湿热环境对CFRP层板压缩性能的影响EI北大核心CSCD

湿热环境对CFRP层板力学性能产生重要影响。通过加速吸湿试验研究T700/3228层板的吸湿特性,对比分析[0]16及[90]16层板经不同湿热环境处理后的性能退化情况,通过微观结构表征阐述其压缩退化机理。结果表明,随着温度及湿度升高,[90]16层板中的树脂基体在压缩载荷下发生的膨胀与热膨胀及湿膨胀叠加,导致[90]16层板的压缩强度下降;[0]16层板中的纤维在压缩载荷下倾向于随树脂基体发生局部屈曲变形,导致[0]16层板的压缩强度下降。     

湿热环境对CFRP复合材料性能影响研究进展

湿热环境会造成碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的性能退化,因此该问题引起了国内外学者的广泛关注和研究。综述了CFRP复合材料的吸湿特性、湿热环境对CFRP复合材料力学性能的影响和破坏机理,以及湿热环境下CFRP性能的模拟和预测研究,并在此基础上对湿热环境下CFRP性能的研究前景进行了展望。     

湿热环境下复合材料层板拉-压性能

通过对碳纤维环氧复合材料试样进行不同湿热环境下的拉伸和压缩实验,分析其吸湿特性、拉压力学性能、破坏后断口形貌以及动态力学性能,探讨湿热对该复合材料的拉伸和压缩性能的影响。结果表明:碳纤维环氧复合材料的吸湿过程满足Fick定律,饱和吸湿率约为0.86%。吸湿后材料表面变得光滑,有少量纤维拔出和树脂破坏发生,但吸湿后没有发生化学反应和新物质生成。吸湿后在130℃下,复合材料的拉伸性能保持率为96%,而压缩性能保持率仅为69%。吸湿后玻璃化转变温度比干态时下降了33℃。     

压缩预应力对复合材料层板抗冲击损伤性能的影响

为确定压缩预应力对复合材料层板抗冲击损伤性能的影响,首先对不同压缩预应力下的碳纤维/双马树脂CCF300/5428层板进行了低速冲击和准静态压痕试验,然后通过热揭层和冲击后压缩试验分别得到了层板分层面积和剩余强度。结果表明:压缩预应力会大幅降低层板的接触刚度和弯曲刚度,从而导致相同冲击能量下层板凹坑深度和背部基体开裂长度增大;对于准静态压痕过程和相同冲击能量下的冲击过程,分层起始载荷和峰值载荷均随压缩预应力的增大而减小;在相同冲击能量下,随着压缩预应力的增大,层板内部分层总面积及冲击能量吸收比不断增大,剩余压缩强度不断降低。因此,压缩预应力会降低复合材料层板的冲击损伤阻抗,对损伤容限性能不利,在对承受压缩载荷结构的试验验证过程中应考虑压缩预应力对抗冲击损伤性能的影响。      

聚氨酯涂层对复合材料层板冲击后压缩性能的影响

对聚氨酯喷涂复合材料层板进行反复低速冲击试验和冲击后压缩试验,研究了损伤程度、层板厚度和涂层厚度对聚氨酯喷涂复合材料层合板冲击后压缩强度的影响,并通过数字图像相关(DIC)检测压缩过程分析了不同损伤程度试样的破坏过程和破坏模式。结果表明:随着冲击次数的增加冲击后压缩强度存在拐点,随着层合板厚度的增加试样的冲击后压缩强度降低,随着涂层厚度的增加含聚氨酯的试样冲击后压缩强度明显提高;压缩破坏位置与损伤程度有关,试样的损伤程度不同其压缩破坏过程也不同。     

含分层复合材料层板的压缩性能

使用商用有限元软件建立了含分层复合材料层板的有限元模型,采用Hashin失效准则对层板内单元进行损伤判断,并编写程序对失效单元进行刚度折减,使用cohesive单元模拟层间区域,并对缺陷区域进行弱化处理,利用应力失效判据和能量释放准则判断层板内起始分层与分层的扩展。对完好以及含分层缺陷复合材料单向层板试验件进行压缩实验研究,实验结果给出了分层位置和尺寸及对材料压缩性能的影响。研究表明,有限元模拟结果与实验结果具有良好的一致性。     

湿热环境对CFRP复合材料-铝合金螺栓连接结构静力失效的影响

湿热环境对碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料-铝合金螺栓连接结构失效的显著影响给整体结构带来了安全隐患.为准确评估湿热环境对混合螺栓连接静力失效的影响,基于复合材料渐进损伤模型及金属韧性断裂准则,建立了考虑湿热效应的复合材料-金属螺栓连接静力失效预测模型.采用该模型预测了CFRP复合材料-铝合金单钉双剪连接结构在23℃...     

