缠绕成型混杂纤维复合材料静态拉伸性能研究

研究了T700碳纤维/玻璃纤维、T700碳纤维/玄武岩纤维不同纤维配比混杂材料的层合板拉伸性能。结果表明,混杂纤维层合板的拉伸性能随着碳纤维含量提高而提高;高断裂位移的纤维可以提高混杂纤维复合材料的断裂伸长率。复合材料模量混杂公式得到的理论值与实际测量值比较接近;加入玻璃纤维或玄武岩纤维可以提高复合材料的韧性,同时节省成本。     

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料梁阻尼特性的细观力学分析

基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺序以及湿热效应对玻/碳纤维混杂复合材料层合梁阻尼性能的影响规律。结果表明：湿热环境导致材料产生湿热应变是影响阻尼特性的主要机理;玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的损耗因子均随温度及吸水浓度的增大而增大,且温度的影响远大于吸水浓度的影响;纤维体积分数越高,受湿热影响程度越大;铺层角度对损耗因子影响远高于湿热、混杂方式、纤维体积分数的影响。     

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。      

玻璃/苎麻纤维混杂复合材料力学性能研究

混杂纤维增强复合材料由于可以综合利用各种纤维的优点,极大的提高了复合材料的性能,拓展了复合材料的适用范围。本文采用玻璃纤维和苎麻纤维混杂酚醛树脂制备复合材料,研究了复合材料混杂比和铺层顺序对混杂纤维复合材料力学性能的影响。从结果可以看出,玻璃纤维和苎麻纤维的不同比例对混杂复合材料的力学性能有着显著的影响,而采用玻璃纤维作为芯层的时候可以获得较好的拉伸性能,采用苎麻纤维作为芯层的时候可以获得较好的弯曲和剪切性能。     

陶瓷/纤维层间混杂复合材料设计制作及抗弹体冲击性能测试

掩体作为战场中指挥、防御、观察、射击的综合性军事工事,其观察口为薄弱点,防护能力的大小关系着其内部人员是否安全。本文以防护轻武器为设计目标,设计、制作一种纤维/陶瓷层间混杂复合材料,并对其防弹能力进行测试。首先,基于显式有限元软件ABAQUS/Explicit,建立弹体冲击纤维/陶瓷层间混杂复合材料防护甲板的数值模型,研究混杂纤维与同种纤维、混杂纤维的不同比例及纤维的铺设角度对复合材料防护甲板抗冲击性能的影响。结果表明:两种纤维混杂且混杂比例为0.3~0.7、纤维铺设角度为:0°/30°/60°/90°/?60°/?30°/0°时防护效果最好。其次,根据模拟结果,利用缠绕成型和手糊工艺相结合的方式将高强玻璃纤维S-2/TDE-85环氧树脂复合材料层合板、SiC陶瓷及凯芙拉49纤维/TDE-85环氧树脂复合材料层合板依次堆叠,制作纤维/陶瓷层间混杂复合材料防护甲板试件。最后,利用改进的霍普金森压杆装置进行防护甲板的弹体冲击试验。结果表明:设计的防护甲板能够抵挡住平均速度为500 m/s子弹的贯穿,与理论计算的结果相符合。      

玻璃纤维-碳纤维混杂增强PCBT复合材料层合板的制备及低速冲击性能

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)预浸料,利用真空袋辅助热压工艺制备了玻璃纤维机织布-碳纤维机织布/聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(GF-CF/PCBT)混杂复合材料层合板。利用双悬臂梁(DCB)和三点端部开口弯曲(3ENF)试验对连续纤维增强PCBT复合材料层合板的层间强度做出评估。同时,利用低速冲击试验结合Abaqus/Explicit有限元仿真重点考察了混杂纤维增强PCBT复合材料层合板的低速冲击性能。试验结果表明:尽管CF/PCBT复合材料层合板具有优异的层间性能,当冲击能量为114.3J时,由于CF自身的脆性,CF/PCBT复合材料层合板被完全穿透,而GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板只在表面形成凹痕。与纯CF增强PCBT复合材料层合板相比,铺层形式为[CF/GF/CF]25的GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板的抗冲击损伤能力提高2倍。仿真得到的云图显示,冲击引起的应力在CF中的分布区域要明显大于在GF中的分布区域。     

碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能及其模拟

本文基于实验和数值模拟方法研究了碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能。采用商业有限元软件ABAQUS建立了层间/层内两类混杂复合材料低速冲击模型,采用基于应变形式的Hashin失效准则模拟面内损伤;零厚度Cohesive内聚力单元预测层间分层;编写VUMAT子程序定义渐进失效过程,并结合C扫和Micro-CT扫描,分析了复合材料内部微观损伤形貌及损伤分布情况。结果表明,层间混杂结构复合材料的抗冲击性能更优,其中铺层形式为I-C的混杂复合材料抗冲击性能最佳,冲击面为玻璃纤维时混杂结构复合材料对冲击响应区别不明显,CN-1层内混杂结构复合材料抗冲击性能优于CN-2层内混杂结构复合材料。低速冲击损伤主要为冲击处纤维断裂、基体破坏及界面分层,混杂结构可有效降低冲击破坏,层间混杂结构中玻璃纤维层损伤较大,层内混杂结构损伤受混杂界面影响,碳纤维束对临近的玻璃纤维束具有保护作用。      

