三维夹芯层连织物透波复合材料性能研究

考察了玻璃纤维三维夹芯层连织物/氰酸酯(CE)复合材料的透波性能, 并与夹芯层连织物/环氧树脂复合材料和蜂窝夹层结构复合材料进行了对比。研究发现: 实验频段范围内三维夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的平均透波率高于蜂窝夹层结构复合材料和夹芯层连织物/环氧树脂复合材料; 夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的透波率受电磁波入射角度影响较小, 并且在芯柱高度为8 mm时有最大值, 平行经向入射的透波率略大于平行纬向入射的透波率, 8~12 GHz频率的透波率略大于12~18 GHz的透波率; 由于反射作用, 面板增强后夹芯层连织物/氰酸酯复合材料的透波率下降明显。      

三维夹芯层连织物复合材料真空辅助成型工艺影响因素

三维夹芯层连织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的织物作为增强体制备而成的新型轻质复合材料, 本文中以三维夹芯层连织物复合材料为研究对象, 发展了适用于酚醛树脂的真空辅助成型工艺方法, 重点考察了影响复合材料制造质量的关键因素。结果表明, 芯柱高度对织物的抗压缩能力与厚度回复率影响显著, 热处理有利于织物的厚度回复; 注射过程中, 树脂沿织物平面纬向渗透速率大于经向, 使用高渗透率介质层、 降低树脂黏度有助于提高树脂在层连织物中的分布均匀性。      

三维间隔连体织物复合材料力学性能

三维间隔连体织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的三维间隔连体编织物作增强体的新型轻质夹层结构 , 具有整体性、 轻质、 可设计、 低成本等特点。本文中对三维间隔连体织物复合材料增强体的结构特征进行了分析 , 考察了材料在平压、 剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性及破坏模式 , 并分析了织物结构参数对复合材料平压、 剪切、 三点弯曲性能的影响。结果表明 : 随芯柱高度的增加 , 材料的压缩强度和剪切强度降低 ,弯曲刚度增加; 随芯柱密度的增加 , 材料的压缩强度、 剪切强度和弯曲刚度都有大幅度的提高 , 且纬向剪切强度和弯曲刚度都大于经向。研究结果为该类材料的结构优化设计和性能分析奠定了重要基础。     

梯形格栅结构增强泡沫夹芯复合材料平压性能

设计了一种梯形格构增强泡沫夹芯板,并采用真空辅助树脂灌注(VARI)工艺制备了多种不同结构参数的格构增强泡沫夹芯板.实验研究了夹芯板在平面压缩载荷下的失效模式与力学性能,考察了夹芯板结构参数(试样尺寸、格构腹板角度、格构腹板厚度)对夹芯板比压缩强度、比压缩模量与比吸能的影响规律.结果表明:格构增强泡沫夹芯板主要破坏模式...     

树脂基体种类对三维中空夹芯织物复合材料力学性能影响的研究

以不饱和树脂和环氧树脂为基体,与三维中空织物分别复合成中空夹芯织物复合材料,利用万能材料试验机分别对2种复合材料的拉伸、压缩和弯曲性能进行测试,研究了树脂种类对复合材料力学性能的影响规律。结果表明:不饱和树脂与固化剂质量比为100∶2,固化温度为70℃时,复合材料具有最佳的拉伸、弯曲和压缩性能。环氧树脂基复合材料的弯曲和压缩性能远优于不饱和树脂基复合材料,而拉伸性能则相差不大。     

含局域共振单元复合材料格栅夹芯结构的吸声性能研究

提出了一种耐静压的复合材料格栅夹芯吸声结构.格栅格内填充聚氨酯基体,基体内嵌入软橡胶包覆的铁球作为局域共振散射体单元.采用有限元方法对结构在常压和3 MPa静压下的吸声性能进行了对比计算,结果表明静压下结构吸声性能稳定.通过建立吸声系数曲线、平均能耗曲线、位移场和能耗密度场的关系,对结构吸声机理进行了分析.最后采用遗传...     

