纤维混杂铺层对无伞空投箱抗冲击性的影响

目的 对无伞空投箱所用的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维/环氧树脂体系纤维混杂铺层的复合材料层合板进行研究,以在低成本下提高实现效果。方法 复合材料层合板分为10层,采用层间混杂结构,通过改变混杂比、铺层角度及铺层顺序,设计148种铺层方案,利用ANSYS–APDL软件分析3种参数变量对层合板拉伸性能及抗弯性能的影响。结果 沿主要受力方向铺设纤维,碳纤维层在外侧、玻璃纤维层集中在中心,且玻璃纤维层体积分数为40%时,材料具有最高的性价比。结论 针对混杂纤维复合材料层合板,通过调整混杂比得出碳/玻璃混杂纤维复合材料性能较好,通过调整铺层角度得出纤维铺设角度越接近受力方向其性能效果越好,通过调整铺层顺序得出不同混杂比、铺层角度下的最佳性能结构。     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

缝合/RTM复合材料层合板的力学性能研究

分别采用高强玻璃纱、Kevlar-29纤维和T300 3K纤维为缝合线对玻璃纤维方格布进行缝合,研究了缝合/RTM复合材料层合板的面内拉伸性能和层间剪切性能.研究结果表明,与未缝合复合材料层合板相比,缝合复合材料层合板面内拉伸性能有所降低(碳纤维缝合复合材料除外),在给定缝合密度下最大降幅为14%;缝合复合材料层合板的层间剪切性能较未缝合层合板都有不同程度的提高,在给定缝合密度下最大达到了40%,缝合可显著提高复合材料层合板的层间性能.     

喷射FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验

通过12组72件喷射纤维/树脂复合材料(FRP)试样的拉伸强度试验,研究了纤维种类、树脂基体材料、纤维体积分数、纤维混杂比及纤维长度等因素对喷射FRP拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率等性能的影响。通过8根钢筋混凝土(RC)柱试件的拟静力试验,研究了喷射玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)和混杂玄武岩-碳纤维/树脂复合材料(BF-CFRP)加固震损RC柱的抗震性能,分析了喷射FRP层厚度、纤维混杂比、柱预损程度和柱轴压比等对加固试件的极限承载力、抗侧变形能力、刚度退化特征和滞回特性的影响。结果表明:玻璃纤维与乙烯基酯树脂基体的协同工作性能最优,而玄武岩纤维具有耐久性高、延性好、与乙烯基酯树脂基体协同工作性能好等优良性能,可以作为玻璃纤维的良好替代品;玄武岩纤维混杂少量比例的碳纤维作为树脂基体增强材料,可以有效提高喷射FRP的拉伸强度和变形性能;震损RC柱经喷射FRP加固后,可以基本恢复其震损前设计极限承载力,并有效提高其延性和耗能能力。该加固方法可以对地震区已震损RC柱进行快速加固,有效防止整体结构在余震中发生倒塌等严重破坏。      

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

纤维/镁合金混杂层合板低速冲击响应及损伤模拟

为了研究新型纤维增强镁合金混杂层合板在低速冲击下的力学响应,分别对由玻璃纤维、碳纤维和二者混杂增强的AZ31B镁合金层合板在不同冲击能量下的落锤低速冲击试验进行了数值模拟。基于镁合金各向异性塑性本构和指数关系界面脱粘内聚力本构模型,同时纤维复合材料层采用三维Hashin失效准则且引入刚度折减,编写了复合材料层板损伤的VUMAT子程序,并将该子程序嵌入ABAQUS/Explicit中实现对层合板冲击过程的模拟。研究了该纤维层合板在不同冲击能量下的动态冲击响应以及脱粘与损伤演化规律,分析了冲击载荷、形变和能量吸收随时间的变化规律。模拟结果表明:在冲击能较小时,首先在冲击背面出现基体开裂,随着冲击能的增加,层合板受冲击面出现由无明显损伤到出现基体开裂和纤维断裂的现象;与单一碳纤维增强的镁合金层合板复合材料相比,单一玻璃纤维增强的镁合金层合板在冲击载荷作用时能够吸收更多的能量,碳纤维层内混杂合适的玻璃纤维铺层能够提高碳纤维增强镁合金层合板的抗冲击性能。     

