铺层角度对形状记忆复合材料层合板性能的影响

对不同铺层角度的形状记忆复合材料(SMC)层合板的微屈曲及形状记忆性能进行了研究。首先对±θ铺层的层合板在玻璃化转变温度以上发生弯曲变形时受压区的纤维应变进行理论分析。实验观察了[04],[±22.5]S,[±45]S和[±67.5]S等4种铺层方式的SMC层合板在弯曲变形下的面外微屈曲及受压区最外层纤维微屈曲形貌,发现在同等弯曲半径下,铺层角度的增大可显著降低微屈曲的程度,且可同时降低折曲破坏出现的可能性。最后,研究了在全0°铺层的单向板内逐步增加±45°铺层的比例并改变铺层顺序对微屈曲程度及形状记忆回复率的影响。结果表明,增加±45°铺层的比例可显著降低微屈曲程度,同时改变±45°铺层的位置对微屈曲程度的影响不大。60%以下的±45°铺层比例对形状记忆回复率影响较小,一旦±45°铺层比例超过80%,形状记忆回复率显著降低。     

胶接面纤维铺层角度对复合材料胶接应力和强度影响分析

为研究复合材料胶接面铺层对接头强度的影响,以单搭接接头为研究对象,通过铺层设计使接头的被粘物具有相同的拉伸模量和弯曲模量,但胶接面的铺层角度不同,使用有限元法对不同铺层的接头进行建模,分析接头胶接面和胶层的应力,引入Tsai-Wu失效因子对胶接面铺层进行评估。结果表明:胶接面铺层角度对应力分布有一定影响,0°胶接面会造成较大的胶层应力,但胶接面的应力和失效因子较小;90°铺层下胶层应力最小,但胶接面的应力和失效因子水平较高;45°下胶接面的失效因子和胶层应力水平介于两者之间。通过与实验结果对比,得出了胶接面铺层角度影响接头强度及破坏模式的一般性规律。     

铺层参数对复合材料叶片的振动特性影响研究

考虑复合材料的各向异性特征与铺层角度、厚度、顺序等因素,建立多层复合材料风扇叶片动力学模型。基于模态分析方法计算复合材料叶片自由振动的固有频率、振型,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性,利用Campbell图进行不同转速下的叶片固有特性分析。研究了复合材料大风扇叶片铺层参数对振动特性的影响,结果表明通过调整复合材料叶片的铺层厚度、角度、顺序,可以减少共振点并减小振幅,以达到减振的效果。     

铺层结构对复合材料层压板隔声性能的影响研究

为设计出隔声性能优异的轨道交通等运输工具用复合材料,本文采用热压罐工艺制备复合材料夹芯结构层压板,通过对铺层结构、厚度以及阻尼层进行设计有效调控复合结构隔声性能。结果表明:厚度和密度的增加可以有效提高复合材料的隔声性能;阻尼层的使用使得复合结构内部界面处阻抗匹配失调;声波在界面处极易发生反射,声能消耗增多有效提高了复合材料的隔声性能;利用结构优化设计可以在降低复合材料质量的情况下,提高隔声性能,最终满足复合层合结构材料在高端运输领域的隔声需求。     

铺层结构对树脂基复合材料层间剪切强度影响的研究

主要目的在于利用双切口剪切强度试验法验证手糊成型的玻璃钢层合板铺层顺序以及单向布的相对体积含量对层间剪切强度的影响。实验中六种玻璃钢层合板的铺层方式分别为(UF)_5、(UF,CSM,UF,CSM,UF)、(CSM,UF,CSM,UF,CSM)、(UF,CSM,CSM,CSM,UF)、(CSM,UF,UF,CSM,CSM)、(CSM)_5。单向布相对体积含量依次为100%、60%、40%、40%、40%、0%。通过实验结论发现,单向布相对体积含量对层合板层间剪切强度影响较大,其中铺层方式为(UF)5的层合板通过双切口法得到的层间剪切强度高达40.768 MPa,而铺层方式为(CSM)_5的层合板在双切口法中所测得的层间剪切强度却只有15.867 MPa。相对而言,铺层顺序对层合板的层间剪切强度影响相对较小。同时利用数理统计方法"秩和检验法"对大量实验数据进行了离散性分析,结果表明,在同一种铺层方式下,尽管因为不同失效形式导致数据具有较大的离散性,但这些数据仍然可以作为一个整体进行分析。     

