三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

编织复合材料的横向冲击力学行为研究

本文利用冲击加载实验装置对碳纤维编织复合材料梁的横向冲击损伤与断裂行为进行了实验研究,确定了不同冲击速度下冲击载荷响应、梁的动态位移变化以及梁的动态应变演化历史等动态力学行为,给出复合材料梁的冲击吸收能量及其Mises有效应力。同时,利用扫描电镜对编织复合材料的损伤断裂机理进行微观分析。     

三维编织复合材料平均刚度的研究

研究了三维编织复合材料的细观结构,建立了局部剖切模型,模型较好地表征了编织预形件及其复合材料的细观结构。由于复合模压会改变复合材料的细观结构,从而使编织角发生变化,这一变化会直接影响到复合材料的刚度计算。运用所建模型并考虑单元体积比例因子,以加权法算出复合材料的平均刚度,数值结果与拉伸试验数据较吻合,可运用于工程计算。     

三维编织复合材料的发展及应用研究

三维编织复合材料以其高比刚度、高比强度以及优良的抗冲击、抗分层性能被广泛应用于航空航天领域。随着编织工艺的不断革新以及固化成型技术的持续发展,三维编织复合材料在一体化成型和大尺寸自动化编织上展示出得天独厚的优势。本文对三维编织机进行分类,讨论了三维编织与二维编织的区别,介绍了三维编织预成型体工艺的发展现状,对三维编织复合材料的应用现状进行总结。最后,对三维编织复合材料的应用前景进行了展望。     

纤维增强复合材料汽车保险杠防撞梁的轻量化研究

探讨了用于车身结构的两种常用纤维增强型复合材料——长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(LGFT)和连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)在汽车保险杠防撞梁上的轻量化应用。开展了LGFT和CFRP材料的制备及相关力学性能测试,基于实验与反求分析获取有限元仿真分析相关参数。以某车型铝制保险杠防撞梁为原型,采用LGFT及CFRP复合材料进行等刚度设计,综合分析了复合材料保险杠防撞梁相对于铝制防撞梁的耐撞性和轻量化性能。结果表明,在满足耐撞性能要求下,LGFT与CFRP防撞梁轻量化效果明显,相对于原铝制保险杠防撞梁质量分别减轻了11.2%和46.1%。因此,在等刚度设计条件下,纤维增强型复合材料能更好地实现汽车保险杠防撞梁的轻量化要求。     

三维四向编织复合材料的孔隙修正模型

三维编织复合材料的性能预测对三维编织复合材料的性能设计有重要意义。在现有研究的基础上,针对三维四向编织复合材料力学性能预测,考虑了基体孔隙和加载方向对测量结果的影响,引入了系数c来描述孔隙的影响,提出修正后的刚度平均法,建立了新的有限元分析模型。采用修正过后的刚度平均法和新的有限元分析模型,将结果同力学实验结果进行对比,发现新的模型得到的结果与实验吻合得较好,且理论计算与有限元法得到的结果非常接近,可以用于预测三维四向编织复合材料的力学性能。同时采用修正后的刚度平均法,将新模型的结果同现有模型的结果进行对比,新模型的结果表明:(1)纵向弹性模量在编织角较大时存在一个谷值;(2)加载方向对横向弹性模量的测量结果有很大影响;(3)系数c较好地描述了孔隙对于材料力学性能的影响;(4)横向剪切模量并不在某个编织角存在峰值,而是随编织角的增大而增大。     

格构腹板式界面增强泡桐木夹芯复合材料梁的弯曲性能试验

复合材料及其夹层结构具有轻质高强、耐腐蚀、节能保温等特点,以玻璃纤维增强复合材料作为面层和格构腹板,以泡桐木为芯材,采用真空导入成型工艺,制备出格构腹板式界面增加泡桐木夹芯复合材料梁。在保持试件总尺寸不变条件下,对木梁、无格构木芯梁、格构木芯梁进行了平面、侧面四点受弯性能试验研究对比。得出如下结论:同一种构造试件平面受压时所受的极限承载力和刚度比侧面受压时所受的极限承载力和刚度高;无格构木芯梁、格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度比木梁试件所受的极限承载力和刚度有明显的提高;格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度比无格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度有一定的提高。     

关于编织复合材料羽毛球拍的参数化建模探讨

针对编织复合材料在羽毛球拍的应用,从理论、试验和参数化建模等多个角度分析了编织复合材料的特性和纤维体积比对羽毛球拍相关性能的影响。对编织复合材料进行相关的力学试验分析,结果表明:由于编织复合材料的独特的特性导致了其在0°和90°两个方向上的拉伸强度和压缩强度相差较大。同时,研究了纤维体积比对编织复合材料羽毛球拍的最大应力的影响。通过参数化建模的方式分析了纤维体积比的合理值。考虑制作羽毛球拍的成本因素,最终选择纤维体积率在10%～20%之间。     

编织结构复合材料力学性能的测试与分析

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究,得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律.实验结果表明:三维编织复合材料具有良好的力学性能,而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响.这些结果为进一步研究复合材料的强度失效问题奠定了实验基础.     