湿热环境对航空复合材料加筋板压缩屈曲和后屈曲性能的影响

使航空复合材料加筋板在湿热环境中(70°C、水浴)达到吸湿饱和状态,对普通加筋板(A型)和吸湿饱和加筋板(B型)进行压缩实验。两类加筋板的破坏形貌相似,主要是筋条的断裂、脱粘和壁板的分层、撕裂,但破坏位置显著不同,A型加筋板的破坏位置均在加筋板中部附近,而B型分别在靠近两端的部位破坏,表明B型加筋板的破坏位置具有不确定性。两类加筋板的屈曲形式均为筋条间壁板的屈曲和中间2根筋条的屈曲,但两类加筋板相同位置的失稳壁板的弯曲方向相反,说明湿热环境对失稳壁板的弯曲方向影响较大。B型加筋板在压缩载荷下仍存在后屈曲过程,湿热环境对加筋板的屈曲载荷影响较小,对破坏载荷影响较大,较A型加筋板相比两者分别下降了3.1%和22.2%。     

湿热环境对蜂窝夹层复合材料性能的影响

对不同类型的Nomex蜂窝夹层复合材料进行湿热处理,分别测定不同材料的吸湿曲线与材料处理前后的力学性能与介电性能.实验结果表明:不同材料具有不同的吸湿特性.湿热环境会对夹层复合材料试样的面板强度、芯材剪切与压缩强度造成不同程度的负面影响,通过比较,在力学性能方面,两种面板材料的耐湿热性能相似,而环氧/NH-1-72材料的芯材具有更好的耐湿热性能.同时,湿热环境会对不同材料的介电性能产生不同的影响,其中,环氧/NH-1-48材料因其具有的最低的芯材密度,而具有最好的介电性能耐湿热性.     

湿热环境下复合材料层板的几何非线性分析

根据Reddy的高阶剪切变形理论,在应力应变本构关系中考虑湿热环境的影响,用虚位移原理推导出以位移形式表达的复合材料层板的几何非线性控制方程及相应的边界条件.选定的边界条件为弹性转动约束.选择不同的弹性转动系数,可以得到介于简支到固支之间的不同边界条件.假设材料的物性参数不随湿热环境而变化.用Galerkin方法求解控制方程.数值结果所用的边界条件为四边固支.最后讨论了温度和湿度、长厚比、长宽比和铺层数等各种参数变化的影响.计算和分析的结果均表明温度的升高对层合板的弯曲产生非常不利的影响;而加湿对层合板的弯曲影响是非常有限的.在其它几何条件不变的情况下,增加铺层数,不仅能降低挠度,也能明显地降低弯矩或弯曲应力.     

分层界面角度对CFRP层板Ⅱ型分层的影响

Ⅱ型层间断裂韧度是复合材料结构损伤容限设计的关键力学参数。针对5种具有不同预置分层界面的国产T300复合材料端部缺口弯曲(ENF)实验件,开展Ⅱ型分层测试,获得预嵌薄膜末端开裂的Ⅱ型层间断裂韧度 G Ⅱc,NPC 和预开裂裂纹处扩展的Ⅱ型层间断裂韧度 G Ⅱc,PC 。结果表明:5种分层界面下 G Ⅱc,NPC 均比 G Ⅱc,PC 高,并且对于 G Ⅱc,NPC 值,0°/0°分层界面的最高,0°/90°分层界面的最低;而对于 G Ⅱc,PC 值,0°/45°分层界面的最高,0°/90°分层界面的最低。同时,采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)模拟不同分层界面处的Ⅱ型分层扩展,获得了分层扩展过程中分层前缘应变能释放率分布,结合实验结果分析了分层界面角度对Ⅱ型断裂韧度测量值的影响。     

湿热环境对复合材料单向板拉伸性能的影响

湿热环境会导致复合材料层合结构力学性能下降。针对[90]16和[0]16复合材料单向板,在不同湿热环境处理后进行拉伸试验,对比分析其拉伸性能退化情况,通过断口形貌及微观形貌分析阐述其退化机理。结果表明,干燥环境下,复合材料单向板中的环氧树脂基体在高温下发生后固化,[90]16单向板拉伸强度随环境温度升高而增加,[0]16单向板拉伸强度随环境温度上升基本不发生变化; 85%RH下,单向板纤维-基体界面上产生湿应力与热应力,[90]16和[0]16单向板拉伸强度均随环境温度升高而下降; 70℃水浴中,单向板的基体树脂与纤维-基体界面均发生严重损伤,[90]16和[0]16单向板拉伸强度严重下降。     

