基于热阻网格法的正交三向复合材料导热系数预测模型

为预测复合材料导势系数,基于热阻网格法的求解思想,建立正交三向结构石英纤维增强复合材料在经纱、纬纱、Z向纱方向上的等效热传导系数预测模型;通过树脂传递模塑(RTM)工艺,设计并制备了不同工艺参数(纱线细度、经纬纱密度和纤维体积含量)的正交三向石英纤维增强环氧树脂复合材料,采用热常数分析仪以瞬态热源法对复合材料在3个方向上的导热系数进行测试,对本文预测模型进行验证。结果表明:与实测值相比,经纱、纬纱、Z向纱3个方向上的导热系数预测值平均误差分别为5.59%、7.81%和4.21%,均在10%以下,说明该模型的预测精度符合要求,可用于正交三向石英纤维增强复合材料的导热系数预报。     

树脂基三维编织复合材料蠕变性能分析

采用拉伸蠕变试验方法研究了树脂基三维编织复合材料的蠕变性能，分析了编织结构、编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料蠕变性能的影响．实验结果表明：在本文试验条件下，树脂基三维复合材料的蠕变曲线分为减速和恒速两个阶段；三维编织复合材料的抗蠕变性能随编织角的减小、纤维体积含量的增加而提高，且三维五向结构的抗蠕变性能优于三维四向结构的抗蠕变性能．     

基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11％下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11%下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

二步法和四步法三维编织复合材料轴向力学性能的比较研究

对具有不同细观结构参数的二步法方型三维编织复合材料试件进行轴向拉伸及轴向压缩的力学性能测试。以其结果与纤维体积含量基本相等的四步法方型三维编织复合材料的基本力学性能数据进行对比。结果表明，前者的轴向力学性能较为优越，文中同时还从宏观角度分析了编织纱的种类、编织纱与轴纱的线密度之比以及编织节距长度对其材料力学性能的影响，确认二步法三维编织复合材料的轴纱对轴向拉伸和压缩性能起主导作用，节距长度增大、编织纱线密度增加，轴向拉伸强度、拉伸模量以及轴向压缩强度和模量均有增大的趋势。     

热载荷对三维编织复合材料拉伸性能的影响

针对热载荷对三维四向编织复合材料拉伸性能的影响,基于材料细观结构几何模型,推导了三维四向编织复合材料稳态热传导分析有限元方程,建立了三维四向编织复合材料热力耦合行为分析力学模型.将稳态热传导分析得到的温度场作为热力耦合分析时的热载荷,并施加相应的机械载荷,完成了热力耦合强度预报.研究结果表明螺旋型纤维等效模型的数值预报结果与实验数据基本吻合,说明该模型能有效地计算三维编织复合材料的纵向拉伸强度;边界热流对小编织角三维四向编织复合材料的纵向拉伸强度影响较大;该研究为后续的瞬态热传导分析分析奠定了基础.     

三维四向编织复合材料等效弹性性能分析

在确立三维四向编织复合材料数字化单胞力学分析模型的基础上，运用均匀化方法对三维编织复合材料的等效弹性性能进行了分析计算，并讨论了编织角和纤维体积含量对此材料等效弹性性能的影响。     

多轴向经编复合材料热弹性性能分析

在研究３轴向经编复合材料的几何结构的基础上，建立了预测材料的热弹性性能的分析模型．典型的多轴向经编织物是由０°的纬纱、９０°的经纱、±θ的斜铺纱，用经编编织线圈捆绑在一起形成的，并且各铺垫方向的纱线呈伸直平行排列．“层合模型”用来分析和预测多轴向经编复合材料的热弹性性能，并扩展到分析和预测双轴向经编复合材料或由多块多轴向经编织物过合而成的复合材料的热力学性能．本文给出了玻璃／环氧多轴向经编复合材料的热弹性系数随纤维体积含量和斜铺纱铺垫角θ的变化结果．     

纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.     

圆型编织复合材料结构及弹性性能分析

基于三维圆型编织携纱器的运动规律,研究了空间纱线交织结构,获得了预成型件结构的单胞模型,推导了内部单胞和表面单胞的几何特性、编织工艺参数间的数学关系.采用刚度平均化方法,计算了三维圆型编织复合材料的弹性性能参数.研究结果表明:编织角和纤维体积分数对弹性模量都有明显影响.     

三维与准三维碳纤维增强轻质复合材料传热对比研究

基于随机算法,建立了三维与准三维碳纤维增强轻质复合材料代表性体积单元模型,利用周期性边界条件,开展其传热行为对比研究。结果表明：利用随机算法与周期性边界条件,可构建纤维增强复合材料代表性体积单元模型,模型预测值与实测值仅相差0.5%;相同纤维长径比与体积分数,三维碳纤维轻质复合材料面内导热系数比准三维碳纤维轻质复合材料面内导热系数低,厚度方向上则相反,且随长径比增加,三维与准三维碳纤维轻质复合材料的面内导热系数差值显著变大。     

