铝合金板厚度对硼/环氧补片单面修复试件疲劳性能的影响

采用单向硼/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹不同厚度铝合金板,测试了修复试件的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率和裂纹扩展纹线考察不同厚度铝合金板修复后疲劳性能的差异。结果表明：硼/环氧补片胶接修复后,铝合金板的疲劳寿命大幅度提高,且疲劳寿命提高幅度随铝合金板厚度增大而降低。厚度为1.76mm、5.20mm和10.20mm 3种铝合金板修复试件的疲劳寿命分别是未修复试件的22.30倍、12.84倍和8.40倍。厚度为1.76mm铝合金板修复试件在铝合金板完全断裂后还能继续承担疲劳载荷,而厚度为5.20mm和10.20mm 2种铝合金板修复试件在铝合金板断裂后完全破坏。裂纹扩展速率和归一化裂纹长度差均随铝合金板厚度增大而增大。     

炭纤维/ 环氧复合材料单面修补中心裂纹铝合金板的静态和疲劳特性

利用真空袋压工艺, 采用单向炭纤维复合材料补片对中心裂纹铝合金板进行了单面胶接修补。测试了复合材料修补板的静态拉伸强度及修补板在拉拉疲劳过程中的裂纹扩展、界面脱粘和剩余拉伸强度等疲劳性能。结果表明, 复合材料补片胶接修补能有效地提高裂纹板的破坏强度和刚度, 降低裂纹板的疲劳裂纹扩展速率, 提高其疲劳寿命。裂纹板经单向炭纤维/ 环氧复合材料补片修补后, 其破坏强度从311. 48 MPa 提高到364. 74 MPa ,疲劳寿命从32217 次提高到77546 次。疲劳导致修补结构的粘接界面脱粘, 脱粘区域近似椭圆形; 脱粘面积随疲劳周次的增加而增加, 且增加的幅度与疲劳周次相关。      

基于全试验设计方法的含裂纹铝合金板复合材料修补参数优化

建立含穿透裂纹铝合金板复合材料单面胶接修补板条的三维有限元模型,基于位移外推法对裂纹尖端的应力强度因子(SIF)进行求解。使用全试验设计的方法对不同修补参数下修补板条的单向拉伸试验进行仿真模拟,利用二次方程描述并研究了补片长度、补片厚度及胶层弹性模量共同作用时对SIF的影响,确定了以SIF为评价指标时对修补效果影响最大的修补参数,优化了修补设计,并应用优化修补参数进行单向静拉伸试验。结果表明,当三类修补参数共同作用时,补片长度对修补效果影响最大;使用优化修补参数单面修补试验件的破坏强度比未修补板的提高了12.1%,恢复到完好板的90.5%。     

铝合金裂纹板的阳极化处理与复合材料补片胶接修理效果

采用磷酸阳极化方法对胶接修理铝合金裂纹板的粘接表面进行了处理,并用单向碳纤维/环氧复合材料补片对铝合金进行了修补.测试了阳极化铝合金的粘接性能、修补结构的静态力学性能和疲劳性能,考察了粘接表面的阳极化处理对修补结构的静态力学性能和疲劳性能的影响.结果表明,磷酸阳极化在铝合金表面形成多孔膜,复合材料补片修补胶接时胶粘剂能渗透进入阳极化铝合金表面的多孔膜,在粘接界面上形成一层过渡层,该过渡层的形成能有效提高其与复合材料的粘接性能,其粘接副的拉剪强度提高了104%;铝合金裂纹板胶接修理前的粘接表面的阳极化处理能大幅度地提高修复结构的静态强度和疲劳寿命,当用单向碳纤维/环氧复合材料补片单面修补时,修补结构的破坏强度为418.13MPa,恢复到完好板的93.42%;修补结构的疲劳寿命相对裂纹板延长了1.42倍,比未阳极化的修补板的疲劳寿命增加了27.59%.修补前的阳极化处理也使修补结构在一定周次疲劳后的剩余强度有所提高.     