VARTM工艺铺层取向对复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制作了玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料层合板,对其进行了拉伸、弯曲、冲击性能测试,并对铺层取向与玻璃纤维复合材料层合板力学性能的影响关系进行了实验研究。实验结果表明,0°取向玻纤增强复合材料在单一方向上的力学性能最佳,±θ取向比θ取向玻纤增强复合材料有更好的力学性能;θ单向铺层复合材料在外载荷作用下发生破坏,其断口破坏的角度与铺层角度一致,而在±θ多向铺层复合材料的断口形貌更复杂。通过合理的铺层设计可获得满足工程需要的复合材料制品。     

纤维铺层角度对低压环氧玻璃钢管的影响

复合材料以其优异的力学性能在大量领域得到广泛应用。通过建立环氧玻璃钢管道的有限元模型和运用二维的Hashin失效准侧,探究管道在受到径向内压作用下,低压环氧玻璃钢管道的铺层角度对管道的整体性能影响。     

机织/针织混合铺层对复合材料力学性能的影响

为使纺织复合材料同时具有机织结构复合材料和针织结构复合材料的综合力学性能,通过混合铺层方式制备机织/针织混合结构复合材料。以芳纶机织平纹织物和针织罗纹织物为增强体,以环氧树脂为基体,调整复合材料中增强体的铺层顺序,利用真空辅助成型技术制备四层层压机织/针织混合结构复合材料。通过对复合材料拉伸性能、弯曲性能和冲击性能的测试,分析混合铺层和铺层顺序对芳纶环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明,混合铺层和铺层顺序对芳纶环氧树脂复合材料的弯曲强度和冲击强度有较大影响,特别是对罗纹结构复合材料纬向弯曲强度和冲击强度的改善。当采用相同铺层方式,罗纹织物为受力面时,机织/针织混合结构复合材料具有较大弯曲强度和冲击强度。     

复合材料铺层曲面铺设仿真技术

本文提出了一种平面二维复合材料纤维垫铺设到三维自由曲面的铺设模拟算法.针对复合材料铺层在铺设过程中随剪切角变化而出现的非线性剪切力的特性,在这里我们采用了一种非线性对角弹簧模型,该模型能精确描述材料在铺设过程中的剪切力学性能.该方法可以预测出纤维垫在自由曲面上铺设时可能会产生缺陷的区域并可快速得到复合材料铺层的展开外形.本文所提出的方法解决了有限元方法中计算时间过长的问题,为快速确定复合材料铺层外形提供了一种有效可行的方法.     

不同铺层复合材料螺栓连接的研究

实验研究了在E/D=4(边距/孔径),W/D=5(宽度/孔径)的3种铺层[90/+45/-45/0]s,[90/0/+45/-45]s,[+45/-45/90/0]s的玻璃纤维/环氧复合材料试样在不同的扭矩和垫片尺寸(外径(Dw)/内径(D))下的静态破坏强度。实验结果表明,试样破坏强度随夹持力增大而增大,但增加趋势不断减弱,在5Nm扭矩下三种铺层的强度分别比其销钉连接增大175%,196%,141%;在销钉连接下,[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高12.7%,[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高10.8%;在手动拧紧下[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高3.5%,而[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高0.37%;垫圈的外内径比在2～3范围内,试样强度伴随外内径比的增大而增大,在3～4时,强度变化很小。     

复合材料层合结构的铺层优化

本文采用最速下降法，对复合材料层合圆柱壳体受外压作用的铺层进行了优化。优化结果表明：在受外压作用下，层合圆柱壳体的铺层有最优化方案，且完全能在实际中实现。对于其他形状的结构和承受其他载荷的情况，只需改变指标函数即可用此方法获得优化铺层。     

铺层结构对复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响

通过改变偏轴角为45°和90°的[45°/–45°],[0°/90°]正交铺层组的质量分数,设计了6种复合材料层合板铺层结构。研究了两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构对真空辅助树脂传递模塑工艺复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响。通过弯曲实验获得6种复合材料层合板的弯曲强度、损伤特征以及应力–应变曲线。结果表明,随偏轴角为90°的[0°/90°]铺层组质量分数的增加,复合材料层合板的弯曲强度逐渐增大;两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构可引起复合材料层合板在弯曲载荷作用下的损伤模式多元化。     

铺层复合材料中孔隙与褶皱缺陷对性能的影响

本文对铺层复合材料中常见的孔隙和褶皱缺陷对性能的影响及其仿真分析方法进行了一系列文献和试验研究。其中孔隙缺陷主要考虑了孔隙率对层间剪切强度、层间I型和II型临界断裂释放能及疲劳寿命的影响。褶皱缺陷考虑了褶皱的衡量指标及其对拉伸、压缩、面外剪切强度和疲劳寿命的影响。基于孔隙和褶皱的无损检测可检性及其对性能的影响提出了铺层复合材料考虑这两种缺陷影响的设计指南。     