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。      

包装箱用混杂纤维复合材料的设计

目的 研究混杂纤维复合材料在静载荷作用和拉-拉疲劳载荷条件下的力学性能及其在包装箱等领域的应用。方法 采用树脂转移模塑成型工艺制备5种包装箱用混杂纤维复合材料,并对试样进行拉伸性能和拉-拉疲劳性能测试。结果 纯C试样的拉伸强度高于C/G层内和C/G层间试样;在相同的铺层和织布方式下,C/G层内试样的拉伸强度高于C/G层间试样;纯G试样的塑性明显优于C/G层内和C/G层间试样,C/G层内试样的断裂伸长率高于C/G层间试样;C/G层内试样具有混杂正效应,可保证在具有较高强度的同时具备良好塑性。玻璃纤维在提高复合材料料板疲劳寿命上的作用要高于芳纶纤维,前者的刚度退化会低于后者,且碳纤维和玻璃纤维的层内混杂方式要优于层间混杂,层间混杂在复合材料抵抗疲劳损伤时具有正混杂效应。     

连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的界面性能

用SEM观察了复合材料的微观断面结构,用横向拉伸强度和层间剪切强度表征玻璃纤维(GF)、T700碳纤维(CF)、芳纶纤维(F-12)增强PPESK树脂基复合材料的界面性能,研究了界面性能对三种复合材料耐湿热性能的影响.结果表明,T700/PPESK和F-12/PPESK复合材料的界面粘接性能均优于GF/PPESK复合体系.三种纤维复合材料的破坏机理不同:玻璃纤维发生纤维与树脂的界面脱粘破坏,碳纤维复合材料在破坏时,树脂与纤维并没有完全脱粘,破坏发生在树脂内;而芳纶纤维复合材料的破坏总伴随着纤维本身横向的撕裂破坏.三种复合材料体系均具有较低的吸湿率和良好的耐湿热性能,T700/PPESK复合材料在湿热条件下的性能保持率最高.     

玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板对球形弹斜冲击响应特性实验研究

为了研究玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板在球形弹高速斜冲击下的损伤特性,利用一级气炮对2 mm厚度的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板和含一层、三层304不锈钢网的玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板进行倾角为30°的冲击实验,以揭示304不锈钢网对层合板弹道极限和能量吸收的影响规律,并分析层合板损伤特征及其机理。通过实验发现,含有三层不锈钢网层合板的弹道极限最高,而不含不锈钢网层合板和含一层不锈钢网层合板的弹道极限速度接近。层合板吸收的能量随着弹体速度增加呈现出先增加后趋于平稳,然后急剧上升的趋势。层合板损伤模式为基体开裂和破碎、分层、不锈钢丝拉伸断裂、纤维拉伸断裂和剪切断裂。层合板分层损伤面积随弹体速度增大先增大后减小,最后趋于稳定。当弹体速度较低时,层合板主要发生纤维拉伸断裂、基体开裂、层间有分层损伤产生。随着弹体速度的增大,层合板正面纤维逐渐发生压剪断裂、基体破碎,背面纤维发生严重的拉伸撕裂。      

碳纤维增强复合材料层合板Lamb波衰减特性研究

为提取适用于碳纤维增强复合材料层合板声发射故障诊断的模态信号,利用三维弹性理论及传递矩阵法获得Lamb波的频散曲线。以碳纤维增强复合材料层合板为研究对象搭建实验平台,改变断铅激励位置从而获得不同声发射信号。对采集的声发射信号进行小波尺度谱分析,结合频散曲线分离出不同模式的Lamb波,分别研究其不同频率的幅度及能量衰减特性。实验结果表明,较其它信号,低频率S0波幅度信号衰减速度较低,对碳纤维增强复合材料层合板的声发射故障诊断研究具有较大优势。     