金属裂纹板复合材料胶接修补强度的弹塑性有限元预测

金属裂纹板经复合材料补片胶接修补后,其结构强度明显提高,但裂纹板中的裂纹会导致严重的应力集中现象,并易产生塑性变形,呈现强烈的材料物理非线性特性,需要采用弹塑性力学原理,进行复合材料胶接修复结构的静强度预测。为此,考虑金属板材料的非线性特性,建立了金属裂纹板复合材料胶接修补结构的弹塑性有限元模型,并通过试验验证了模型的有效性。在此基础上,提出了基于裂纹尖端的张开位移(COD)判据的拉伸强度预测方法,分析了修复结构的塑性应变、COD以及静拉伸强度。结果表明:相对于应力强度因子K判据, COD判据能更有效地预测修复试件的静拉伸强度。      

单向拉伸条件下补片参数对复合材料胶接修复结构的影响

建立含中心半穿透圆孔的损伤金属板修补结构的三维有限元模型,以应力集中系数(Stress Concentration Factor,SCF)和挠度w作为复合材料胶接修复效果的指标,分析单向拉伸条件下,正方形补片的长度、厚度和铺层方式对修复效果的影响。结果表明:补片长度取孔直径的3.5倍、厚度取孔深度的0.6~0.8倍、铺层方式取0°/90°铺层时,复合材料单面修复含损伤裂纹板的效果较好。根据分析结果制备了实验件,进行了单向静拉伸实验,修补实验件的破坏强度比未修补实验件提高了10.1%。     

金属裂纹板复合材料修补结构的超奇异积分方程方法

根据应力强度因子在线弹性范围内具有可叠加性,将金属裂纹板复合材料修补结构进行简化,在表面裂纹线弹簧模型的基础上,建立了基于超奇异积分方程的Line-Spring模型。利用第二类Chebyshev多项式展开的方法,将超奇异积分方程转化为线性方程组,推导出以裂纹面位移表示的应力强度因子表达式,得到了裂纹尖端应力强度因子的数值解,并利用虚拟裂纹闭合法加以验证。参数分析确定了影响对称修补裂纹板应力强度因子的两个主要参数:胶层界面刚度和补片与金属板刚度比,为胶接修补结构的承载能力分析以及改进设计提供理论依据。     

碳纳米管增强镁基复合材料热残余应力的有限元分析

为了探寻Ni层厚度对镀镍碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料(Ni-CNTs/AZ91D)中热残余应力的影响, 在实验基础上, 建立不同Ni层厚度时Ni-CNTs/AZ91D复合材料的有限元模型, 模拟了Ni-CNTs/AZ91D复合材料中热残余应力的分布。研究发现: 在碳纳米管表面镀镍能够明显降低Ni-CNTs/AZ91D复合材料中的热残余应力。Ni-CNTs/AZ91D复合材料中, 热残余应力在Ni层厚度为6nm时最小; Ni层厚度由2nm增至6nm时, 热残余应力随着Ni层厚度的增加而减小; 当Ni层厚度超过6 nm时热残余应力随着Ni层厚度的增加而增大。复合材料中热残余应力的最大值随碳纳米管表面Ni层厚度的增加向Ni层与基体的界面移动。      

复合材料修补件的强度和疲劳性能

复合材料贴片修补损伤金属结构件已被证明是一种可靠的低成本高效益结构补强延寿方法，对复合材料贴片修补前后的含裂纹7075－T6铝合金薄板进行了拉伸和疲劳性能研究，结果表明，修补后构件的强度和疲劳寿命都明显提高，随着硼－环氧复合材料补片层的增加，修补铝合金板的疲劳扩展速率显著下降，疲劳寿命可获得10倍以上的改善，基于Rose分析解发展了一个简单的疲劳寿命预测模型，通过与试验结果比较证明了该模型的简单有效。     