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。     

碳纤维/Kevlar纤维混杂复合材料的研究进展

纤维混杂复合材料作为一种先进的复合材料,受到国内外众多研究者的青睐。介绍了纤维混杂复合材料的发展,并描述了纤维的混杂方式。着重概述了碳纤维/Kevlar纤维混杂复合材料在拉伸性能,冲击性能,压缩性能,摩擦性能,吸湿性能,阻尼性能,热性能方面的研究进展。简要探讨了纤维走向、铺层方式、混杂比等对其性能的影响。     

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。     

纤维复合材料层合板内埋光纤光栅传感器的保护技术

内埋的光纤Bragg光栅（FBG）传感器的存活率及测试精度是其在线监测纤维增强树脂基复合材料制备和服役状态的重要前提。采用[90₁₁/0₁₁]的碳纤维预浸料铺层方式,在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用模压成型工艺制备复合材料层合板。在异向铺排（光纤光栅方向与碳纤维方向不同）的45°方向光纤光栅传感器内埋于碳纤维预浸料层间的过程中,对其采用4种不同的保护方式。通过对比实验结果发现:当对异向铺排的FBG传感器不采取保护措施时,在加热加压复合材料时光纤光栅容易失活;整层铺设同向预浸料以保护异向铺排的FBG传感器的方式改变了具有特定铺层参数复合材料的力学性能;采用窄长条同向预浸料上下包埋保护FBG传感器的方式增大了应变光栅测量结果的系统误差;采用窄长条同向预浸料上下包埋并在邻近铺层开凹槽的保护方式能明显提高内埋光纤光栅的存活率及测试精度。      

Macroscale assessment of low-velocity impact on hybrid composite laminates

Composites are usually brittle materials and have low impact properties. Structural dimensions, stacking sequence, ply materials, ply thicknesses and ply angles are standard variables that influence composite‘s performance against impact loads. Stacking sequence in hybrid laminates affects the failure and impact resistance. Failure mechanisms at the low-velocity impact of a rigid object in hybrid laminates are complex, and the subsurface damage in a composite laminate cannot be detected directly. However, various simulation platforms make it easy to see the impact damage between the plies of laminate. This paper numerically investigated the effect of stack sequence and hybridization of two fiber types against low-velocity impact. The current study adopted four-layer composite laminates of carbon and glass fiber layers with a stacking plan [C/C/C/C], [C/G/C/G] and [G/C/G/C], having lay-up angles as [0°/45°/−45°/90°]. Keeping the impactor mass and the incident velocity constant, the laminates were subjected to low-velocity impact. The damage contours for a failure mode were recorded and compared at the ply level. The numerical study resulted in impact imitations showing comparisons of the damage contours using Hashin failure criteria. Hybrid laminates display better performance in absorbing impact energies; however, hybrid laminates experienced more subsurface damage due to more impact energy absorption.     

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。     

Investigation of the mechanical behavior and vibration characteristics of thin walled glass/carbon hybrid composite beams under a fixed-free boundary condition

In the present work, woven fabric glass laminate is modified by interplying high modulus carbon fabric layers for improving the stiffness to weight ratio to enable good performance in dynamic conditions. The glass, carbon, and hybrid of glass/carbon laminates were fabricated with two different stacking sequences by hand layup method and tested for evaluating the mechanical properties with considerable trials. The vibration characteristics of composite beams were experimentally studied by impulse excitation techniques under fixed-free boundary conditions. The stacking sequence of beams influences the mechanical properties and vibration characteristics. The modal response of tested samples are compared and discussed.     

考虑纤维方向分布的玻纤增强PP复合材料拉伸性能

纤维方向及其分布对玻纤增强PP复合材料的力学特性具有至为关键的影响。提出了一种快速获取纤维数量及每根纤维方向的方法。通过引入方向张量, 利用Moldflow软件进行玻纤增强PP树脂注塑成型模拟获得纤维方向的平均分布, 结合显微方法观察判断特定点的纤维沿厚度方向的分层情况及定量判断纤维方向的分布。对轿车玻璃纤维增强注塑仪表板的纤维方向相对一致处取与纤维方向呈0°、45°、90°的样条, 通过拉伸实验测得拉伸模量, 利用所提出的方法研究了仪表板内玻纤方向的分布及其对拉伸模量的影响。研究结果表明: 玻纤增强注塑仪表板的力学性能是各向异性的, 其沿厚度方向纤维按方向大致可分为三层。     

循环加载条件下复合材料层板的剩余刚度试验研究

对玻璃纤维／环氧和碳纤维／环氧复合材料层板进行了循环拉伸加载试验，研究了纤维铺设角度对复合材料层板力学性能的影响。通过对多种复合材料层板循环拉伸加载，观察复合材料的剩余刚度变化的一般规律，为复合材料的优化设计提供必要的理论依据。