Evaluation of quasi-isotropic plate and cylindrical shell fabricated with green composite sheets

Conventional fiber reinforced plastics (FRPs) have some problems in the case of disposal. Their combustion disposal discharges the carbon dioxide in the air because resins of FRPs are made of fossil fuel. In the case of disposal into the ground, these FRPs remain semi-permanently without decomposing. Therefore, green composites are now developed and are studied as one of less the environmental burden materials. In this study, two kinds of continuous green composite sheets, which were composed of Kenaf fibers or Linen fibers as reinforcement and biodegradable poly butylene succinate (PBS) resin as a matrix, were fabricated with a pultrusion molding. Since the PBS resin is a thermoplastic resin, the PBS/KENAF or PBS/LINEN composite sheets can be treated as intermediate materials such as Carbon Fiber Reinforced Plastic prepregs. In order to apply the PBS/KENAF or PBS/LINEN composite sheets to structural components, quasi-isotropic plates and cylindrical shells were fabricated and evaluated.     

混杂纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验及理论研究

该文提出了碳/芳纶/玻璃三种纤维混杂思路,高强、高弹模碳纤维提高承载能力,高延伸率玻璃纤维改善延性,而芳纶纤维使应力从碳纤维向玻璃纤维平稳转移。通过对11根钢筋混凝土梁的抗弯试验,研究了不同混杂方式、混杂结构、纤维布层数对梁抗弯性能的影响。结果表明:如果应力转移不平稳,混杂纤维布将与混凝土发生局部剥离,导致混杂纤维布加固效果降低;在相同纤维布层数条件下,与单一碳纤维布加固梁相比,碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布加固梁的初裂、屈服、峰值和极限荷载分别降低了22%、12%、12%和16%,而位移延性系数提高了20%,表明碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布能够显著降低单一碳纤维布的脆性。在试验研究的基础上,采用弹塑性截面分析法计算了混杂纤维布加固梁的承载力,理论计算值与试验值吻合良好。     

Performance improvement of carbon fiber/polyethylene fiber hybrid composites

Carbon fiber/polyethylene (PE) fiber hybrid composites were fabricated by open leaky mold method. The positional effect of PE fiber was investigated concerning the mechanical performance improvement of carbon fiber/PE fiber hybrid composites. The influence of adhesion level of PE fiber on the hybrid properties was studied using oxygen plasma, -MPS, and -MPS-modified polybutadiene (PB/-MPS) as surface modifiers. In case of carbon fiber/vinylester composite, -MPS and PB/-MPS acted as the bridge to bond carbon fiber to vinylester resin through the chemical bonding. In case of PE fiber/vinylester composite, plasma treatment of PE fiber introduced the etching and micro-pitting rather than the functional group on fiber surface. Therefore, the plasma treated composite exhibited a large increase in flexural strength compared with untreated composite. In the case of carbon fiber/PE fiber hybrid composites, the mechanical properties of hybrid composite strongly depended on the reinforcing fiber position. When carbon fiber was at the outermost layer, the hybrid composite exhibited the highest flexural strength among other hybrid composites. This was attributed to the fact that the compressive and tensile stress had maximum magnitudes in the outermost layer. The surface treatment of PE fiber at outermost layer had a significant effect on the flexural strength of hybrid composite.     

Toughness and Hot/Wet Properties of a Novel Modified BMI/Carbon Fiber Composite

The toughness and hot/wet properties of a novel modified bismaleimide (BMI) 5428/carbon fiber composite was investigated. Results indicate that the prepared BMI/T700 composite owns high toughness, excellent hot/wet properties and mechanical properties. The compression strength after impact (CAI) of 5428/T700 composite is 260 MPa, and the results of hot/wet test show that the long-term service temperature of 5428/T700 composite can maintain at 170 ℃.     

