基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:2.复合材料层合板拉伸过程的有限元分析

针对实际使用中平纹织物复合材料铺层角度问题,将0°/45°/90°/-45°铺层的层合板作为有限元分析对象,研究其犬骨试验件在单向拉伸作用下的响应。分析过程中,将试样视作宏观均匀的弹性材料,利用已得出的平纹织物复合材料的物性值,以8节点块单元对模型进行离散,通过分步施加载荷,得到复合材料的应力与应变曲线。与实测值作对比发现,仿真结果同实测结果相吻合。将节点反力作为复合材料单胞模型的边界条件,对复合材料进行失效预测。结果表明:角度铺层设计可以减弱细观结构的开裂和分层;且在承受相同的拉伸应力下,铺层复合材料单胞内树脂单元失效的数量少,因此具有更高的强度。     

织物多方向弯曲性能测试新方法

针对现有的织物弯曲性能测试方法利用一块试样只能得到一个方向结果的问题,探索了织物多方向弯曲性能测试方法。首先,选取20块常见织物,用传统的斜面法测试织物0°、90°、45°和135°的弯曲长度;然后,用自行设计的多方向弯曲性能测试方法测试织物4个方向(0°、90°、45°和135°)的投影长度和投影面积;最后,用相关分析研究了投影长度和投影面积与弯曲长度的关系。结果表明:投影长度和投影面积均与弯曲长度具有较好的相关性,相关系数约为0.95;本文方法可利用一块试样同时测试织物0°、90°、45°和135°的弯曲性能,且每个方向有2组结果,比传统的斜面法更高效,还可将织物弯曲各向异性可视化,在一个图像上体现某一方向的弯曲稳定性。     

基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟

为了更有效预测国产碳纤维增强材料在冲击载荷下的损伤情况,以国产碳纤维(CCF300)/环氧树脂(5228)复合材料层合板为对象,利用专业有限元仿真软件ABAQUS进行冲击破坏性能数值模拟研究。采用复合材料渐进损伤法,建立CCF300碳纤维层合板在低速冲击载荷下的损伤和变形三维有限元模型。通过三维实体单元模拟层合板,利用内聚力接触模拟单层板间的接触,从而模拟层合板层内和层间的不同失效模式。使用FORTRAN语言编写ABAQUS材料用户子程序VUMAT实现模拟,程序中包含本构方程的求解、损伤准则对单元失效的判定和损伤单元参数退化3部分,材料的单元失效是通过引入状态损伤变量来判断。仿真模型可通过调用子程序来模拟复合材料的纤维拉伸、压缩失效、基体开裂、挤压失效4种层内损伤,同时ABAQUS本身可以模拟材料分层损伤。通过仿真得到了材料的最大冲击破坏载荷和损伤模式的效果图。     

二维二轴编织铺层复合材料压缩性能的研究

利用二维编织机,设计编织用芯模尺寸,编织成不同层数的编织铺层复合材料。讨论多层碳纤维/环氧树脂编织铺层复合材料的压缩性能,并分析不同层数、不同编织角的编织铺层复合材料的平均压缩模量的变化规律及压缩破坏模式。结果表明,随着层数的增加,编织铺层复合材料的平均压缩模量呈下降趋势;在同一块编织铺层复合材料板内,编织角影响编织铺层复合材料的平均压缩模量,其随编织角增大而减小;编织铺层复合材料的压缩破坏模式主要是分层现象较明显,其次是树脂剥离、碳纤维脆断。     

基于ANSYS Workbench碳纤维复合材料综框的铺层分析与优化设计

为了满足高速织机工作过程中综框振动小和噪声低的要求,基于ANSYS Workbench 15.0对碳纤维复合材料综框结构的四种纤维铺层方案进行模态分析,比较不同纤维铺层方案的低阶固有频率和振动特性,并与铝合金综框进行性能比较。指出:幅宽为190cm,横梁厚度为12mm的综框,采用纤维铺层方案1时,综框具有最佳的动力学特性,其基频提高了4.514Hz,自身质量减轻了52.50%,在实现轻量化设计的同时增强了综框的抗振性;用Response Surface工具箱的Min-Max Search分析,当设计变量V39为143.58mm、H29为520.00mm和H40为50mm时,碳纤维复合材料综框具有较好的动态特性;研究横梁高度、侧档宽度以及导板安装位置对碳纤维复合材料综框动态特性的影响,并进行不同参数组合优化,可确定综框结构的最佳参数。     

