温度-荷载耦合作用下GFRP-泡沫夹层结构I型断裂理论研究

复合材料夹层结构因其比强度高、比刚度高、耐腐蚀等优异性能,被广泛应用于多个领域。但现役条件下,复合材料夹层结构也面临着各种损伤。在现有应用中,温度、荷载共同作用下的面层与芯材的张开型剥离(I型断裂)是常见的失效模式。基于能量守恒的观点,应用弹性地基梁理论,推导开裂时面层与芯材之间裂纹扩展的应变能释放率表达式,并用该理论值与双悬臂梁试验得到的试验值作对比,验证温度-荷载耦合作用下裂纹扩展应变能释放率表达式的正确性。     

格构增强型复合材料夹层结构的制备与受力性能

真空导入成型工艺是一种新型的适合大型/异型复合材料结构件成型的技术.选用H-60 PVC泡沫、四轴向玻璃纤维布以及乙烯基酯树脂,通过在泡沫芯材上、下表面开槽,同时沿芯材厚度方向剖开,采用真空导入成型工艺制备出在结构上具有创新构型的格构增强型复合材料夹层结构.研究结果表明,真空导入成型工艺充模速度快、成型效益高;格构增强型复合材料夹层结构的剪切、平压与抗弯性能均较传统夹层结构得以提高;其格构腹板可有效抑制泡沫芯材剪切裂纹的扩展,避免面板与芯材的剥离破坏;阐明了格构增强型复合材料夹层结构的受弯极限承载能力.     

格构腹板增强轻木夹芯复合材料桥面板的制备与受弯分析

提出了一种新型格构腹板增强轻木夹芯复合材料桥面板,这种面板具有轻质高强、耐腐蚀、易拼装等特点,可用于军事舟桥等组合结构桥梁领域。该新型桥面板的复合材料面层、格构腹板与芯材在模具内通过真空导入工艺整体一次成型,利用格构腹板提高面层与芯材的整体性,可更大程度地发挥新型桥面板的受力性能。基于复合材料夹层结构经典理论,对该桥面板在典型轮式车辆和履带式车辆荷载作用下的性能进行了受力分析。结果表明:该桥面板的刚度满足设计要求;纤维面层正应力和轻木芯材剪应力均满足强度要求;与原同尺寸军用桥面板相比,减重57%。     

平纹编织C/SiC复合材料的断裂韧性

采用紧凑拉伸试件进行循环加载,研究了化学气相渗透工艺制备的二维平纹编织碳布增强碳化硅(C/SiC)复合材料的断裂韧性.基于实验结果,应变能释放率可分为弹性应变能释放率和不可逆应变能释放率,分别分析了弹性应变能释放率和不可逆应变能释放率随裂纹扩展的变化规律.发现在裂纹扩展初始阶段,裂纹分叉引起不可逆应变能释放率远高于弹性应变能释放率.随裂纹进一步扩展,不可逆应变能释放率迅速下降;最终两部分能量释放率都达到相近的平稳值,且不可逆应变能释放率大于弹性应变能释放率.对试件断裂表面进行扫描电镜分析,发现在裂纹尖端区域基体主要是剪切损伤,纤维具有很长的拔出长度.     

双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁弯曲性能试验

复合材料夹层结构具有比强度高、比刚度高、可设计性强、耐腐蚀等特点,以聚氨酯泡沫为芯材,以玻璃纤维增强复合材料为面板和格构腹板,采用真空导入成型工艺,制备双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁。对无格构泡沫夹芯复合材料梁,不同腹板高度、腹板间距双向格构增强泡沫夹层复合材料梁进行三点弯曲试验,研究其破坏模式和机理。基于泡沫填充矩形蜂窝芯材的等效十字模型,预估试件的抗弯刚度和挠度,计算值与试验值吻合较好。     

基于细观力学的短纤维增强复合材料断裂性能数值研究

基于细观力学,采用虚拟裂纹扩展结合有限元法计算了短纤维增强复合材料纤维端部不同方向裂纹的应变能释放率,研究了网格尺寸对应变能释放率计算结果的影响,并分析应变能释放率随裂纹长度,纤维的长度、半径和含量的变化关系。研究表明:网格尺寸对应变能释放率的计算结果影响小;不同区域的裂纹,其应变能释放率受裂纹长度的影响不同;应变能释放率随裂纹扩展方向变化曲线呈对称特点,其中滑移型裂纹的扩展阻力较小;应变能释放率随着纤维长度、半径和含量的增大而增大。     

复合材料夹层梁受弯破坏模式试验与理论分析

本文对不同芯材、不同高跨比的轻质复合材料夹层梁进行了试验研究.通过对夹层梁的各种破坏模式进行分析,研究了夹层梁的破坏模式与荷载、材料基本力学性能、几何参数的关系,并在此基础上绘制了夹层梁破坏模式图,预测了夹层梁的破坏模式.试验结果与理论分析吻合较好,夹层梁设计参数变化会引起破坏模式的相应改变.     