含纤维波纹缺陷复合材料层合板的损伤分析

纤维波纹是复合材料层合板制备过程中的一种常见缺陷,会导致其刚度和强度显著下降,有效地预测含波纹缺陷复合材料层合板的失效强度具有显著的意义。基于此,本文采用解析的方式分别构造了纤维波纹呈正弦起伏与余弦起伏状的复合材料层合板模型。利用该模型,以Tsai-Wu准则作为失效判据,研究了一种含纤维波纹的碳纤维/环氧树脂复合材料层合板在受压情况下的损伤演化过程,得到了碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的初始损伤强度。与有限元方法计算得到的损伤位置和损伤强度非常吻合,验证了本文算法的正确性。另外,相比于有限元方法,本文所述计算方法具有模型构造简单、计算效率高等优点,便于快速分析和确定含纤维波纹缺陷复合材料层合板的损伤位置与损伤强度。      

层间混杂复合材料板的拉伸强度预报

采用更为合理的分散度系数表达式改进了玻/碳层间混杂复合材料板断裂应变混杂效应系数公式,结合该混杂效应系数公式与复合材料强度混合定律,提出了层间混杂复合材料单向板的拉伸强度预报方法。将该混杂效应系数公式引入复合材料多向板渐近损伤有限元分析模型,修正了低延伸率纤维单层板的拉伸强度值,在此基础上提出了层间混杂复合材料多向板拉伸强度预报方法,并讨论了刚度退化方案。结果表明,模型预报值与实验均吻合较好,尤其考虑混杂效应的预报值与实验情况更加接近;基体退化系数大的刚度退化方案与实验更为吻合。     

Performance of piezoelectric fiber-reinforced composites for active structural-acoustic control of laminated composite plates

This paper deals with the active structural acoustic control of thin laminated composite plates using piezoelectric fiber-reinforced composite (PFRC) material for the constraining layer of active constrained layer damping (ACLD) treatment. A finite element model is developed for the laminated composite plates integrated with the patches of ACLD treatment to describe the coupled structural-acoustic behavior of the plates enclosing an acoustic cavity. The performance of the PFRC layers of the patches has been investigated for active control of sound radiated from thin symmetric and antisymmetric cross-ply and antisymmetric angle-ply laminated composite plates into the acoustic cavity. The significant effect of variation of piezoelectric fiber orientation in the PFRC layer on controlling the structure-borne sound radiated from thin laminated plates has been investigated to determine the fiber angle in the PFRC layer for which the structural-acoustic control authority of the patches becomes maximum.     

聚酰亚胺纤维与碳纤维缠绕复合气瓶性能对比研究

本文主要研究高性能国产聚酰亚胺纤维在复合材料气瓶上的应用,并表征其与进口碳纤维的性能差距.采用国产聚酰亚胺纤维进行缠绕成型工艺优化与复合材料性能测试分析,在测试数据及工艺优化基础上针对其进行了复合材料气瓶的强度设计.分别采用聚酰亚胺纤维、进口T300、T700以及T800碳纤维缠绕成型复合材料气瓶,进行水压爆破压强的测试,并引进声发射检测技术对其在水压过程中的损伤信号进行监测分析.结果表明聚酰亚胺纤维缠绕工艺性良好,与树脂界面结合优异,适用于湿法缠绕成型工艺.复合材料拉伸强度达到1 708 MPa,纤维的强度发挥率高达80%,相比于碳纤维复合材料其呈现出较好的断裂韧性,有利于减少复合材料气瓶在水压下的应力损伤.缠绕成型的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶容器特征系数(PV/W)高达32.2 km,其在航空航天、医用、汽车、核工业等领域具有广阔的应用前景.     

国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.