碳纤维/树脂基复合材料薄板的超声波检测

针对碳纤维/树脂基复合材料层压板在航空航天运用中的实际特点,分析了碳纤维/树脂基复合材料层压板的缺陷特征,选择纵波垂直反射法作为检测手段,提出了调整探头晶片后面阻尼块的阻尼系数和在探头前面增加软性透射膜水囊结构等改进超声探头的方法,有效地提高探测信号可识别性和减小探测盲区,有利于用反射信号的相位特征及形状来对缺陷进行定性分析.试验表明,改进后的纵波垂直反射法方便实用,操作性强,能有效地对碳纤维/树脂基复合材料层压板进行缺陷检测.     

碳纤维复合材料分布孔隙率的超声衰减检测方法

文中提出一种基于理论建模与实验标定的碳纤维复合材料孔隙率超声衰减检测方法.此方法对包含超声波频率、树脂、碳纤维、按尺寸分布孔隙等的多种衰减影响作用在内的理论模型进行分析简化,而建立起检测模型,较好地解决了前人的理论模型与检测结果不一致问题,并使其方法本身具有适用意义.对相应导出的检测关系式通过破坏性实验标定,保证了本方法检测结果的可靠性.给出了一种标定检测关系式的实验方法,并对其精度进行了分析.通过实验分析,对所提出的方法进行了示例性实现,以表明此方法的可行性.     

碳纤维／环氧单向复合材料的统计强度和破坏准则

本文运用了纤维损伤的随机临界核理论及混合法则，对碳纤维／环氧单向复合材料受纵向拉伸时的统计强度及破坏准则作了理论分析与实验研究。     

碳纤维复合材料手动超声成像检测技术的研究

本文较详细地介绍了手动超声成像检测技术及其在复台材料制件中的应用，包括先进的ＣＣＤ视频图像定位技术、缺陷模式识别、模糊聚类及其应用。     

含孔隙碳纤维复合材料的超声衰减模型

从碳纤维复合材料孔隙率的超声脉冲检测原理出发,在假设其它缺陷的影响已在定性分析中排除、或以当量及修正的方式引入的前提下,对于根据孔隙直径适当给定的检测频率,建立材料的超声衰减模型,并导出超声衰减系数与材料和孔隙缺陷的主要参数之间的理论与统计关系,为建立新的检测方法提供理论支撑,改变现有检测方法的检测结果与理论模型的不一致现象.其中作为中间结果之一所建立的碳纤维声衰减模型及相应导出的声衰减系数与碳纤维含量和碳纤维半径之间的关系,不仅可服务于本文的直接应用目标,而且对于基于超声衰减原理的纤维增强复合材料无损检测的其它方面也具意义.作为中间结果之二所建立的分布孔隙率超声衰减模型,考虑到材料中的孔隙按其半径分布,而不同半径范围的孔隙表现出相异的声衰减特性这一实际情况,在由单一半径孔隙率声衰减模型导出的理论关系中引入了孔隙率与孔隙半径相关关系的统计特征,由此给出了更符合材料实际情况的修正模型和求解关系式.     

碳纤维蒙皮的超声波检测与成像

通过设计碳纤维复合材料层压板的缺陷模型,利用人射超声波在碳纤维复合材料中产生的反射信息,通过分析反射回波的时间和回波幅频特性,可以得到该材料内部缺陷埋藏深度信息,进行缺陷的无损评估.利用该方法对飞机蒙皮的缺陷进行超声波检测,通过超声波成像可以清晰地再现碳纤维复合材料制备过程中产生的缺陷,为碳纤维复合材料的缺陷超声表征与无损检测提供了有效的检测机制,为判断碳纤维蒙皮是否能够安全使用提供了直接依据.同时,通过对超声波检测成像中缺陷产生的原因进行分析,将对中高速先进无人机的制造工艺改进有着重要意义.     

