基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:2.复合材料层合板拉伸过程的有限元分析

针对实际使用中平纹织物复合材料铺层角度问题,将0°/45°/90°/-45°铺层的层合板作为有限元分析对象,研究其犬骨试验件在单向拉伸作用下的响应。分析过程中,将试样视作宏观均匀的弹性材料,利用已得出的平纹织物复合材料的物性值,以8节点块单元对模型进行离散,通过分步施加载荷,得到复合材料的应力与应变曲线。与实测值作对比发现,仿真结果同实测结果相吻合。将节点反力作为复合材料单胞模型的边界条件,对复合材料进行失效预测。结果表明:角度铺层设计可以减弱细观结构的开裂和分层;且在承受相同的拉伸应力下,铺层复合材料单胞内树脂单元失效的数量少,因此具有更高的强度。     

亚麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备与性能表征

针对预成型件的铺层角度对复合材料力学性能产生影响的问题,以亚麻纤维为增强体,与聚乳酸纤维通过开松、混合、梳理工序制成预成型件后,采用模压成型工艺制备了亚麻纤维/聚乳酸复合材料。研究预成型件的各种铺层角度对复合材料拉伸、弯曲性能的影响,并通过扫描电镜讨论亚麻/聚乳酸复合材料的破坏机制以及拉伸断裂形貌。结果表明：铺层角度为90°时,复合材料横向拉伸、弯曲强度和模量最高;铺层角度为0°时,复合材料纵向拉伸、弯曲强度和模量最高。     

玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备及其拉伸断裂性能

为提高聚乳酸复合材料的力学性能,以玄武岩织物(BF)为增强材料,聚乳酸(PLA)为基体材料,采用真空灌注法制备玄武岩织物增强聚乳酸复合材料。研究了偶联剂KH550质量分数、铺层层数、铺层角度对BF/PLA复合材料拉伸断裂性能的影响,并借助扫描电子显微镜对复合材料拉伸实验后的断裂形貌图进行分析。结果表明:随着KH550质量分数的增加,BF/PLA复合材料的拉伸断裂强度出现先增大后减小的趋势,且KH550质量分数为3%时处理效果最佳,此时复合材料的拉伸断裂强度提高到82 MPa,且断面整齐;玄武岩织物铺层角度为0°和90°时,复合材料的拉伸断裂性能较优,45°铺设时最差,且拉伸实验后层间分离现象明显;在一定范围内复合材料的断裂强度随玄武岩织物铺层层数的增加而增加。     

经编四轴向玻璃纤维织物的渗透行为和渗透率

为研究经编四轴向玻璃纤维织物的渗透行为同织物结构的关系,采用径向法和单向法对不同铺层数和铺层角度的预制件进行面内渗透率以及单向渗透率的测试,并结合复合材料横截面切片对织物凹凸表面效应对流动的阻碍作用进行分析。采用以体积分数为自变量的经验公式对多层铺层织物的单向渗透率进行预测。实验结果表明：对于低铺层数的预制件,渗透率和纤维体积分数无直接关系,与织物表面在压缩作用下形成的平行于流动方向的流道数量密切相关;对于铺层角度不同的预制件,平行流道数目最多的预制件具有最大的渗透率;经验公式较Kozeny-Carman公式更能准确的预测经编四轴向织物的单向渗透率。     

金字塔点阵复合材料结构力学性能分析与优化

金字塔点阵复合材料是一种轻质、高强的新型材料,又具有隔热、隔振和电子屏蔽等多功能可设计性,是极具潜力的先进多功能材料。采用有限元软件ABAQUS建立金字塔点阵结构平压和剪切模型,分析等效平压和剪切性能。进而建立含多层铺层的点阵复合材料力学模型,通过理论值计算其平压模量和剪切模量,用ABAQUS计算等效平压刚度和剪切刚度,得出平压和剪切模量,并与理论解对比验证数值分析的正确性。对于对称铺层的点阵复合材料结构,改变铺层层数、铺层角度,倾斜角等多种几何工艺条件,采用ABAQUS数值分析平压模量和剪切模量,得到相应的优化结果。     

铺层角度对苎麻纤维复合材料性能的影响

基于真空辅助成型工艺,研究铺层角度对苎麻织物增强环氧树脂复合材料力学性能的影响,并将该铺层设计应用在复合材料桥梁模型上。结果表明:当铺层方式为纬向铺层(90°)时,复合材料的拉伸强度最大,为73.5 MPa;经纬交叉铺层(0°/90°)时,为72.4 MPa。当铺层方式为经纬交叉铺层时,复合材料的拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度皆为最大,分别为3.8 GPa、108.2 MPa、5.0 GPa和21.7 MPa。综合拉伸、弯曲、剪切性能,经纬交叉铺层复合材料力学性能最优。苎麻纤维复合材料桥梁的最大载荷为8.79 kN,载荷质量比为12.08。     

