铺层结构对EP/GF复合材料沉头螺栓连接失效的影响

以环氧树脂(EP)为基体,单层玻璃纤维(GF)布为增强体,利用真空辅助树脂传递模塑工艺制备了具有[0°]_(_(6s)),[45°/–45°]_(_(3s)),[0°/90°]_(_(3s)),[90°]_(_(6s))铺层结构的EP/GF复合材料层合板,通过拉伸失效实验研究了铺层结构对复合材料层合板沉头螺栓连接承载能力的影响,并进一步分析了4种铺层结构的沉头螺栓连接层合板在拉伸时的失效行为。结果表明,[45°/–45°]_(_(3s))与[0°/90°]_(_(3s))铺层结构的层合板均发生了承载失效,具有较高的螺栓连接承载能力,其中[0°/90°]_(3s)铺层结构的层合板最大拉伸载荷最高,为6.7 k N,[45°/–45°]_(3s)铺层结构的层合板具有最大的失效位移,为14.17 mm;[0°]_(6s)铺层结构的层合板发生了剪切开裂失效,其螺栓连接承载能力低于上述两种铺层结构;[90°]_(6s)铺层结构的层合板发生了净张力失效,其螺栓连接承载能力最低。     

复合材料拐角的抗冲击性能实验研究

由于树脂基复合材料层合板对冲击作用比较敏感,因此,在使用过程中受到低能冲击时,极易产生不可见损伤,造成复合材料在强度和刚度上的损失,严重威胁结构的安全使用性。本文借助四点弯曲实验分别对五种不同铺层的乙烯基树脂/玻纤复合材料拐角在不同能量冲击后的弯曲刚度衰减进行了测试,讨论了不同铺层和冲击能量对复合材料拐角抗冲性能的影响。研究结果表明,随着冲击能量的增加,冲击损伤越明显,剩余弯曲刚度越低,各种铺层冲击破坏面积与刚度下降呈现基本一致的趋势;相邻铺层的铺层角相差越小,复合材料拐角的弯曲刚度越大,冲击后弯曲刚度损耗越小,[45°/0°/-45°/90°]铺层的冲击后刚度损失率最低,正交铺层的试样组抗冲击性能最差。     

(±45°/90°/0°)_s准各向同性层合板的拉伸强度

根据经典层合板理论,层合板(±45°/90°/0°)s是准各向同性层合板,其拉伸刚度在板面内各个方向上都相同,而拉伸强度是随偏轴角θ改变而变化,即强度方面不具有各向同性的特点。本文首先研究(±45°/90°/0°)s这种准各向同性层合板拉伸强度在偏轴角θ从0°至45°之间的变化情况,然后通过分别改变单层板强度参数和弹性常数来研究该层合板的拉伸强度的变化情况,并分析其破坏形式。最后与NCF材料的试验结果进行了比较。     

碳纤维薄壁管溃缩变形模式和吸能机理研究分析

通过铺放和缠绕组合工艺制备[0°/90°]、[±45°₂/0°/0°/90°/0°]、[±45°]、[64°₂/0°₂/64°₂/0°₂/64°₂]四种不同铺层角度的碳纤维薄壁管试件,并在试件端部设置开槽和开孔的触发机制。对试件进行轴向准静态压缩和电镜扫描,研究不同铺层角度试件的变形压溃模式和吸能机理。结果表明,不同铺层角度试件的变形模式不同,[0°/90°]试件呈钻石模式,[±45°]试件呈塔型渐变模式,[64°₂/0°₂/64°₂/0°₂/64°₂]呈开花模式变形,[±45°₂/0°/0°/90°/0°]试件变形介于[0°/90°]和[64°₂/0°₂/64°₂/0°₂/64°₂]试件变形模式之间。其中,[±45°...     