碳纤维复合材料

最近,碳纤维复合材料(CFRP)从大型客机的二次构造材发展到一次构造材,这一重要进展是多年来碳纤维在强度和弹性模量方面不断改进,母体树脂以及复合工艺的进一步完善的基础上出现的。一次构造材要求CFRP具有更高的强度和弹性模量,而且要有优良的耐冲击性。满足了这些要求,表明CFRP已达到一个新的里程碑。简单地评介了碳纤维、母体树脂及其复合工艺、CFRP的应用前景。     

碳纤维蒙皮的超声波检测与成像EI

通过设计碳纤维复合材料层压板的缺陷模型,利用人射超声波在碳纤维复合材料中产生的反射信息,通过分析反射回波的时间和回波幅频特性,可以得到该材料内部缺陷埋藏深度信息,进行缺陷的无损评估.利用该方法对飞机蒙皮的缺陷进行超声波检测,通过超声波成像可以清晰地再现碳纤维复合材料制备过程中产生的缺陷,为碳纤维复合材料的缺陷超声表征与无损检测提供了有效的检测机制,为判断碳纤维蒙皮是否能够安全使用提供了直接依据.同时,通过对超声波检测成像中缺陷产生的原因进行分析,将对中高速先进无人机的制造工艺改进有着重要意义.     

碳纤维增强复合材料应力检测技术

碳纤维增强复合材料在制备、加工到装配、服役过程中,由于热膨胀不匹配等原因会导致材料内部出现分层、裂纹等缺陷,这些缺陷往往使材料处于一定的应力状态。这些应力状态有些对结构有益,而大多会使分层、裂纹等缺陷加剧进而造成结构强度和稳定性的大幅下降,在结构设计过程中必须充分认识有害的残余应力。精确快速地检测复合材料所处的应力状态,对于准确评估结构的强度、稳定性和使用寿命至关重要。总结了有损和无损应力检测技术的研究现状,并通过分析不同检测方法的优势与不足,指出了今后碳纤维增强复合材料应力检测研究工作的发展趋势。     

碳纤维复合材料凹槽缺陷空气耦合超声导波检测

传统的超声导波检测需要使用水或油等作为耦合剂,而有些特殊材料由于其自身原因无法使用耦合剂,使得检测受到限制.本文以碳纤维复合材料为研究对象,采用非接触空气耦合超声导波检测方法,选取0.2MHz探头频率,通过分析3种人工划槽缺陷在相同深度、不同宽度下超声回波信号的幅值变化,来研究不同缺陷大小与回波信号幅值的对应关系,为空气耦合导波在复合材料检测中的应用提供实验指导.实验结果证明了空气耦合超声导波检测的可行性和可靠性.     

碳纤维水泥基材料的机敏特性研究

水泥基材料是一种高电阻率的惰性材料,通过掺入一定体积含量(0.2 vol%~1.2 vol%)的短切碳纤维,可显著提高其电导率。本文作者研究了碳纤维水泥基材料表观电导特性与其内部微观结构的关系,探讨了电阻率的变化与材料所受外部荷载的关联性。结果表明碳纤维水泥基材料具有实时诊断内部损伤的机敏性:当水泥基材料内部裂纹产生或扩展时,表现为材料电阻率上升;而当水泥基材料内部裂纹闭合时,其电阻率下降。碳纤维水泥基材料的电阻变化与所受荷载呈良好的线形关系;而不含碳纤维的普通水泥基材料在整个受荷过程中,其电导特性则无明显变化。碳纤维水泥基材料电导特性的变化反映了水泥基材料内部损伤状况丰富的信息,根据这一特性可以及时预报水泥基材料内部潜在的损伤状况,有效地防止灾难性的破坏。     

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强SiC基复合材料的性能差异,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现,采用Hi-Nicalon纤维增强的SiC基复合材料具有较好的性能,单向复合材料弯曲强度达到703.6 MPa, 断裂韧性达到23.1 MPa·m1/2;采用国产吉林碳纤维(JC)制备的SiC基复合材料也具有较好的性能,弯曲强度为501.1 MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m1/2。      

碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏

碳纤维布加固混凝土结构中剥离破坏是一种重要的破坏形式,通过九根碳纤维布加固混凝土梁的模型试验,考察了剥离承载力及剥离模式。根据试验结果和力学理论知识,对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏进行了极限应力分析,建立了极限状态的判据和相应的碳纤维布剥离承载力计算方法,在计算方法中考虑了粘结正应力与剪应力的综合作用以及U形箍的横向剪切变形,与试验结果的比较表明,方法具有较高的精度,完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。     