PLA/黄麻多层混纤热压复合材料的制备及工艺优化

以混纤比为30/70的PLA/黄麻混纤针剌絮片为基材,利用热压工艺,制备多层混纤复合材料。以了解热压温度、铺向角等制备工艺参数对多层混纤复合材料力学性能的影响。经优化分析,分别得出弯曲强度、拉伸强度与热压温度、铺向角的回归方程;在此基础上,确立了PLA/黄麻多层混纤复合材料的制备工艺。结果表明:在压强为8MPa、热压时间为3min的情况下,当热压温度为206℃、铺向角为45°时制备得到的多层混纤复合材料力学性能较佳。     

基于ANSYS Workbench碳纤维复合材料综框的铺层分析与优化设计

为了满足高速织机工作过程中综框振动小和噪声低的要求,基于ANSYS Workbench 15.0对碳纤维复合材料综框结构的四种纤维铺层方案进行模态分析,比较不同纤维铺层方案的低阶固有频率和振动特性,并与铝合金综框进行性能比较。指出:幅宽为190cm,横梁厚度为12mm的综框,采用纤维铺层方案1时,综框具有最佳的动力学特性,其基频提高了4.514Hz,自身质量减轻了52.50%,在实现轻量化设计的同时增强了综框的抗振性;用Response Surface工具箱的Min-Max Search分析,当设计变量V39为143.58mm、H29为520.00mm和H40为50mm时,碳纤维复合材料综框具有较好的动态特性;研究横梁高度、侧档宽度以及导板安装位置对碳纤维复合材料综框动态特性的影响,并进行不同参数组合优化,可确定综框结构的最佳参数。     

基于复合材料的综框结构设计与频率优化

将先进复合材料应用于综框结构设计,通过APDL语言编写了综框的参数化建模程序。利用Shell181单元模拟层压板分层结构,比较两种材质对综框动力学特性的影响。分析结果表明,相对于铝合金综框,碳纤维复合材料使综框前两阶模态频率分别增大了19.611 Hz和40.698 Hz,有效提高了综框的频率储备。以层压板铺层角度α和β为设计变量,采用随机搜索算法对综框进行频率优化设计,优化结果后,综框基频增大了7.69%,进一步增强了综框的抗振性,有利于织机车速的提高。     

碳纤维复合材料无人机叶片的仿真与分析

为得到碳纤维在无人机叶片中最优的铺层方式,通过Workbench中的ACP(ANSYS Composite PrepPost)模块,对碳纤维复合材料无人机叶片的铺层进行设计。利用SolidWorks三维建模软件建立无人机叶片的三维模型,并采用HyperMesh对叶片进行几何清理、划分网格等,利用Ansys Workbench Fluent对无人机叶片的不同转速进行流体仿真,提取叶片表面压力载荷,对不同铺层的碳纤维复合材料无人机叶片进行仿真与分析,得到碳纤维复合材料无人机叶片的力学仿真结果,并基于Tsai-Wu失效准则,计算每层铺层的失效系数,进而对比得出最优的碳纤维铺层方式为[0°,90°,90°,90°,0°]。     

亚麻针织物增强聚氨酯泡沫拉伸性能研究

采用反应注射成型的方法制备了以亚麻针织物为增强体、聚氨酯泡沫为基体的亚麻/聚氨酯复合材料,并对其进行拉伸性能试验。分析针织物密度、厚度、铺层方式对复合材料拉伸性能的影响。     

碳纤维/环氧树脂基复合材料增韧改性研究进展

为改善碳纤维/环氧树脂基复合材料的脆性断裂问题,常通过树脂增韧和纤维改性等方式实现。本文从树脂改性、界面改性及结构设计3个方面综述了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展。其中树脂改性主要有纳米材料改性、橡胶弹性体改性及热塑性树脂改性增韧等方式,通过增加填充粒子与树脂基体间键合来提高环氧树脂的韧性;界面改性主要是碳纤维表面改性,通过增加碳纤维表面活性官能团或多尺度进行表面改性,增强碳纤维和环氧树脂之间的界面结合性能,达到复合材料增韧的效果;复合材料结构设计主要是设计纤维铺层角度、厚度、结构,通过结构优化来增强复合材料的韧性。最后分析了3种改性方式存在的问题,并指出3种方式结合使用是未来复合材料改性的研究方向。     