面板厚度对复合材料夹层梁整体及局部弯曲力学性能影响

考虑芯材局部压陷效应,对泡沫夹芯复合材料夹层梁整体及局部弯曲力学性能进行研究。分析了上面板厚度对夹层梁整体及局部弯曲力学性能影响规律。首先,对三种不同厚度上面板夹层梁进行三点弯曲试验,结果表明,夹层梁破坏模式为芯材压陷破坏和芯材剪切破坏;上面板厚度越大,夹层梁极限承载力越大;增大上面板厚度能有效减弱加载点位置芯材局部压陷效应。其次,基于考虑芯材竖向压缩变形的高阶剪切变形理论,对试验梁整体及局部弯曲受力机理进行分析,得到夹层梁上、下面板不同位置挠度及应变的分布规律。最后,对不同试验梁极限承载力进行理论分析,并与试验结果对比。     

芯材密度对复合材料夹层梁弯曲力学性能影响

研究了聚氨酯泡沫密度对复合材料夹层梁弯曲力学性能的影响。首先,对5种不同密度(48~413kg/m3)泡沫芯材复合材料夹层梁进行三点弯试验研究,结果表明,夹层梁极限承载力随芯材密度的增大而增大;当芯材密度大于等于199kg/m3时,继续增大泡沫密度,夹层梁极限承载力增加速度变慢;随着芯材密度的增加,夹层梁破坏模式由芯材压陷变为面板受压屈服破坏。其次,基于考虑芯材竖向压缩变形的高阶剪切变形理论,对不同试验梁弯曲受力机理进行弹性分析,得到夹层梁上、下面板挠度变化及应变分布规律,并与试验结果对比,验证了理论分析方法的正确性。最后,对试验过程中夹层梁典型的破坏模式进行极限承载力分析,提出其极限承载力计算公式,并与试验结果对比,结果吻合良好。     

芯层开槽对复合夹层板力学性能的影响分析

将芯层沟槽和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS,对芯层开槽的复合材料夹层板建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了沟槽尺寸和沟槽内树脂材料特性对上下面层与芯层问的应力分布以及对板竖向位移的影响,分析了沟槽中树脂对面层和芯层间抗剥离能力的增强作用.     

复合材料夹层梁树脂柱的影响分析

本文将芯层树脂柱和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS对舍有树脂柱的点阵增强型复合材料夹层梁建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了树脂柱的分布与材料特性对芯层与上下面层层间应力分布以及梁跨中最大位移的影响,分析了树脂柱对于增强面层和芯层间抗剥离能力的作用.     

复合材料泡沫夹层结构力学性能与试验方法

本文讨论纤维增强复合材料与聚合物泡沫组成的夹层结构的刚度、强度及弯曲性能试验方法;分析了复合材料面层的弹性常数、泡沫芯层的模量和夹层结构的刚度;阐述了夹层结构的应力分布和常见的5种破坏模式;对夹层结构的疲劳强度和冲击时的力学行为进行了探讨.     

格构腹板式界面增强泡桐木夹芯复合材料梁的弯曲性能试验

复合材料及其夹层结构具有轻质高强、耐腐蚀、节能保温等特点,以玻璃纤维增强复合材料作为面层和格构腹板,以泡桐木为芯材,采用真空导入成型工艺,制备出格构腹板式界面增加泡桐木夹芯复合材料梁。在保持试件总尺寸不变条件下,对木梁、无格构木芯梁、格构木芯梁进行了平面、侧面四点受弯性能试验研究对比。得出如下结论:同一种构造试件平面受压时所受的极限承载力和刚度比侧面受压时所受的极限承载力和刚度高;无格构木芯梁、格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度比木梁试件所受的极限承载力和刚度有明显的提高;格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度比无格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度有一定的提高。     

