CFRP/Al叠层结构制孔缺陷的有限元仿真

应用Abaqus有限元仿真软件,建立了CFRP/Al钻削有限元仿真模型,对CFRP/Al钻孔过程中碳纤维复合材料的撕裂、分层损伤及毛刺的特征和形成机理进行了仿真研究,并进一步分析了切削速度、进给量对CFRP/Al叠层结构制孔缺陷的影响规律。结果表明:麻花钻横刃对碳纤维的拉伸作用是造成撕裂的主要原因;毛刺主要产生在纤维被切削时处于拉伸状态的区域,铝合金切屑对CFRP的划伤也是毛刺形成的原因之一;在CFRP/Al叠层结构制孔缺陷中分层损伤最显著,进给量和切削速度对出入口分层损伤成正相关且对入口处分层影响更大;在这种叠层结构中,铝合金板的支撑作用有效减小了碳纤维复合材料层出口的分层损伤。     

CFRP/Al夹层板电磁冲孔分层缺陷研究

目的 研究不同放电能量对CFRP/Al夹层板电磁冲孔分层缺陷的影响.方法 对2.4 mm厚的CFRP/Al夹层板进行电磁冲孔试验,通过超声C扫描无损检测技术、扫描电子显微镜及有限元数值模拟等手段分别对板料分层损伤、横截断面微观形貌及层间分层损伤进行评估,揭示不同放电能量对CFRP/Al夹层板电磁冲孔分层缺陷的影响.结果...     

高转速复合材料圆柱壳结构可靠性优化设计

为解决高转速下复合材料圆柱壳的结构可靠性问题, 推导了高速旋转状态下复合材料圆柱壳的应变方程, 并以此为基础导出了圆柱壳各层轴向、 环向和剪切应力以及相应的主轴应力, 给出了各层应力随角度层的角度和厚度的变化规律。然后以各层强度可靠度大于0.99为目标函数, 对复合材料圆柱壳的结构参数进行了优化设计。      

原位形成FPP偶联Al(OH)3/PP复合材料的结构与性能

用熔融挤出一步法制备了原位形成官能团化聚丙烯（FPP）偶联Al(OH)3/PP复合材料，研究了原位形成FPP对Al(OH)3/PP复合材料的结晶与熔融行为，熔融指数，热降解行为，阻燃性能，力学性能和断裂形态等的影响。原位形成FPP使Al(OH)3/PP的结晶温度和熔点降低，熔融指数，拉伸和弯曲强度提高。但对热降解行为和氧指数影响不大。     

SiCp/Al复合材料抗弯性能研究

利用空气气氛下的无压渗透法制备了高体积分数的SiCp/Al复合材料,研究了颗粒粒径、基体合金成分、预处理工艺对复合材料抗弯性能的影响,并采用SEM观测了复合材料抗弯断口形貌.结果表明,SiCp/Al复合材料的抗弯强度随着SiC颗粒粒径减小而增大;基体材料的强度越高,复合材料的抗弯强度越高;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

CFRP复合材料加固钢筋混凝土柱偏心受压性能尺寸效应的试验

碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料是一种具有轻质、高强和抗腐蚀等优点的新型高性能材料,为了研究尺寸效应对CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,本文进行了相关的试验研究。试验共制作了15根尺寸成比例的钢筋混凝土柱试件,试验考虑了构件尺寸、偏心距和CFRP复合材料布加固层数三种因素的影响。试验结果表明:CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的破坏形态、相对挠度、CFRP复合材料布峰值应变、钢筋峰值应变都存在明显的尺寸效应; CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的极限荷载随偏心距的增大而减少,尺寸越大,减小趋势越平缓;在相同偏心距下,随着CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱试件截面尺寸的增加,安全储备系数逐渐减小。      

Al2O3涂层碳纤维/环氧基复合材料的性能研究

采用溶胶-凝胶法在碳纤维的表面涂覆了一层Al2O3涂层,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为10nm,接触角分析表明涂层后碳纤维的表面张力有大幅提高.通过比较涂层前后碳纤维/环氧复合材料的力学性能发现,Al2O3涂层后复合材料的层间剪切强度,拉伸强度和弯曲强度分别提高了17.7%,4.8%和3.1%.扫描电镜分析表明,Al2O3涂层后的碳纤维与环氧树脂基体的结合更加紧密.且在碳纤维表面形成的Al2O3涂层在350℃～700℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率.     

碳纤维增强环氧树脂复合材料与铝板胶螺混合连接接头失效仿真

基于商用有限元软件ABAQUS,建立了碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）层合板和铝板双搭接胶螺混合连接接头强度预测模型,并进行了仿真分析,同时与试验结果进行对比,探究了此类混合接头在拉伸载荷工况下的失效形式和承载能力。结果表明,拉伸加载过程中,螺栓通过分担部分载荷加强了胶接连接。混合接头的失效形式先表现为胶层的断裂失效,最终表现为层合板孔边挤压失效。利用模型预测的接头承载能力与试验结果的误差为9.7%,具有较好的吻合性。该分析方法能够为复合材料-金属胶螺混合连接的分析和设计提供一定的参考。      

碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁的力学性能

粘贴碳纤维布(CFRP)加固梁时,通常需对其进行锚固,避免发生因CFRP布过早剥离而无法充分利用其抗拉强度。但当梁施工空间较小,梁侧面形状不规则时,CFRP布锚固较困难,采用新型碳纤维束铆钉锚固的方式能够很好地解决这一弊端。本文通过对四组不同锚固方式下的CFRP布加固梁进行四点受弯承载力试验,对比分析加载过程中各梁的力学性能和破坏规律,研究表明碳纤维束铆钉锚固下CFRP布加固梁强度和刚度都有显著增强。进一步对碳纤维束铆钉锚固方法优化,得到最佳碳纤维束铆钉锚固深度约为80mm,最佳锚固间距约为200mm。     