湿热环境对树脂基复合材料性能影响的分析

从试验和理论两方面对复合材料湿热性能的研究工作进行了分析和总结。湿热环境对复合材料的影响主要有两方面:一是组分材料的性能随着温度和湿度变化而改变;二是湿热环境会造成材料内部应力状态的变化。根据试验得到不同湿热环境下复合材料力学性能的变化规律,发现湿热对树脂基体的影响尤为严重,工程应用设计中应根据使用环境合理选择树脂种类。在理论研究方面,大多都基于上述两方面的影响建立湿热分析模型,模型中的假设条件和简化较多,因而具有各种各样的局限性,还需进一步研究并建立多尺度的湿/热/力多物理场数值模型。     

湿热环境对复合材料正交板静拉伸性能的影响

对CCF300/BA9916复合材料正交板进行吸湿-脱湿实验,测定其在干态、湿态和脱湿条件下的静拉伸性能,研究了湿热环境下该材料的吸湿和脱湿行为。结果表明:在70℃水浸条件下CCF300/BA9916复合材料的吸湿过程与脱湿过程均符合Fick第二定律,试验件约在35 d后达到有效吸湿平衡状态,有效吸湿平衡率为0.85%;吸湿导致复合材料试验件的静拉伸性能下降了10.3%,而脱湿处理可使静拉伸性能得到一定程度的恢复。     

湿热环境对PMI泡沫夹芯复合材料性能的影响

采用聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫、碳纤维增强环氧树脂（EW220/5258）复合材料面板制备了PMI泡沫夹芯复合材料,研究了PMI泡沫夹芯复合材料、EW220/5258复合材料面板及PMI泡沫芯材的吸湿特性,并讨论了湿热对PMI泡沫夹芯复合材料的压缩性能及介电性能的影响。结果发现：PMI泡沫夹芯复合材料的饱和吸湿时间...     

考虑湿热影响的多层夹芯层板理论

目前广泛应有和的纤维增强塑料复合材料，对温度、湿度是敏感的，应用中若存在温湿环境就应加以考虑。本文是在文（１）的基础上，导出了考虑湿热影响的正交各向异性多层夹芯板的势能公式和求解控制方程，在理论上和应用上对文（１）作了扩展。     

湿热环境对损伤分层复合材料夹层板屈曲性能的影响

建立了一个分析含面板内分层损伤的复合材料夹层板屈曲性能的二维弹性基础模型, 采用Rayleigh-Ritz 法研究了任意的湿热环境对分层的复合材料夹层板屈曲性能的影响。考虑了材料依赖于温度变化的弹性及热、湿性质。     

湿热工艺对桑蚕丝纤维性能的影响

桑蚕丝(B.mor)是由天然的蚕丝蛋白组成,并可以被光、热、水和微生物等损坏。对湿热工艺诱导桑蚕丝纤维的结构和性能的变化进行了测定,观察发现,在150℃条件下将相对湿度从0%增加到70%会降低其拉伸强度。在一个成熟的环境中引入水可以促进水解降解。丝氨酸和酪氨酸的浓度由于相对湿度增加而增加,这导致了黄度指数的增加。蚕丝纤维的结晶结构没有显示出任何明显的变化,除了产生了少量的结晶副产物。     

碳纤维无纺布对CFRP层板层间的增韧作用及机制

为了揭示短纤维无纺布对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板层间韧性的影响规律,测试了不同面密度(1.95、3.90、7.80和15.60 mg/cm2)和不同纤维平均长度(0.8 mm和4.3 mm)的碳纤维无纺布增韧的CFRP层板I型层间断裂韧性。实验结果表明:对于不同短纤维增韧的CFRP层板,平均长度为0.8mm的短纤维增韧效果优于平均长度为4.3mm的短纤维,并且面密度为7.8mg/cm2、厚度约为150μm、平均长度为0.8mm的碳纤维无纺布显著提高了CFRP层板的层间断裂韧性,与未改性的CFRP层板相比,其能量释放率最大可提高99%。光学显微镜观察结果表明环氧基体中长度为0.8mm的短纤维具有三维交织结构,该结构可以有效地阻止裂纹的扩展;SEM观察结果表明短纤维从环氧基体中的脱粘和拔出以及短纤维周围环氧基体的塑性变形是CFRP层板的主要增韧机制。研究结论为层板短纤维增韧技术的应用奠定了基础。