三向编织复合材料拉伸强度研究

在细、宏观结合的基础上研究了三向编织复合材料的拉伸强度。首先,对实际编织结构进行恰当的几何简化;其次,建立材料的细观力学理论分析模型;最终,借助于商用有限元分析软件成功实现了编织复合材料的拉伸强度仿真分析。计算结果得到了试验的验证。在此基础上,研究了编织几何参数(编织角和轴向纤维束与编织向纤维束大小之比)对于编织复合材料拉伸强度性能的影响。分析方法对研究编织复合材料结构力学具有重要的参考价值。     

三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响

通过7组实验比较和分析研究,评价了编织结构参数(如编织角,纤维体积分数,轴向纱数与编织纱数之比,三维四向/五向,厚度)对复合材料拉伸性能的影响,且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响;复合材料有两种破坏模式,一种是裂纹沿纤维束扩展,另一种是纤维束拉断,后者为主要破坏模式。这些结果为三维编织复合材料的设计提供了依据。     

三维全五向编织复合材料的弯曲性能研究

以无碱玻璃纤维为原料,采用四步法1×1编织工艺在全自动模块组合式编织平台上制备三维五向及全五向编织物;以E51环氧树脂、70#固化剂(四氢邻苯二甲酸酐)为树脂基体,与编织物复合制备三维五向及全五向编织复合材料;利用Instron万能材料试验机对比测试上述编织复合材料的弯曲性能,研究轴纱、编织角、纤维体积分数等结构参数对材料弯曲性能的影响。结果表明,编织复合材料的弯曲性能随着编织角的增加而减少,随着轴纱、纤维体积分数的增大而增加;三维全五向编织复合材料的弯曲性能明显好于三维五向编织复合材料。     

帽型复合材料梁的稳定性分析与固有频率计算

根据经典层合板理论,结合纯弯曲状态下内力与应变的关系,推导了帽型复合材料梁的等效弯曲刚度计算公式,并利用等效弯曲刚度进一步推出了该类型梁的轴向临界载荷与固有频率计算公式,最后用有限元法进行验证,为帽型及其他截面类型的复合材料梁在工程中的应用提供参考。     

三维编织复合材料的细观结构与力学性能

归纳、梳理了三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型,分析、比较各结构模型的优缺点,从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展,探讨了细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题,并展望今后的研究重点与发展方向。     

三维编织复合材料有效模量的计算

三维编织复合材料的模型是计算机辅助设计复合材料的基础，但是目前的研究还很不成熟。本文应用三维编织复合材料的单胞模型，应用有限元分析软件ANSYS模拟了三维编织复合材料的编织结构，并模拟了得到了复合材料拉伸时的位移场和应力场，并由ANSYS的应力和应变结果计算了复合材料的等效弹性模量。其计算结果与实验结果符合较好。     

碳纤维复合材料圆梁弯曲振动有限元分析

碳纤维复合材料圆梁作为片状物料传送的旋转部件使用时,对其承载强度、刚度以及振动性能的要求一直较为严格。本文在结合材料力学和经典层合理论的基础上,利用ANSYS有限元软件建立三维圆梁模型,对碳纤维复合材料圆梁在定载荷下的弯曲和振动进行模拟。结果表明:纤维小角度铺层能提高圆梁的抗弯刚度,在考虑自重的定载荷条件下,壁厚变化与重力方向最大变形之间存在临界值;通过分析梁的振动模态,提取前6阶振动频率与振型,可知碳复合材料圆梁具有较强的抗振能力。     

复合材料螺旋弹簧的刚度预测及分析

针对实心结构截面形式的玻璃纤维复合材料螺旋弹簧,基于复合材料宏观力学层合板理论,提出一种玻璃纤维复合材料螺旋弹簧的静刚度理论预测方法,并分析了该方法中弹簧各参数对弹簧刚度的影响,明确了各参数对弹簧刚度的敏感程度。     

基于连续编织-缠绕-拉挤成型工艺的复合材料直管固化研究

根据复合材料固化成型原理,建立采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的复合材料直管的传热模型以及固化动力学模型,利用有限元软件ANSYS和APDL语言开发复合材料直管固化过程数值模拟程序,以三维复合材料直管为模型进行固化数值模拟仿真,从而分析不同参数对采用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺复合材料直管固化成型过程中的温度与固化度的影响。通过对复合材料直管模型进行固化数值模拟仿真分析可以得到工艺参数(如初始温度、加温历程、拉挤速度等参数)对固化过程的影响规律。对应用连续编织-缠绕-拉挤成型工艺生产的复合材料直管进行在线温度测试,测试结果表明数值模拟与实际生产工艺贴合,对实际生产有指导意义。     

间隔机织物复合材料板梁结构设计研究

本文主要针对间隔机织物板梁结构复合材料设计与制造。分别对不同细度的间隔机织物预制件在复合材料中的体积比进行计算,采用树脂传递成型工艺(RTM)方法成型制造,利用ANSYS软件的梁单元Beam188对玻璃纤维/环氧树脂复合材料板梁结构进行静力学和动态分析。计算结果表明,复合材料板梁随着纤维体积分数(含量)增加,材料刚度增加,挠度减小,当纤维体积分数为11.10%时弯矩最大。     

二维编织复合材料管件轴向压缩性能研究

通过优化二维编织复合材料管件复合工艺,制作了碳纤维含量较高的碳纤维复合材料管件,同时对管件进行了轴向压缩性能测试,分析并探讨了编织参数对复合材料管件纤维体积含量及轴向压缩性能的影响。结果表明:优化后的复合工艺可保持复合材料管件纤维体积含量在20%~40%之间,同时使得复合后管件的内径达到一致;在编织速度不变的情况下,随着编织节距的减小,编织角逐渐增加,纤维体积含量逐渐增加,当编织节距减小到一定程度后,纤维体积含量的增加变缓,而轴向压缩强度先升高后降低,当达到最大值时,编织角为46°。