玻纤铺层方向对玻纤/EVE复合材料性能的影响

以0°,90°,0°/90°,0°/45°/-45°/90°分别作为玻璃纤维(GF)单向铺层方式,研究了不同的铺层方式对GF/EVE(环氧乙烯基酯树脂)复合材料力学性能的影响。结果表明,0°铺层方向的复合材料在单一方向的力学性能最好,0°/45°/-45°/90°铺层方向的复合材料可以看作各向同性材料,应用范围更加广泛。     

T700／3234层合板力学性能的研究

研究了T700／3234层合板力学性能,T700／3234层合板铺层45°／-45°／0°／90°／0°／0°／90°／0°／-45°／45°.T700／3234中温固化环氧碳纤维单向预浸料适应于热压罐成型工艺方法.测试了23℃、60℃、80℃、100％下,T700／3234层合板拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、层间剪切强度及层合板的拉伸剪切强度,得出不同温度下层合板各项力学性能的保持率,表明：T700／3234复合材料使用温度不大于80℃.     

±45°铺层比例对层合板弯曲性能影响的实验研究

为探讨±45°铺层比例对不饱和聚酯树脂/玻璃纤维复合材料板材弯曲性能的影响,针对不同±45°铺层比例的复合材料层合板进行了四点弯曲实验。研究了弯曲模量随±45°铺层比例的变化;对试件断口形式进行了宏观观察,分析不同±45°铺层比例层合板的断口破坏形式;最后通过经典层合板理论计算其理论模量,并对比分析与实验的不同。结果表明:在纯0°铺层中加入50%比例的±45°铺层,可以得到比纯0°铺层更大的弯曲模量,但比例不适宜过大或过小;±45°铺层在材料断裂时有优势,可以起到连接作用;弯曲模量理论值与实验值由于界面区的影响存在一定误差。     

升降桅杆用CFRP管件铺层设计及弯曲性能研究

根据选定的升降桅杆管体结构形式、尺寸参数和材料,设计了升降桅杆用CFRP管铺层,用静力学和有限元计算相结合的方法分析了其弯曲性能;优化并确定了升降桅杆用CFRP管的铺层方案。结果表明:CFRP管的弯曲承载能力比铝合金管提高了2~4倍;通过对CFRP管材不同铺层的分析,结果显示0°/90°/±45°铺层的等价弯曲模量和最大弯曲载荷比0°/90°铺层提高约5%。     

铺层角度对形状记忆复合材料层合板性能的影响

对不同铺层角度的形状记忆复合材料(SMC)层合板的微屈曲及形状记忆性能进行了研究。首先对±θ铺层的层合板在玻璃化转变温度以上发生弯曲变形时受压区的纤维应变进行理论分析。实验观察了[04],[±22.5]S,[±45]S和[±67.5]S等4种铺层方式的SMC层合板在弯曲变形下的面外微屈曲及受压区最外层纤维微屈曲形貌,发现在同等弯曲半径下,铺层角度的增大可显著降低微屈曲的程度,且可同时降低折曲破坏出现的可能性。最后,研究了在全0°铺层的单向板内逐步增加±45°铺层的比例并改变铺层顺序对微屈曲程度及形状记忆回复率的影响。结果表明,增加±45°铺层的比例可显著降低微屈曲程度,同时改变±45°铺层的位置对微屈曲程度的影响不大。60%以下的±45°铺层比例对形状记忆回复率影响较小,一旦±45°铺层比例超过80%,形状记忆回复率显著降低。     

复合材料层合板面内剪切实验方法的评价

复合材料层合板的面内剪切特性是进行复合材料结构设计必不可少的参数。本文对常见的4种面内剪切实验方法进行了简单介绍。采用5种E玻璃纤维织物/乙烯基酯树脂层合板,其铺层结构分别为[0]3s,[0/90]3s,[CSM/0/90]2s,[±45]3s和[(0/90)2/(±45)2/(0/90)2]s。对2种复合材料层合板面内剪切实验方法进行了实验研究,分别为±45°拉伸实验(ASTM D3518)和V形开口轨道剪切实验(ASTM D7078)。实验结果表明,±45°拉伸实验在测试层合板面内剪切模量方面具有较高的精度,而在测试面内剪切强度方面往往偏低,具有非常差的精度。     

