变厚度复合材料热压罐工艺层板厚度控制的实验研究

针对2种碳纤维织物/环氧预浸料,采用热压罐工艺在不同条件下制备了变厚度层板,并通过层板内部形貌、层板厚度、纤维含量、吸胶量、织物渗透率的测试分析,研究了变厚度层板的密实过程和纤维分布的影响因素。结果表明：密实过程中树脂的二维流动导致2种织物变厚度层板厚板区的纤维含量高于薄板区;G0827单向织物的面内渗透率与厚度方向渗透率比值大于G0803缎纹织物,造成G0827织物变厚度层板的纤维分布不均匀性更大;无吸胶材料的条件下层板内纤维分布均匀,说明吸胶材料内树脂的面内流动对层板的纤维分布有很大影响。     

环氧复合材料层板热压成型孔隙缺陷影响因素

针对玻璃纤维/环氧复合材料, 采用真空袋和热压机工艺, 研究了层板中孔隙含量、 形态及其分布规律, 考察了成型温度、 工艺压力、 预浸料吸湿量、 铺层方式等因素对孔隙缺陷的影响, 并应用Kardos气泡模型对实验结果进行了理论分析。结果表明: 孔隙缺陷的主要影响因素随工艺方法而变化, 单向层板中孔隙率的分布规律有着很好的一致性; 同时Kardos气泡模型可用于判断孔隙缺陷的形成状况。      

L形层板真空袋成型缺陷的实验研究

采用真空袋阳模成型法在不同条件下制备了90°的L形玻纤单向布/环氧树脂层板, 对层板不同位置处纤维密实和缺陷状况进行了研究, 考察了成型过程主要工艺条件对缺陷的影响规律。结果表明, 富树脂、 孔隙、 厚度分布不均和纤维屈曲变形是L形层板中主要的缺陷类型, 加压时机、 层板尺寸、 铺层方式以及边界条件对纤维密实和缺陷的形成都有重要的影响。对以上各种缺陷的产生机制进行了初步分析: 剪切流动的存在导致层板厚度分布不均匀而且出现富树脂区; 纤维的屈曲变形是由于轴向受压缩力; 本文实验条件下孔隙的主要来源是夹杂空气。研究结果对热压工艺中缺陷的预测与控制以及工艺参数的优化具有重要的指导意义。      

复合材料层板热压工艺参数的分析与优化

在热固性树脂基复合材料热压成型过程中,外加压力和加压时机是决定层板厚度、纤维含量以及孔隙含量的两个主要因素.基于复合材料热压成型过程树脂流动模型,采用遗传算法,根据固化层板纤维体积分数的要求,对单向和正交两种铺层形式的T700/5228和T700/5224层板加压时机进行了分析.以航空航天应用的典型纤维含量为准,对优化得到的加压时机以及不同工艺条件下固化层板内纤维分布特点进行了分析.结果表明,纤维、树脂种类相同,铺层方式不同,加压时机差别很大;纤维种类、铺层方式以及初始和优化目标相同的条件下,不同树脂体系,加压时刻树脂粘度基本相同;层板内纤维分布均匀性主要由纤维层压缩特性决定.采用本文建立优化方法,可以快速地得到满足目标纤维含量要求的加压时机,具有重要的学术价值和工程应用意义,有助于降低成本,缩短复合材料研制周期.     

L形复合材料层板热压工艺密实变形过程的数值模拟

基于 Biot 固结原理和达西定律 , 建立了二维树脂流动与纤维密实模型 , 采用有限元方法实现了 L 形层板热压成型过程树脂压力分布、 层板变形的预测。通过对 AS4 炭纤维/环氧 350126 等厚层板厚度变化的模拟结果与实验数据的对比分析 , 证明了数学模型和有限元程序的可靠性。以阳模成型 90° 铺层 S22玻璃纤维/环氧 648L 形层板为例 , 对工艺过程层板厚度变化进行了分析。模拟结果表明 : 剪切模量对拐角以及拐角与平板过渡区域的变形影响较大 ; 平板长度对拐角区域变形影响较明显 , 对平板区的变形影响较小。采用热压罐制备了 90° 铺层S22玻璃纤维/环氧 648阳模成型 L 形层板 , 实验数据表明 , 固化后层板呈现拐角区厚、 平板区薄的厚度不均现象 , 并且平板长度对拐角区厚度变化影响较显著 , 这与数值预测结果具有较好的一致性。     

复合材料叶片RTM成型缺陷研究

本文简要介绍了复合材料叶片的缺陷类型及其形成机理。综述了国内外在RTM工艺成型过程中纤维浸润和气泡形成方面的研究现状,对缺陷的排除方法进行了分析总结。     

复合材料热压成型过程的树脂压力测试系统

在树脂基复合材料的成型工艺中大多涉及到树脂的流动过程, 而树脂压力是反映这一过程的重要参数, 监测成型过程中树脂压力的变化可以为工艺参数的选择和构件质量的控制提供指导。本文中针对热压工艺, 根据液体传压原理和特点, 自行研制了复合材料成型过程树脂压力测试系统, 对系统的精度和动态响应性能进行了研究, 并以该系统为测试手段, 初步研究了玻璃纤维单向层板中树脂压力的变化规律。结果表明, 该系统具有准确度高和动态响应敏感的特点, 满足热压成型过程树脂压力的测试要求, 为研究工艺过程树脂流动行为提供了有力的测试与验证手段。      

