,织物的升降温速率均明显变缓,具有优良的蓄热调温功能;断裂强力和断裂伸长率均有提高。整理后智能调温织物虽透气性有一定程度的下降,但服用性未受到明显影响。

2.5维机织物接结经纱缩率的影响因素

由于高性能纤维成本较昂贵,在织造前对其纤维用量的计算显得尤为重要。基于2-2带衬经结构的层层正交角联锁织物结构优势,织造了10种不同规格参数的织物,测试其接结经纱的缩率,分析纬纱密度、纬纱线密度、织物层数和接结经纱本身的线密度对接结经纱缩率的影响。研究发现,纬纱密度和线密度对接结经纱缩率影响非常明显,而织物层数和接结经纱本身的线密度对接结经纱缩率影响不明显。用测试得出的接结经纱缩率分别对10种织物的纤维体积含量进行计算,与称量法得出的纤维体积含量值吻合得很好,为实际生产工艺中计算高性能纱线的用量提供了较好的参考。

2.5维预制体结构参数的设计方法

由于缺少三维织物的设计理论,使2.5维预制体结构参数的确定成为三维纺织复合材料预制体设计人员面临的难题。为此,给出了相似2.5维预制体的定义,按纤维体积含量保持不变推导出相似2.5维预制体结构参数的关系式,以便根据原织物的结构参数计算出新织物的结构参数,特别是可以准确预测新织物的厚度。同时用3个实例验证了该关系式。研究结果表明,所得到的相似2.5维预制体结构参数关系式具有实用价值。

UHMWPEF缠绕气瓶线型设计与试验

根据高压气瓶的设计要求和几何尺寸,选用超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPEF)从强度和芯模外型两方面进行了缠绕线型设计.依据网格理论获得了气瓶的螺旋纤维和环向纤维厚度等参数,且对缠绕层数进行理论计算,确定缠绕参数和工艺;调整缠绕角、极孔参数,确定缠绕线型.线型试验结果表明:UHMWPEF在芯模表面既不重叠又不离缝,位置稳定,不打滑.