The effect of CFRP and CFRP/concrete interface models when modelling retrofitted RC beams with FEM

Concrete structures retrofitted with fibre reinforced plastic (FRP) applications have become widespread in the last decade due to the economic benefit from it. This paper presents a finite element analysis which is validated against laboratory tests of eight beams. All beams had the same rectangular cross-section geometry and were loaded under four point bending, but differed in the length of the carbon fibre reinforced plastic (CFRP) plate. The commercial numerical analysis tool Abaqus was used, and different material models were evaluated with respect to their ability to describe the behaviour of the beams. Linear elastic isotropic and orthotropic models were used for the CFRP and a perfect bond model and a cohesive bond model was used for the concrete–CFRP interface. A plastic damage model was used for the concrete. The analyses results show good agreement with the experimental data regarding load–displacement response, crack pattern and debonding failure mode when the cohesive bond model is used. The perfect bond model failed to capture the softening behaviour of the beams. There is no significant difference between the elastic isotropic and orthotropic models for the CFRP.     

CFRP薄壁C型柱轴向压缩破坏机制及吸能特性

为研究碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）薄壁C型柱轴向压缩破坏机制及吸能特性,制备了4种铺层方式、3种厚度组合共12种T700/MTM28 CFRP薄壁C型柱试件。考察C型柱低速轴向压缩过程中的失效模式及载荷变化,通过比较初始峰值载荷、平均压缩载荷、比吸能和载荷效率,分析铺层数及铺层角度对C型柱失效模式及吸能特性的影响。结果表明,纯0°铺层C型柱在轴压载荷作用下发生整体失稳,不具备实际意义上的能量吸收作用;0°/90°铺层、±45°铺层、45°/90°/-45°/0°铺层试件均发生了渐进式破坏,呈现出局部屈曲叠缩的失效模式。其中,45°/90°/-45°/0°铺层的C型柱比吸能随铺层数的增加而增加,具有更大的吸能设计与应用潜力。     

双顶角钻头钻削CFRP复合材料的刀具磨损机制

为了研究碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料切削中刀具在不同部位的磨损机制和规律,以典型的硬质合金双顶角钻头作为研究对象,主要研究对出口分层影响较大的横刃和对最终制孔成型影响较大的第二主切削刃的磨损机制及规律。通过减小磨损测量间隔,并引入切削刃钝圆半径以及后刀面磨损带宽度,表征了横刃和第二主切削刃在加工中的衰变过程。基于显微刃口观测和钝圆半径变化,揭示横刃易崩刃和第二主切削刃磨损后又受到重新刃磨的磨损机制,获得了此类型钻头不同部位的磨损规律。同时,基于上述的磨损表征,研究不同切削部位磨损量对钻削轴向力和力矩的影响,横刃轴向力与横刃钝圆半径变化相关性较小,而钻削最大力矩与第二主切削刃后刀面磨损变化规律相一致。     

圆筒式磁流变制动器结构与磁路耦合的优化设计

基于Bingham塑性模型,导出了圆筒式磁流变制动器的制动力矩公式,分析了结构与磁路的耦合关系．在此基础上,提出一种结构与磁路集成优化设计的方法;以最大化制动器制动力矩和最小化制动器质量为目标,建立磁流变制动器集成优化数学模型,采用ANSYS基于参数化有限元分析的优化技术进行优化求解,得到磁流变制动器的最佳设计方案．仿真结果表明该设计方案既能满足制动力矩要求,又能满足磁路设计要求．最后分析了励磁电流与制动力矩的输入-输出关系．     

Multiphysics design optimization model for structural walls incorporating phase-change materials

The development of energy-efficient building envelopes has been an ongoing effort in many countries owing to the pressing need to achieve energy independence. In this study numerical optimization techniques and finite element analysis provide the means to find a compromise point between adding phase-change materials (PCMs) to a concrete wall, the energy savings and the wall's structural capacity. The primary objective is to minimize the overall lifetime cost of a wall by understanding the implications of PCM layer thickness, material properties and position in the wall on the overall energy consumption. While it is difficult to manually configure a typical wall for the lowest total cost, the developed computational framework provides an automated tool for searching for the best design. The results show that successful designs can be obtained where material and energy costs can be minimized through a judicious combination of existing building materials with thermal energy storage materials.     

单重态氧发生器轻型真空储罐的研究及优化设计

单重态氧发生器是化学氧碘激光器真空条件下使用的核心部件，为减轻自重，采用碳纤维复合材料取代不锈钢制作单重态氧发生器。本文采用有限元分析方法，探索采用树脂复合材料制作真空罐体和封头的设计方法和优化方案。研究表明，其强度和真空性能均达到设计要求，为采用现代方法设计真空设备开辟新路。     

基于材料选型优化的金属-复合材料组合结构-声辐射优化

基于金属铺层假设,以结构材料属性和材料铺层数量为设计变量,建立了基于金属-复合材料的材料选型结构-声辐射优化设计模型。以钢-纤维增强复合材料组合结构为例,开展了多设计变量、多约束条件的结构-声辐射优化研究。最后,采用遗传算法进行求解,实现了结构材料的转换。数值算例表明,通过金属-复合材料组合结构的材料选型优化,可以有效降低钢-纤维增强复合材料结构的振动和声辐射。文中的研究方法为结构材料的分布优化提供了一种可行有效的思路。