复合材料等厚层板热压成型中树脂流动过程数值模拟

树脂基复合材料热压成型过程中树脂流动在很大程度上决定着层板纤维含量、 孔隙含量以及层板尺寸 , 根据有效应力原理与达西渗流定律建立了描述复合材料等厚层板热压成型过程树脂流动与纤维密实的数学模型 , 采用有限单元方法实现了热压成型中纤维密实均匀状况的预报。分析了温度边界条件、 铺层方式对树脂流动过程的影响。结果表明: 温度边界条件对计算结果影响比较大 ; 铺层方式对层板厚度以及纤维体积分数分布规律影响非常大 ; 边界条件以及材料参数的准确性直接影响计算结果的可靠性。以 T700S/环氧 5228单向层板为例进行了实验验证 , 结果表明计算与实验结果的一致性非常好。      

热压工艺参数对单向复合材料层板密实状态的影响

为了提高复合材料的质量稳定性并降低成本, 需要研究纤维密实状态的变化规律及其影响因素。采用密实指数I_c表征单向复合材料层板中纤维的密实程度, 进而研究了热压工艺下压力、加压时机及铺层层数对密实指数的影响规律。结果表明, 密实指数随压力的增大呈非线性增大, 随加压点树脂粘度的增大而减小, 随铺层层数的增大呈线性减小。该研究结果为优化热压成型工艺窗口和短程流动模型的建立提供了重要的实验依据。      

复合材料层板界面缺陷的有限元分析

基于对多种界面缺陷的一致表达,建立了能够反映复合材料层合结构界面缺陷的有限元模型.通过引入横向剪切变形函数来反映界面粘贴状况;对于界面局部缺陷问题,通过缺陷边缘处相邻单元的几何矩阵的简单匹配来满足缺陷边缘的连续条件.只需简单选择界面柔度系数,可方便地处理界面理想粘贴、弱粘贴和脱层三种界面粘贴状况.有限元形式简单,仅涉及个节点自由度.算例验证了有限元模型的精度,讨论了各种参数时界面缺陷对结构的影响.     

复合材料层合板准静态压痕实验研究

采用准静态压痕(QSI) 实验方法针对多种材料对集中准静态压痕力的损伤阻抗进行了测试。选取2 个特征载荷下的试样进行了超声C 扫描探伤和扫描电镜(SEM) 显微观察, 分析了QSI 实验中层合板的损伤过程, 针对初始分层接触力f₁和最大接触力f₂对材料的损伤阻抗特性进行了分析。测试了2 种材料体系层压板的最大接触力, 发现该值具有较好的可重复性。研究了测试条件(试样尺寸和支持条件) 和材料特性(不同纤维、基体种类和铺层方式) 对最大接触力的影响。实验结果表明, 试样尺寸和支持条件对最大接触力的影响较小, 在必要时可以采用非标试样测试最大接触力, 而最大接触力与树脂基体、纤维特性及铺层方式都有关, 最大接触力对应的凹坑深度d₂主要由纤维强度和延伸率决定, 树脂特性对d2有影响但影响程度较小。      

二次热压烧结对燃烧合成TiB2-Cu-Ni复合材料组织及性能的影响

采用自蔓延高温燃烧合成技术制备了相对密度为90%左右的TiB2-40Cu-8Ni金属-陶瓷复合材料.为了进一步提高复合材料的力学性能,分别在1 200,1 250,1 300℃温度下对复合材料进行二次热压烧结,详细研究了TiB2-40Cu-8Ni复合材料液-固两相区间的变形行为、组织特征及力学性能的变化.结果表明:经过二次热压后,材料的相对密度和弯曲强度有了较大幅度的提高,在1 300℃时,材料的相对密度提高了5%,弯曲强度达到608 MPa.复合材料中TiB2颗粒的形貌也发生了改变,大部分由原来的等轴状转变为长棒状,同时根据TiB2晶体结构特征,分析了复合材料中TiB2的晶体学上的生长机制.     

丝束变角度层合板屈曲性能的参数化研究

通过选择合适的纤维轨迹,丝束变角度(VAT)层合板相对于直纤维层合板能拥有更好的抗屈曲特性。为研究纤维轨迹特征长度和定向坐标系偏角对VAT层合板屈曲性能的影响,首先对原始的纤维角度线性变化方法进行改进,提出了一种纤维角度分段线性变化方法,拓展了纤维轨迹的设计空间;其次,采用改进后的纤维轨迹定义方法构建了一系列变刚度层合板;最后,基于有限元方法,从内力分布角度对变刚度层合板不同承载情况下的屈曲性能进行研究和探讨。数值结果表明:单向轴压工况下,采用半边长的特征长度和90°偏角的纤维轨迹,能使层合板的稳定性最好;双向轴压工况下,应将特征长度和定向坐标系偏角作为额外的设计变量,并通过优化获得最优的纤维轨迹。     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。