铺层结构对三维中空夹层复合材料压缩性能的影响

采用手糊成型制备了双夹层三维中空夹层复合材料,重点研究了厚度为5 mm和8 mm的三维中空织物ZK5和ZK8铺层顺序对复合材料压缩强度的影响,并从树脂含量、织物厚度匹配性角度进行分析。结果表明,随树脂含量增加,三维中空夹层复合材料的压缩强度明显提高;双夹层三维中空夹层复合材料中,下层的树脂含量明显高于上层;ZK5和ZK8织物铺层顺序对双夹层中空复合材料的压缩强度影响较大,其中将ZK8置于ZK5下层时复合材料的压缩强度为ZK8置于ZK5上层时的1.7倍,即在三维中空夹层复合材料总厚度不变的情况下,将高厚度中空织物置于下层的结构明显优于将其置于上层的结构。通过这一概念可以在保证三维中空夹层复合材料整体厚度尺寸不变、质量不增加的条件下通过铺层结构的匹配设计,最大限度地提高复合材料的力学性能。     

铺层对T型复合材料壁板屈曲载荷的影响分析

本文以T型壁板类结构单元为研究对象,主要阐述了铺层及筋条几何形式对复合材料壁板屈曲载荷的影响。对T型壁板屈曲载荷有限元计算方法的适用性作了试验验证,计算分析了铺层比相同时铺层顺序、铺层比及筋条几何形式对临界屈曲载荷的影响。算例表明,铺层比和铺层顺序都会影响屈曲载荷。铺层比影响屈曲载荷,为主要因素,当0度铺层比较小时,45度铺层比显著增加屈曲载荷,当0度铺层比较大时,45度铺层比的改变对屈曲载荷的影响不大。铺层顺序影响屈曲载荷,为次要因素。筋条几何形式影响铺层方式,也制约着铺层比对屈曲载荷的影响。     

铺层方向角偏差对复合材料层板阶梯挖补的拉伸强度影响研究

针对复合材料损伤结构维修中容易出现的铺层角度偏差,根据实际维修情况建立复合材料层板阶梯挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了该模型的准确性。基于该有限元分析模型并考虑真实维修过程中可能出现的铺叠误差与基准偏差,分别进行了维修结构的单层与整体铺层方向角偏移的拉伸强度性能分析。结果表明,补片出现小角度方向角偏移时,补片中面层以下的铺层角偏移对于拉伸强度的影响可以忽略,中面层以上的铺层随着偏移角度的增大与越靠近表层的位置,结构整体极限应力逐渐增大,当最表层铺层出现偏移时,对于修补结构拉伸强度的影响较大;附加层在修补结构中受载严重,通用的0°附加层铺设角度不一定适用于所有的修补工况,该分析结论也为实际工程维修提供了很好的指导意义。     

铺层对碳／环氧树脂基复合材料固化变形的影响

碳／环氧树脂基复合材料构件应用广泛,但在加热固化成型过程中易产生严重的变形。铺层设计时,在满足构件结构强度和刚度要求基础上,通过优化铺层设计,来降低碳／环氧复合材料构件的变形。本文在这方面进行了初步的探讨,旨在摸索对复合材料设计有积极意义的规律。     

铺层形状对复合材料粘接修复铝合金结构性能的影响

通过湿铺方式制备了复合材料补片,并利用该补片开展了受损铝合金试样的粘接修复,研究了补片铺层形状对试件疲劳性能和拉伸性能的影响。研究结果表明:补片铺层形状对试件疲劳性能和拉伸性能均具有一定的影响。在同等条件下,正三角形铺层对破孔和铣槽两类损伤修复试件的疲劳性能和拉伸性能的提升效果最佳,其中疲劳寿命分别提高5.86倍和2.82倍,临界裂纹长度分别增加6.12和8.31 mm,性能恢复系数H分别为87.3%和87.0%,性能提高系数T分别为27.1%和9.6%。     

玻纤铺层方向对玻纤/EVE复合材料性能的影响

以0°,90°,0°/90°,0°/45°/-45°/90°分别作为玻璃纤维(GF)单向铺层方式,研究了不同的铺层方式对GF/EVE(环氧乙烯基酯树脂)复合材料力学性能的影响。结果表明,0°铺层方向的复合材料在单一方向的力学性能最好,0°/45°/-45°/90°铺层方向的复合材料可以看作各向同性材料,应用范围更加广泛。