三维四向编织复合材料纤维体积含量的预测与参数分析

纤维体积含量是决定编织复合材料各种性能的重要参数指标 ,纤维含量的高低将直接影响到各种材料性能。通过细致研究三维四向 1 x1编织体编织工艺过程 ,提出了更为精确的纤维体积含量预测方法。应用这一方法对实际编织体预测 ,其结果与实验结果吻合得很好。在此基础上 ,分析了纤维束直径、纤维束弯曲半径、携纱器单步运动形成编织体高度等主要细观结构参数 ,对代表单元编织体纤维体积含量的影响敏感度及关系曲线 ,为编织复合材料性能及纤维含量的细观优化设计奠定了分析基础。     

三维五向编织复合材料的细观结构分析

针对三维五向编织复合材料的优异性能与其细观结构的密切关系，在分析三维五向编织物纱线的运动规律的基础上，建立了三维五向编织结构的单胞模型，并推导了有关参数之间的数学关系，计算了纤维体积含量、实验数据和理论预测吻合较好。     

三维面芯编织复合材料的弯曲性能分析

利用碳纤维制备三维面芯编织织物,通过真空辅助树脂传递模塑工艺制备了不同编织角的三维面芯编织复合材料.对三维面芯编织复合材料弯曲性能进行了测试并结合数字图像相关(DIC)方法进行分析.结果表明:三维面芯编织复合材料弯曲性能随着编织角的增大而降低,弯曲曲线前期均呈线性变化,达到极限载荷后,不同编织角的破坏曲线呈现不同的特点...     

凉感聚乙烯复合纤维的制备与性能

采用熔融纺丝成型方法制备了绢云母/聚乙烯复合纤维,研究了复合纤维导热系数和力学性能.结果表明,引入的绢云母粉能够有效提高复合纤维的导热系数,随着绢云母粉质量分数的增大,复合材料的导热系数也随着增大.在绢云母粉质量分数为0.150％ 时,导热系数达到了0.49W/(m·K),较高密度聚乙烯提高了近23.67％.水浴牵伸倍...     

三维五向编织复合材料中纱线排列形态的实验分析

采用CCD显微摄像仪获取了树脂基三维五向编织复合材料的一系列截面图像，分析了编织复合材料内纱线的排列规律及其截面形状的变化．实验结果显示：沿编织成型方向，三维五向编织复合材料的不同横截面内纱线的排列方式不同，呈周期性变化；编织纱线的截面形状近似为扁平的凸透镜形；第五向不动纱的轴线基本保持伸直，其截面形状沿其轴向近似为扇形和三角形相互过渡变化；表面编织纱线的排列方式与内部编织纱线的排列有关，其截面形状近似为椭圆形。     

三维五向编织结构对复合材料性能的影响

研究了一种新型的三维编织复合材料－－三维五向编织复合材料的力学性能，给出了此种复合材料预制件的编织工艺，并将此种复合材料的力学性能和三维四向复合材料的力学性能做了对比。实验结果表明，此种复合材料轴向的力学性能比三维四向编织复合材料有所改善。     

不对中工况下双列角接触球轴承刚度特性分析

受安装技术影响,双列角接触球轴承安装过程中存在不对中情况,轴承刚度会受其影响。针对双列角接触球轴承,提出了一种含轴承不对中的双列角接触球轴承拟静力学模型,并进一步分析不对中分别与滚道曲率半径系数、间隙和预载荷等结构参数耦合时对刚度的影响。结果表明：随着不对中角度的增大,轴承的刚度逐渐减小;当不对中存在时,随着外滚道曲率半径系数增大,轴承的轴向刚度和角刚度逐渐减小,而径向刚度略有增大;轴承刚度随着内滚道曲率半径系数的增大而减小;随着轴向间隙的增大,轴承的轴向刚度和角刚度逐渐减小,径向刚度逐渐增大;随着径向间隙的增大,轴承的径向刚度和角刚度会有所减小,而同时轴向刚度略有增加;轴承刚度随着预载荷的增大而增加。     

玄武岩纤维增强复合材料管件准静态压缩试验

以三维四向编织玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)为研究对象,分别对编织角为30°、45°和60°的圆形和方形两种类型的玄武岩增强复合材料管件进行准静态压缩试验。结果表明:不同的编织角度和截面形状对玄武岩增强复合材料管件的压缩吸能特性均有显著的影响。方形和圆形两种截面类型管件的最大承受载荷均随着编织角增大而降低;在保证纤维含量近似相等的条件下,圆管的峰值载荷大于方管,其中编织角30°时圆管的峰值载荷相较于方管高出了50%左右;能量吸收方面,圆管的比能量吸收值较高,整体的吸能特性要优于方管;管件的破坏模式与编织角有关,与管件截面形状关系不大。     

编织角对三维编织复合材料弯曲性能的影响

以亚麻纤维为增强纤维、聚乳酸(PLA)树脂为基体制成不同编织角的三维编织复合材料,运用软件ABAQUS对模型弯曲性能进行数值模拟研究,分析模拟过程中纤维增强体和基体的应力分布;用万能试验机进行三点弯曲实验,研究材料的准静态三点弯曲行为。比较仿真和实验数据,结果显示:不同编织角的弯曲应力曲线趋势变化较接近,且在一定范围内,随着编织角度的逐渐增大,复合材料的弯曲强度及模量逐渐减小。将实验结果与有限元分析进行比较,验证了该有限元模型的正确性。