压电复合材料的共线周期性裂纹平面问题的电弹性场分析

利用复变函数知识、半逆解法及待定系数法, 研究了压电复合材料的共线周期性裂纹问题, 给出了在电不可渗透边界条件下的应力、电位移、应力强度因子、电位移强度因子和机械应变能释放率的解析解。当裂纹间距趋于无穷时, 共线周期性裂纹退化为一条单裂纹, 得到了压电复合材料一条单裂纹的结果。通过数值算例讨论了共线周期性裂纹的裂纹长度、裂纹间距和机电载荷对机械应变能释放率的影响规律。结果表明, 机械应变能释放率随着共线周期性裂纹的裂纹长度、共线周期性裂纹的裂纹间距、机械载荷和正电场的增大而增大, 随着负电场的增大而减小。     

Thermal postbuckling analysis of laminated composite plates

The thermal postbuckling behavior of graphite/epoxy multi-layered rectangular plates of various boundary conditions is studied using the finite element method. Temperature dependent thermal and elastic properties of the material are used in the analysis. The nonlinear finite element equations are solved as a sequence of linear eigenvalue problems to trace the thermal postbuckling paths of 15-layered symmetric angle-ply plates. The presence of secondary instability with an unsymmetric deformation mode has been identified for symmetric laminates under uniform temperature rise. In the case of linearly varying temperature rise through the thickness of the plate, the nonlinear equilibrium equations are solved by the modified Newton–Raphson technique to get the temperature-displacement curves.     

Shear Plugging and Frictional Behaviour of Composites and Fabrics Under Quasi‐static Loading

Experimental studies are presented on the shear plugging and frictional behaviour of composites and fabrics under quasi‐static loading. The primary focus is on the effect of specimen thickness on quasi‐static shear plugging behaviour. In the present study, quasi‐static shear plugging and through‐the‐thickness frictional tests are carried out on three types of materials. The materials investigated are 2D plain weave E‐glass/epoxy, 2D plain weave T300 carbon/epoxy and 2D plain weave E‐glass fabric. Typical results on shear plugging strength and frictional behaviour are presented. Effect of specimen thickness on quasi‐static shear plugging behaviour is also investigated.     

T-700碳纤维增强复合材料的激光辐照性能研究

采用Rofin-Sinar 850型CO_2激光器研究了T-700碳纤维/g氧树脂及T-700织物/酚醛树脂2种复合材料体系的激光辐照特性.研究表明,T-700碳纤维增强树脂基复合材料在激光辐照时均首先产生燃烧现象.在032激光器的输出功率2355(士3%)w、光斑直径10mm、光斑功率密度3kW/cm~2、辐照时间3s条件下,T-700碳纤维/环氧树脂与碳布/酚醛树脂复合材料的质量损失相当,质量损失最大为0.1666g.在激光辐照下,增加T-700碳纤维/环氧树脂复合材料厚度可以起到明显的隔热作用,在碳布/酚醛树脂复合材料表面粘贴DQ绝热层可有效提高激光辐照隔热性能.     

基于动刚度法的热环境下纤维增强聚合物基复合薄板抗振性能的退化

从动力学角度,提出了动刚度法来研究热环境下纤维增强聚合物基复合薄板的抗振性能退化特性。首先,考虑脉冲激励载荷的影响,利用能量法、板壳理论和振型叠加法等,实现了热环境下动刚度的理论求解。同时,总结和归纳了热环境下复合薄板抗振性能退化的分析流程,并以TC500碳纤维/树脂基复合薄板为例,通过对比理论与测试获得的动刚度、固有频率、阻尼和振型结果,证明了该动态指标的有效性和方法的可行性,可以利用该指标来量化评价复合薄板在热环境下的动态性能退化问题。      

超细玻璃粉增强环氧树脂的研究

研究了玻璃粉/环氧树脂封接复合材料的制备与性能.利用激光粒度分析仪、电子多功能实验机、SEM、热分析仪等测试粉料粒径、结构形貌以及机械强度等性能.结果表明,在玻璃粉的制备过程中,加入适量的活性剂(硬脂酸盐),可以大大降低玻璃粉的粒径和粒径分布范围.将超细玻璃粉用偶联剂处理后,与环氧树脂混合制备成封接复合材料,比环氧树脂具有更好的力学性能和热稳定性.     