碳纤/环氧复合材料层合板低速冲击损伤机理研究

对[0/90/0/90]_(2s)和[+45/-45/0/90]_(2s)以及平纹布铺层方式的T300/环氧复合材料层合板进行低速冲击实验,在圆形试样的基础上比较不同铺层结构的复合材料在冲击性能方面的差异,从冲击能量传播的角度分析不同铺层结构复合材料的冲击破坏机理。并在ABAQUS有限元模拟的基础上分析冲击破坏的能量传播机理。结果表明冲击能量的传播与复合材料层合板中织物沿厚度方向的铺层结构有关,也与每一层织物内纤维的方向和纤维的空间结构有关。冲击能量在排列很直的纤维中传播很快,沿纤维轴向的损伤更容易传递,所以单向布铺层的复合材料与平纹布铺层的复合材料相比,冲击中心区域的损伤小,但是损伤的范围大,纤维的弯曲会降低冲击能量沿纤维轴向的传播速度,平纹织物中每一层纤维存在交织点,冲击能量集中在冲击中心区域,使得平纹布铺层的复合材料冲击损伤集中于冲击中心处且损伤程度比单向布铺层的复合材料大,出现更多的纤维断裂情况。在铺层复合材料中纤维排列的方向越多,沿纤维轴向传播的能量方向也就越多,冲击能量在每一层的面内传播更均匀,有利于减轻复合材料受冲击的损伤程度。     

基于热稳定及等弯曲刚度的碳纤维层合板铺层设计与优化

针对碳纤维复合材料反射镜特殊应用,从热稳定性以及弯曲刚度均匀性两方面,对层合板进行铺层设计与优化。最终优化的16层铺层设计[22.5 90-45-22.5 67.5-67.5 0 45]s弯曲刚度均匀性最好,同时具有优异的热稳定性。该铺层设计为高精度、高热稳定性碳纤维层合面板研制提供参考,特别适合于变形镜的铺层设计应用。     

复合材料双钉胶-螺混合连接结构参数对失效载荷的影响

在试验验证仿真模型可行性的基础上,通过数值模拟的方法探究了复合材料的铺层顺序,混合连接结构的宽径比、端径比、孔径比等参数对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构承载能力的影响。研究结果表明:在常用的铺层顺序中,铺层顺序为[45°/0°/-45°/90°]_(3s)时,混合连接结构的承载能力最好;增加宽径比,连接结构的失效载荷会逐渐上升,但是连接强度却逐渐下降;在一定范围内,适当增加端径比或孔径比可以提高连接结构的承载能力,当超过这个范围时,连接结构的承载能力会下降。     

重力效应对VARTM工艺中树脂充模过程的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了环氧树脂/亚麻纤维复合材料层合板,记录了树脂在不同树脂流动倾角下的充模时间。通过对层合板进行拉伸、弯曲性能测试,研究了树脂流动倾角对复合材料层合板力学性能的影响。结果表明,在VARTM工艺过程中重力效应对树脂充模时间和层合板力学性能有显著影响;充模时间随着树脂流动倾角的增大(从–90°至90°)而增加;复合材料层合板的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量等均随树脂流动倾角的增大而增大,树脂流动倾角对弯曲强度的影响最大,且对强度的影响高于模量。由于树脂流动倾角影响了树脂与亚麻纤维的结合情况,导致树脂流动倾角为–90°和90°的复合材料层合板在拉伸与弯曲失效时拥有不同的失效形式。     

基于ANSYS的复合材料层合板的拉伸失效模拟

基于ANSYS的APDL语言开发复合材料层合板的拉伸失效模块,实现有限元分析的参数化建模和累积失效分析.采用Solid64宴体单元建立复合材料层合板的三维模型,依据改进的三维Haisin失效准则对结构单元进行失效判断,并对失效单元进行刚度退化.当失效单元贯穿所有单层时,复合材料层合板结构彻底失效.通过对铺层方式为[0/45/-45/90]s复合材料层合板结构拉伸模拟,探讨其拉伸破坏形式,得到层合结构的最终拉伸强度,并把其拉伸强度与文献实验结果进行对比,得到的结果与实验一致.该方法简便直观,便于工程运用.     