树脂基体配比对三维织物夹芯复合材料力学性能的影响

以玻璃纤维为原料,采用改良的三维织造工艺织制三维夹芯织物。以环氧树脂E-51、固化剂聚醚胺H023组成树脂基体,采用手糊成型工艺制备三维织物夹芯复合材料。对三维织物夹芯复合材料的力学性能进行研究,并分析不同树脂基体配比(环氧树脂∶固化剂)为2∶1、3∶1、4∶1时,对复合材料的压缩与弯曲性能的影响。结果表明:树脂基体配比为3∶1时,材料的压缩强度和弯曲强度最大;随着聚醚胺含量的减少,材料的压缩弹性模量和弯曲弹性模量逐渐增大;对比改良前的三维织造工艺与改良后的织造工艺所制备的材料,后者的力学性能优于前者。     

复合芯材夹芯结构成型工艺研究

为了改善复合材料夹芯结构中芯材与面板界面结合强度,研制了一种新型夹芯结构,即复合材料柱/泡沫塑料复合芯材夹芯结构.该结构中用过渡层取代胶结层,使芯材和面板为一体,芯材由泡沫塑料和柱结构组成,其中柱结构是与面板同材质的纤维增强复合材料.通过该夹芯结构的芯材结构设计、加工工具的设计、加工工艺设计,使增强材料在法向上植入芯材中,并与上下面板的增强材料连通.由于在同一个工艺过程中固化成型,构成一个整体,没有界面,从根本上改善了面板与芯材之间粘接性能薄弱问题.试验结果表明,该结构具有较高的抗层间剪切、抗平压、抗剥离及抗疲劳性能.     

三维机织夹芯复合材料的制备与压缩性能研究

以玻璃纤维为原料,采用2个系统经纱(一个为上下表层经纱,另一个为夹芯层经纱)、1个系统纬纱,在SU111型全自动剑杆织机上制织经向截面为“口”字形的新型三维夹芯织物.以环氧树脂E-44与9055型固化剂为基体体系,采用手糊成型工艺将上述机织物复合制成三维机织夹芯复合材料.研究三维机织夹芯复合材料的压缩性能,分析材料结构与压缩性能之间的关系,并与“8”字形中空复合材料进行比较.结果表明,芯材间距为5mm的“8”字形中空复合材料的压缩强度高于芯材间距为25 mm的三维机织夹芯复合材料,但是后者的弹性模量高于前者.实验结果对该类结构材料的优化设计与力学性能研究具有极其重要的指导价值.     

热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展

面芯界面性能是复合材料夹芯结构发挥其力学/多功能优势的关键,热塑性树脂具有可熔融再造的特点,使热塑性复合材料夹芯结构(TPCSS)可在不引入新材料的前提下,形成连续可靠的面芯界面。对近年来热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展进行了梳理,总结了常见构型与所用材料,重点归纳了主要的熔融连接方法,包括热板焊接、模压成型、连续热压、面芯共编和增材制造等。基于国内外研究和应用现状,展望了熔融连接热塑性复合材料夹芯结构的未来发展趋势和应用前景。     

三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性

将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。     

织物结构对复合材料力学性能影响的试验研究

为探讨不同结构形式织物对复合材料力学性能的影响及其损伤破坏机制之间的差异,通过宏观拉压试验,研究了经编及平纹碳纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸及压缩力学性能,并利用声发射对试验过程进行实时监测,对破坏后的断口进行显微镜观察分析,分别给出了两种材料的拉伸和压缩破坏机制.研究结果表明:织物结构形式对复合材料的力学性能有较大影响,与经编织物复合材料相比,平纹织物复合材料的拉伸、压缩强度均较低,且其拉伸、压缩破坏试样的断口相对齐平,分层现象不明显;根据声发射监测结果可以判定两种复合材料损伤过程中的损伤类型,与经编织物相比,平纹织物复合材料拉/压过程中的声发射电压信号相对稳定且整体强度较低.     

Thermoplastic composite from innovative flat knitted 3D multi-layer spacer fabric using hybrid yarn and the study of 2D mechanical properties

Due to their improved mechanical properties, 3D multi-layer spacer fabrics could be used for lightweight applications such as textile-based sandwich preforms. Modern flat knitting machines using high performance yarns are able to knit complex 3D multi-layer spacer fabrics consisting of individual surface and connecting layers. This paper reports on the development of 3D flat knitted spacer fabric for 3D thermoplastic composites using hybrid yarns made of glass (GF) and polypropylene (PP) filaments. Moreover, mechanical properties of reinforcement yarns, 2D knit fabrics and 2D composites manufactured using various integration methods of reinforcement yarns were also studied. The integration of reinforcement yarns as biaxial inlays (warp and weft yarns) is found to be the best solution for knitting, whereas the tuck stitches show optimal results.     