铺层角度对苎麻纤维复合材料性能的影响

基于真空辅助成型工艺,研究铺层角度对苎麻织物增强环氧树脂复合材料力学性能的影响,并将该铺层设计应用在复合材料桥梁模型上。结果表明:当铺层方式为纬向铺层(90°)时,复合材料的拉伸强度最大,为73.5 MPa;经纬交叉铺层(0°/90°)时,为72.4 MPa。当铺层方式为经纬交叉铺层时,复合材料的拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度皆为最大,分别为3.8 GPa、108.2 MPa、5.0 GPa和21.7 MPa。综合拉伸、弯曲、剪切性能,经纬交叉铺层复合材料力学性能最优。苎麻纤维复合材料桥梁的最大载荷为8.79 kN,载荷质量比为12.08。     

碳纤维复合材料层压板冲击性能研究

采用单向碳纤维预浸料，经裁剪、铺叠、加压、加热固化工艺制得不同厚度、不同铺层方向的碳纤维复合材料层压板；按照国家标准对层压板的冲击性能进行了测定，对测定结果进行了分析探讨．所得实验结果为碳纤维整体车架自行车的铺层设计提供了实验依据．     

基于聚合物微球接枝硅油的超滑棉织物制备及其防污性能

为提高超滑织物的物理化学稳定性,首先采用乳液聚合法以乙烯基改性纳米二氧化硅(V-SiO₂)为原料制备自黏性核壳型聚合物微球,将其经浸涂-焙烘工艺组装到棉织物表面得到粗糙基底;然后利用氨基-环氧基接枝反应、氨基-羟基氢键作用将氨基硅油接枝在粗糙基底表面得到超滑织物。探究了超滑织物的疏液、防污及物理化学稳定性能。结果表明:超滑织物中超滑表面的粗糙结构由粒径为321.3 nm的微球构成,表面水滴接触角为138°;水、二甲基亚砜在超滑织物表面的滑动角分别为7°、15°;接触番茄酱、咖啡污物后,超滑表面黏附量显著减少;经200 mL以内水冲击后,超滑织物表面水、二甲基亚砜的滑动角分别小于12°、26°;在pH值为3~9条件下其表面液滴的接触角稳定在42°~49°之间。     

镀铜碳纤维丝束细观耐磨性的有限元仿真模拟

针对碳纤维丝束在织造过程中易出现断经和起毛的问题,提出在碳纤维丝束表面镀铜以提高丝束耐磨性。首先在Solidworks中建立树脂基碳纤维丝束细观模型,利用ABAQUS对开口时碳纤维丝束与镀铜综丝眼之间的滑动摩擦损伤进行仿真模拟,并运用纤维复合材料渐进损伤失效模型进行损伤演化分析;将树脂基碳纤维丝束改为镀铜碳纤维丝束,通过拉伸模拟验证了丝束模型的可行性,运用Archard模型对镀铜碳纤维丝束进行耐磨性仿真模拟;最后在ABAQUS中模拟仿真纤维的硬挺度。结果表明:当镀铜层厚度为1.0 μm时,仿真预测的镀铜碳纤维丝束耐磨次数约是上浆碳纤维丝束(上浆率为0.32%、浆液质量分数为3%)耐磨次数的2倍;在碳纤维丝束表面镀0.5~1.0 μm的铜层时具有良好的可织性。     

多层多向机织复合材料细观结构建模及其性能

为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机织工艺、树脂传递模塑复合工艺,以碳纤维和环氧树脂为原材料制备了2种不同结构的多层多向机织复合材料,采用万能试验机和非接触全场应变仪对材料进行了0°和90°方向的准静态拉伸性能测试,并与正交三向机织复合材料进行了对比分析。结果表明:斜向纱的存在对多层多向机织复合材料的拉伸破坏模式和断口形貌有较大影响,斜向纱一定程度上阻碍了裂纹和应变沿承载方向扩展,0°方向拉伸试样断口处经纱层内经纱全部断裂,90°方向拉伸试样断口处纬纱层内纬纱全部断裂,2个方向的拉伸试样斜向纱层中均存在部分斜向纱纤维未断裂,拉伸试样非完全断裂。     

三维正交织机双向开口机构的设计

为了织出三维正交完全交织的织物,在三维正交织机的开口机构中采用了双向开口即双向综框。介绍双向综框的工作原理,根据传统综框在Pro/E中建立模型,利用ANSYS/Workbench14.5进行模态分析,并选取碳纤维复合材料和铝合金作为综框的材料,得到相应的固有频率和振型。通过分析比较两种材料综框的动态特性,为双向综框的设计提供理论依据。     

碳纤维增强编织复合材料圆管的扭转力学性能及其损伤机制

为研究编织层数对编织复合材料圆管的扭转力学性能和失效模式的影响,采用二维编织铺层(Over-Braiding)工艺及真空辅助树脂灌注成型工艺分别制备了2、3和4层的碳纤维/树脂编织复合材料圆管.通过搭建扭转试验-非接触全场应变测试平台,研究了3种编织层数的复合材料圆管的扭转力学响应.基于扫描电子显微镜与微计算机断层扫描...     