用电化学方法研究碳纤维增强树脂基复合材料的腐蚀失效行为

尝试用电化学阻抗图谱和循环伏安曲线的方法研究电化学表征参数与复合材料腐蚀程度之间的相关性, 用电化学方法研究了环境因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料内部结构的破坏机理。测试结果显示, 碳纤维本身不会发生电化学反应, 主要破坏机理为溶液离子逐渐渗入复合材料内部, 导致复合材料内部结构受到破坏。用电化学方法可以在线获得复合材料内部溶液离子浓度及溶液离子在复合材料内部的渗透过程, 据此可判断复合材料内部在环境因素作用下的变化。      

超薄单向纤维增强复合材料低频多模式超声兰姆波定征方法

提出低频多模式超声兰姆波定征方法来估计超薄层状单向纤维增强复合材料的密度、厚度、弹性常数等参数。这里"超薄"的概念是指材料厚度h远小于材料中的声波波长λ,导致在时域上材料前后界面的各次回波信号相互混迭。分析了沿平行和垂直于纤维两个方向上,在超薄层状单向纤维增强复合材料中传播的低频兰姆波色散特性,提出在最小二乘意义下以材料色散曲线为基础的反向算法对材料参数进行了估计。文中分析了影响估计准确性的各种因素,研究了该方法对材料参数的灵敏度及其在误差传递中的意义。结合超声漏兰姆波频域分析方法,并使用超声耦合剂耦合方式和一对中心频率为2MHz的宽带纵波换能器,实验结果证实,该方法能够准确估计h<0.05 λ的单向玻璃纤维增强双酚A型聚砜(PSF)复合材料的材料参数。      

通用级沥青基炭纤维的表面处理及增强ABS复合材料力学性能的研究

通过自制实验装置,以ＮＨ４ＮＯ３ 作为电解液,对短切通用级沥青基炭纤维进行阳极氧化表面处理。结果表明：处理后,纤维表面粗糙度和含氧官能团数目明显增大,有效地改善了ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的界面粘结性。当处理条件为电解液浓度５ ％ ,电流强度０．８ Ａ,氧化时间１２０ ｓｅｃ时,ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的力学性能达到最好。当ＣＦ含量为１２．８ Ｖ／％ 时,拉伸强度由４５ ＭＰａ 提高到６９ ＭＰａ,拉伸模量由０．７３ ＧＰａ 提高到１．６５ ＧＰａ,弯曲强度由９０．５ Ｍｐａ 提高到１１０．８ ＭＰａ,弯曲模量由２．６０ ＧＰａ提高到４．２１ ＧＰａ。并对处理前后沥青基炭纤维增强ＡＢＳ复合材料的机理进行了分析。     

纤维增强复合材料横向弹性常数

本文提出了一个计算单向纤维增强复合材料横向弹性模量和泊松系数的边界元计算模型.泊松系数ν₁₂、ν₃₂、ν₁₃和ν₂₃的计算结果与实验结果吻合得很好.碳纤维增强复合材料横向模量E₂和E₃的计算值也和实验结果完全吻合,而玻璃纤维/环氧横向模量E₂、E₃的计算值却比实测值偏小约10%～25%.予计这是由于本文计算模型未考虑界面层的性能,它对材料的宏观性能产生了较明显的影响.      

碳纤维增强铝合金层压材料的研究

本文探索了碳纤维增强铝合金层压材料(CFALL)的制备工艺,并制得了具有优异力学性能、耐温、耐疲劳的层压材料.就纤维含量、纤维取向及温度等对层压材料力学性能的影响作了探讨,并对它的疲劳性能以及预应变对疲劳性能的影响进行了研究.试验表明,CFALL具有轻质、高强、耐温、耐疲劳等特点,它的拉伸、弯曲强度超过了ARALL和GLALL,它的疲劳性能与ARALL相近.     

复合材料累积破坏承载能力的预测

分析和总结了沿纤维方向单轴拉伸时复合材料的破坏机理,提出了一种复合材料应力－应变行为的预测方法,并通过树脂基复合材料的拉伸破坏试验,对此方法进行了验证。