聚乙二醇对环氧胶衣温度冲击开裂性能的影响

为开发一种满足航空环境要求的新型环氧胶衣,首先,研究了不同分子量、不同含量的聚乙二醇(PEG)改性环氧胶衣在室温下的冲击韧性及冲击断面形貌;然后,采用一种简单温度冲击试样模型,着重研究了PEG改性环氧胶衣在温度冲击(-50℃/30 min+90℃/30 min)下的开裂性能,并通过分析热膨胀及储能模量等的变化趋势对其进行了验证。结果表明:5wt% PEG-1000改性环氧胶衣的冲击强度比未改性环氧胶衣的提高了31.8%,达到最高值4.97 kJ·m-2;PEG-1000和PEG-2000改性环氧胶衣的冲击断面呈现出更明显的塑性变形形貌,胶衣的冲击韧性得到提高;15wt% PEG-400改性环氧胶衣在温度冲击下的宏观初始开裂性能达到最佳,平均初始开裂需要进行10.4次循环;改性环氧胶衣的耐开裂扩散性能基本上随着PEG分子量和含量的增加而提高,但裂纹宽度也会随PEG分子量的增加而扩大。      

环氧树脂基轻质芯材夹层复合吸声结构的水声性能

用玻璃纤维、乙烯基树脂、环氧树脂和空心玻璃微珠等为原料合成了环氧树脂基轻质夹层复合吸声结构(EPS),在脉冲声管和消声水池中测试了EPS试件的反射系数和吸声系数,测试结果表明,EPS的水声性能受到芯材基体比例、聚醚胺固化剂含量及分层比例等工艺参数的影响,通过合理控制这些参数,可以使芯材相对密度0.8±0.05、厚度25...     

Assessment of cure-residual strains through the thickness of carbon–epoxy laminates using FBGs Part II: Technological specimen

This paper is a continuation of our previous study [Mulle M, Collombet F, Olivier P, Grunevald Y-H. Assessment of cure residual strains through the thickness of carbon–epoxy laminates using FBGs, part I: elementary specimen. Compos Part A 2008. doi:10.1016/j.compositesa. 2008.10.008] pertaining to the assessment of autoclave cure-induced strains through the thickness of carbon–epoxy laminates. In this first part, postulates and measurement procedures were established for cure of elementary specimens. Based on these, this study undertakes investigation on what are called technological specimens. These specimens are of the beam type and contain geometrical specificities which represent typical structural issues. In-plane process-induced strains were studied through the thickness of a thick reinforced zone using several optical fibre Bragg gratings (FBGs) sensors embedded at different levels of the ply stack. A non-uniform distribution of residual strains was detected. Once cured, the technological specimen was subjected to a heating test whose cycle was comparable to the cure cycle. Thermally induced strains were measured with the embedded FBGs. The values recorded were compared with those of cure-induced residual strains and FEM simulation. Discrepancies were observed that strongly suggest the possible influence of environmental effects and the need for the calculation to take into account the through-the-thickness variability of thermal properties.     

偶联剂对玻璃纤维/环氧单向复合层板性能的影响

本文讨论了五种偶联剂对玻璃纤维/环氧单向复合层板电性能和力学性能的影响.结果表明,玻璃纤维经偶联剂处理后,其浸润活化能降低,与环氧树脂基体间的化学反应活性得到改善.因此偶联剂赋予玻璃纤维与环氧树脂基体间以良好的界面粘结性,从而提高了玻璃纤维/环氧单向复合层板的电性能和力学性能,其提高的幅度大小与偶联剂的化学结构有关.     

Preparation and thermal properties of layered porous carbon nanotube/epoxy resin composite films

A floating-catalyst spray pyrolysis method was used to synthesize carbon nanotube (CNT) thin films. With the use of ammonium chloride as a pore-former and epoxy resin (EP) as an adhesive, CNT/EP composite films with a porous structure were prepared through the post-heat treatment. These films have excellent thermal insulation (0.029--0.048 W·m⁻¹·K⁻¹) at the thickness direction as well as a good thermal conductivity (40--60 W·m⁻¹·K⁻¹) in the film plane. This study provides a new film material for thermal control systems that demand a good thermal conductivity in the plane but outstanding thermal insulation at the thickness direction.