泡沫夹层结构复合材料的研究进展

泡沫夹层结构复合材料是由面板(蒙皮)与轻质泡沫芯材组成的层状结构复合材料。该文从泡沫夹层结构的芯材种类、泡沫夹层结构复合材料的力学性能、电性能等方面综述了泡沫夹层结构复合材料近年来的研究现状。     

短切碳纤维对GF-Fabric/EP夹层复合材料的增强作用研究

针对高速列车、新能源汽车等交通工具对高性能泡沫夹层复合材料的迫切需求，制备了玻璃纤维三维立体织物增强环氧树脂泡沫复合材料（下称GF-Fabric/EP复合材料）及其夹层结构，并重点探索短切碳纤维（Short carbon fiber,SCF）对其泡沫本身及夹层复合材料的增强作用。研究结果表明，SCF的填充通过受载时阻断环氧树脂泡沫内部裂纹的扩展，利用自身断裂及与基体脱粘等消耗能量，显著提升环氧树脂泡沫的力学性能，并可与玻璃纤维三维立体织物实现协同增强效果，在填充质量比为2%时复合材料力学性能最佳。同时，基于纤维的“桥联”作用，SCF的引入亦可有效改善铝合金面板与芯材的界面性能。     

硬质泡沫塑料在航空结构中的应用

主要介绍了复合材料夹层结构用泡沫塑料的品种、性能特点、国内外发展情况等。泡沫塑料具有密度低、比强度大、隔音、防震、电绝缘、耐热等特点。同时阐述了泡沫塑料作为复合材料芯材的应用,尤其是在直升机用复合材料芯材的应用。     

齿槽增强泡桐木夹层结构界面性能试验

采用在芯材表面开槽并注入树脂的方法,可以有效提高泡桐木夹层结构的玻璃纤维树脂面板与泡桐木芯材之间的黏结性能.为比较齿槽的界面增强效果,使用真空导入工艺制备了多个不同槽宽、槽深及间距的试件,应用双悬臂梁(DCB)方法,测试了夹层梁发生层间断裂时的能量释放率,发现齿槽构造可以显著地提高泡桐木夹层结构的界面性能.同时,分析了影响夹层结构界面性能的关键因素,齿槽的增强作用可体现在工艺和界面构造两方面.     

航天航空泡沫夹层结构的设计

<正>1夹层结构的介绍夹层结构是一种层合复合材料的特殊形式,它是由不同材料相互粘接组合,通过利用各个组分的性能特点达到整个系统组成的结构优势。夹层结构一般是由上面板、上面板与芯材的粘结层、芯材、下面板与芯材的粘结层以及下面板所构成,这五个要素组成了一个整体的夹层结构。在构造上通常是采用厚度较薄、强度高、刚度大的材料作为面板,而用密度小、厚度较     

基于细观结构的GFRP筋拉伸试验分析

对不同基体的长纤维复合材料(GFRP)筋开展拉伸强度试验,借助SEM观察筋体各阶段受力下的细观结构,得到关于拉伸性能作用的结论。实验可知,乙烯基GFRP筋与不饱和聚酯基GFRP筋相比具有更优的材料复合结构和界面,乙烯基筋体裂纹扩展的受荷强度比不饱和聚酯基筋高;GFRP筋在荷载作用下先是基体材料的裂纹扩展或者少数纤维的断裂,随着基体达到极限强度,裂纹开始由局部扩展至较大范围,直到筋体表面;在荷载强度达到破坏荷载的80%以上时,筋体细观结构表现出纤维与基体明显的剥离,筋体破坏与纤维和基体之间的剥离有较紧密的关系。     

PMI泡沫夹层复合材料电性能设计与实验研究

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层复合材料具有优异的宽频透波性能,被广泛用于制备透波雷达天线罩。为了设计满足宽频透波要求的某型天线罩,从复合材料结构原理出发,选择石英纤维增强环氧树脂复合材料为蒙皮,PMI泡沫为芯材的A夹层结构方案,采用三维全波电磁场仿真软件(CST软件)计算比较了不同蒙皮厚度和芯材厚度对A夹层结构透波性能的影响,得到了理论最优结构。进一步的平板试验结果表明,透波率的实际测试值与理论计算结果基本吻合,可见设计的A夹层复合材料结构可满足某型天线罩的宽频透波要求。