壳聚糖基抑菌凝胶剂的制备及其性能

针对壳聚糖-甘油磷酸钠体系黏度低、抑菌效果差等问题,以壳聚糖-甘油磷酸钠体系为基材,加入羧甲基纤维素钠调节黏度后,分别加入丝胶蛋白和丝素蛋白以共混方式确定最优组合制备复合凝胶剂,对其抑菌效果、各组分结合情况、抑菌机制、细胞毒性和皮肤刺激性进行分析.结果表明:在壳聚糖(质量分数为3％)和甘油磷酸钠(质量分数为50％)体积...     

新型超短纤维切断机刀盘的研制

针对目前国内常用的两种压切式刀盘不能适应生产高强高模超短纤维的问题,分析了两种常用切断机刀盘的结构,指出了其存在的主要缺点:带刀杆的切断机刀盘虽然应用比较广泛,但是仅适用于生产普通短纤维,而不适用于生产超短纤维;带刀柱的切断机刀盘虽然在使用性能上优于带刀杆的切断机刀盘,可以生产超短纤维,但是当生产含湿率高的超短纤维时,刀柱容易造成刀盘落丝不畅,而且切断刀容易被纤维挤压断裂。为了解决这些问题,更好地满足各种超短纤维的生产要求,研制了一种新型超短纤维切断机刀盘。该刀盘具有以下优点:刀盘上未设置刀杆或刀柱,刀盘的上、下法兰通过中心管联接;刀盘落丝顺畅,切断刀不易断裂;刀盘的刚性和耐腐蚀性好;特别适用于高强高模超短纤维的生产。新型超短纤维切断机刀盘已经在一些芳纶短纤维生产线上应用,刀盘的各项性能均达到了设计和使用要求。     

含稀土铜基超细合金粉末在金刚石圆锯片上的应用研究

文章介绍了含稀土铜基超细合金粉末在金刚石圆锯片上的应用。对锯片刀头硬度进行了测试,并开展了锯片切割试验,结果表明：含稀土La和Y锯片刀头的硬度高于未添加稀土锯片（A锯片）和Co基锯片;在同一水平的锋利度方面,含La锯片使用寿命比A锯片和Co基锯片短,而含Y锯片的寿命比A锯片和Co基锯片都有不同程度的延长,切割性能改善明显。     

皮芯结构微纳米纤维复合纱线的制备及其性能

为探究纺丝液质量分数对皮芯结构微纳米纤维复合纱线结构与性能的影响,利用双针头水浴静电纺丝法连续制备了以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)长丝为芯、外包聚酰胺6(PA6)的皮芯结构微纳米纤维复合纱线,通过扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和万能材料试验机对其形貌结构、热性能和力学性能等进行测试与表征。结果表明:不同PA6纺丝液质量分数制备的微纳米纤维复合纱线均具有良好的皮芯结构;当PA6纺丝液质量分数从10%提高到20%时,纳米纤维复合纱线的平均直径从(61.99±13.08) nm增加到(150.22±21.53) nm,结晶度由16.28%提高至20.63%;当PA6纺丝液质量分数为20%时复合纱线的结晶度达到了常规PA6纤维的结晶范围,增加纺丝液质量分数一定程度上可提高复合纱线的力学性能。     

多轴向织物在风力发电机叶片的应用

在风力发电机叶片的发展趋势和叶片制作方式特殊化的要求下，提出将多轴向经编织物应用于风力发电机的叶片当中。在介绍多轴向经编织物结构与性能的基础上，结合叶片的结构和设计要求，提出2种当前叶片制造中所应用的高强高模轻质型先进材料，即玻璃纤维和碳纤维，并分析多轴向织物在叶片蒙皮中的铺设以及各个参数的利用。     

碳纤维增强编织复合材料圆管制备及其压缩性能

为进一步探究编织结构与长度对复合材料圆管压缩性能的影响,采用树脂传递模塑成型工艺复合二维编织铺层与三维四向编织圆管,通过轴向准静态压缩试验获取了4种复合材料圆管试样的压缩力学行为。结合高速摄影记录,分析了编织复合材料圆管的破坏过程及失效模式,探索其压缩失效机制。结果显示:试样均表现出弹塑性特征,但三维编织圆管呈现出更好的压缩承载特性,其压缩模量与载荷峰值分别达到5.91 GPa与14.23 kN;试样呈现出纤维断裂、基体开裂脱黏、瓣状破坏、剪切以及挤压屈曲等破坏模式中的几种或全部的组合;二维编织复合材料圆管的渐进失效特征更为明显,具有较好的吸能特性,且其压缩模量随管件长度的增加而有所提升,但是吸能效果与试样长度呈非线性关系。