经编间隔织物增强柔性复合材料冲击性能

针对传统个体防护材料刚硬、限制人体活动的缺点,设计了2种柔性复合材料: 剪切增稠液(STF)和硅橡胶填充经编间隔织物(WKSF)柔性复合材料,并对其冲击性能进行研究。WKSF具有上、下两个表层和间隔丝构成的间隔层,在其间隔层中加入STF和硅橡胶2种柔性材料。STF采用将纳米SiO₂分散于聚乙二醇(PEG)中制成,硅橡胶采用硅胶和固化剂混合而成。采用流变仪对STF的流变性能进行测试,采用Instron落锤冲击仪对WKSF及其复合材料的冲击性能进行测试。实验表明: STF在达到临界剪切速率后出现剪切增稠现象,纯织物的冲击过程可分为弹性、平台和压实3个阶段,且具有明显的平台阶段;经填充后所制成的2种复合材料的冲击过程与纯织物明显不同,其载荷-位移曲线呈线性;加入硅橡胶的复合材料刚度较大,没有应变率效应;加入STF的复合材料具有较好的能量吸收性能和明显的应变率效应。     

双向荷载作用下空间夹心节点受力性能试验研究

节点核心区采用同梁等强的低强度混凝土浇筑的夹心节点和采用同柱等强的高强度混凝土浇筑的传统节点相比,施工简单且易保证质量,但是我国规范对其规定过于简单,没有明确的验算方法。通过三组不同混凝土强度等级差的空间夹心节点和传统节点对比试件的双向低周往复性能试验研究,对比分析了二者破坏形式、延性、耗能、变形和承载力等方面的差异,结果表明:中低剪压比夹心节点的整体抗震性能稍弱于传统节点,但相差不明显;中低轴压比、剪压比条件下,当柱与梁混凝土强度等级之比小于1.5时,节点区可直接采用与梁相同强度等级的混凝土浇筑,当柱与梁混凝土强度等级之比大于1.5时,其破坏形式可转变为节点核心区剪切破坏,需采取相应的加强措施。最后在此基础上,给出了与试验结果吻合较好的夹心节点抗剪承载力计算公式。     

三维多向编织复合材料宏细观力学性能有限元分析研究进展

三维多向编织复合材料综合力学性能优异,有望在航空航天领域作为主承力结构而得到广泛应用。有限元分析(FEA)方法是三维多向编织复合材料宏细观力学性能研究最为经济和有效的分析手段。从细观结构模型、刚度强度性能预测及界面性能分析等方面评述了细观有限元法的研究进展;从接头结构承载性能分析和冲击性能模拟等方面介绍了宏观有限元法的研究概况;分析了目前研究中存在的主要问题并对后续的研究工作进行了展望,为研究者了解该领域的研究现状和发展趋势提供了有价值的参考。     

四步法三维矩形编织复合材料的细观结构模型

基于现有实验研究和编织工艺中携纱器的运动规律, 重点分析了材料内部区域纤维束的空间构型, 建立了材料的三维实体细观结构模型。该模型不仅体现了内部纱线因打紧工序而形成的紧密接触和截面变形, 而且考虑了内部和表面区域纱线因挤紧状态不同所造成的纱线填充因子变化。基于一种单胞取向平行于材料横截面边界方向的新划分方案, 解决了45°单胞划分方案的不足, 建立了便于力学性能分析的单胞几何模型, 并指出了编织工艺参数和模型宏细观结构参数的关系。模型数值结果与试件实测数据吻合, 表明了该模型的合理有效性,为材料后续力学性能分析奠定了基础。      

2.5D机织复合材料压缩性能实验与数值模拟

为了研究2.5D机织复合材料的压缩损伤和失效机制,验证双尺度渐进损伤有限元数值模拟方法的有效性,对这类复合材料分别沿经纱方向和纬纱方向进行了准静态压缩实验,获得了其相应的应力-应变曲线,并测定了材料的初始弹性模量和极限强度。在此基础上,利用双尺度渐进损伤有限元数值方法模拟分析了材料的压缩应力-应变响应和损伤演化行为,取得了与实验吻合较好的模拟结果。结果表明:2.5D机织复合材料在纬向压缩下的主要失效模式是纬纱的轴向压溃与断裂,可获得相对较高的压缩强度;但在经向压缩下,经纱因弯曲会承受附加弯矩作用,从而对周围基体造成挤压,故在经纱轴向断裂之前容易出现经纱之间基体的压溃和纱线之间的分层开裂,使强度降低,不利于发挥纤维的承载优势。