二维二轴编织铺层复合材料压缩性能的研究

利用二维编织机,设计编织用芯模尺寸,编织成不同层数的编织铺层复合材料。讨论多层碳纤维/环氧树脂编织铺层复合材料的压缩性能,并分析不同层数、不同编织角的编织铺层复合材料的平均压缩模量的变化规律及压缩破坏模式。结果表明,随着层数的增加,编织铺层复合材料的平均压缩模量呈下降趋势;在同一块编织铺层复合材料板内,编织角影响编织铺层复合材料的平均压缩模量,其随编织角增大而减小;编织铺层复合材料的压缩破坏模式主要是分层现象较明显,其次是树脂剥离、碳纤维脆断。     

新型PLA/黄麻层压复合材料的成型机理及正交试验法

采用正交试验法对PLA/黄麻复合材料成型工艺参数进行优化,并探讨铺层顺序、铺向角以及成型工艺参数(成型温度、压力、时间等)对层压复合材料力学性能的影响。研究表明,成型工艺参数成型时间、温度的影响对复合材料的力学性能比较大。得到降解性PLA/黄麻复合材料成型工艺的最佳条件,可在短时间内以较低的成本、较少的试验次数找到合适的工艺参数组合。     

近年针织复合材料能量吸收性能研究进展

介绍了近年来针织结构增强复合材料在能量吸收性能方面的研究进展,综述了实验方法、不同结构和铺层方式对能量吸收性能的影响以及相关复合材料破坏的机理,对进一步研究针织复合材料的能量吸收性能有一定的参考价值.     

一种高强高透层间增韧合成纤维纸基材料及其制备方法和应用

申请公布号:CN 114892443 A 发明人:龙金 胡健 张雪姣 李尧 李西 申请人:华南理工大学 层间增韧通常以颗粒、薄膜、纳米材料等形式插入复合材料层合板的铺层间,在层间形成具有某种韧化结构,进而增加裂纹扩展过程中的能量耗散,达到提高复合材料层间断裂韧性的目的,是一种切实可行改善复合材料层合板抗冲击性能的方法.     

碳纤维复合材料层压板冲击性能研究

采用单向碳纤维预浸料，经裁剪、铺叠、加压、加热固化工艺制得不同厚度、不同铺层方向的碳纤维复合材料层压板；按照国家标准对层压板的冲击性能进行了测定，对测定结果进行了分析探讨．所得实验结果为碳纤维整体车架自行车的铺层设计提供了实验依据．     

纤维缠绕复合材料压力容器设计分析

纤维缠绕压力容器由内胆、纤维增强缠绕层和纤维保护缠绕层组成,材料在载荷作用下影响应力等状态.纤维复合材料气瓶中关于结构设计的不确定性往往影响气瓶的性能,可通过模拟软件来仿真其性能,进而确定设计的可靠性与优缺点,模拟软件可以确定某种条件下相关结构的极限应力应变.复合材料气瓶的缠绕层与金属内衬的模拟仿真有助于优化整体结构,通过ABAQUS仿真软件对所设计的纤维气瓶进行仿真,验证其性能,进而优化其设计及技术,是朝着工业和经济解决方案迈出的重要一步.研究目的即对理论初设的复合材料气瓶结构使用有限元分析的方法验证其结构与性能,以满足相应的设计内容与技术要求.     

双稳态结构驱动的可变形机翼模型研究

探讨可变形机翼中使用双稳态复合材料层合壳结构驱动其变形的潜力。基于最小势能原理,采用有限元法对不同铺层形式、不同材料组分的反对称双稳态复合材料层合壳的力学模型进行了数值模拟和详细讨论,计算确定结构几何尺寸和材料参数对结构卷曲半径的定量影响程度。进而,运用研究得到的层合壳的结构性能,对三种机翼变形方式包括机翼的弯曲变形、平面变化和弦长改变采用双稳态结构驱动进行了分析和讨论,初步探讨其应用于可变形机翼的适用性,并给出一些有益的结果。     

二维三轴向编织混杂层合复合材料的冲击性能

为探讨混杂结构与破坏机制关系。本文研究了在铺层数目相同时,4组二维三轴编织碳纤维/玻纤纤维混杂层合复合材料受到低速冲击后的冲击性能。实验结果表明,在相同铺层数目情况下,编织混杂层合复合材料冲击后表面产生裂纹均比纯碳纤或纯玻纤编织层合复合材料多,且正面裂纹纵向扩展范围较大,而背面裂纹横向扩展范围较大;碳纤+玻纤+碳纤编织层合复合材料单位厚度吸收的能量比纯碳纤编织层合复合材料提高7.61%;玻纤+碳纤+玻纤编织层合复合材料单位厚度吸收的能量比纯玻纤编织片层合复合材料提高2.21%;编织混杂层合复合材料冲击后在厚度方向产生的损伤扩展较少;编织层合复合材料在低速冲击作用下不易分层,通过合适的铺层方式及纤维组合能够实现正的混杂效应,并能有效改善材料的抗冲击性能。