法向载荷下含金属预埋件碳纤维层合板强度分析

建立了含圆柱形金属预埋件和阶梯形金属预埋件碳纤维/环氧树脂层合板的三维分析模型,单层板简化为三维正交各向异性材料。采用有限元方法对法向载荷下含金属预埋件四边简支层合板进行了应力分析,给出了发生初始损伤单层板各材料主方向应力分布和金属预埋件的VON MISES应力分布。基于复合材料单层板的最大应力强度准则给出了两种分析模型的极限载荷。分析结果表明,含圆柱形预埋件层合板初始损伤发生在45°铺层靠近孔边的2点钟方位,破坏模式为基体剪切破坏;含阶梯型预埋件层合板初始损伤发生在-45°铺层靠近孔边的10点钟方位,破坏模式为基体拉伸破坏。法向载荷作用下,阶梯型预埋件结构比圆柱形预埋件结构具有更大的传力面积,大部分纤维处于适宜的受拉状态,其极限载荷比圆柱形预埋件结构提高了40.36%。     

汽车复合材料层合板准静态力学性能的试验测定

以应用于某新能源电动汽车的复合材料层合板为研究对象,利用万能试验机和静态应变测试分析系统等提出了可靠的复合材料层合板准静态拉伸和压缩力学性能试验测定方法,从而为复合材料结构在汽车轻量化中的设计和应用提供了试验依据。该层合板结构采用±45°交叉铺层方法,由2层碳纤维、1层芳纶纤维和2层玻璃纤维层叠构成。试验结果表明,该复合材料层合板在准静态拉伸时呈现沿±45°方向和层间分离挤压的断裂失效模式,这与其内部纤维铺层方向是一致的。同时,由于在复合材料板材中加入了增韧和板材失效时起连接作用的芳纶纤维和玻璃纤维铺层,该复合材料层合板的整体力学性能较常见碳纤维增强复合材料板材,其弹性模量和强度性能均有所降低。     

基于协同优化的CFRP层合板设计

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板是碳纤维复合材料产品设计过程中常用的一种结构形式,其弹性性质很大程度依赖于铺层方式和芯材厚度。基于经典层合板理论,提出了多层次协同优化的方法,利用Matlab数学软件寻优求解和Abaqus有限元软件模拟仿真的方法对层合板进行优化设计,最后通过物理实验对层合板优化结果进行分析验证。结果表明,增加铝蜂窝夹芯厚度可以大幅提升层合板弯曲刚度,有效减少碳纤维层的铺层数,降低制造成本;将0°层尽可能置于远离中面的位置可在不改变层合板质量的同时有效提升层合板弯曲刚度,使材料利用率达到最大化。     

开孔CFRP复合材料层合板的损伤解析和实验探究

采用解析计算和拉伸试验相结合的方法,对开孔CFRP复合材料板的孔边应力和损伤进行了研究。基于复变函数方法并结合Tsai-Hill失效准则,计算得到了层合板各单层的主应力分布和首次损伤载荷系数。为了测定层合板面内拉伸性能并对解析结果进行验证,基于ASTM D5766-07试验标准对CFRP层合板进行了拉伸试验。研究结果表明:当开孔CFRP层合板承受沿长轴方向拉伸载荷时,0°和±45°铺层为主承力层,且主应力σ1最大值出现在与孔中心成65°～115°和245°～295°范围内;各层最小首次损伤载荷系数出现在65°～115°范围内,其中,45°层和-45°层的损伤载荷系数最小;当载荷达到初始损伤载荷时,层合板开始出现内部损伤和参数退化;拉伸试验后CFRP复合材料板试件损伤的形式主要为基体开裂和纤维断裂,损伤的区域在孔周边61°～90°和241°～270°范围内,试验结果与解析计算结果基本一致。     

含裂纹金属板复合材料胶接修补结构残余热应力分析

残余热应力会增大裂纹尖端的应力强度因子SIF,加快疲劳裂纹扩展速率,缩短修补结构的疲劳寿命。利用三维有限元方法,对含裂纹金属板复合材料胶接修补结构中的残余热应力进行了分析,利用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算了修复结构裂纹尖端的SIF。并以SIF为判据,讨论了补片铺层方向、固化温度、胶层的材料参数对修复结构残余热应力的影响。结果表明,[0°/45°/-45°/90°]s的铺层方式可有效降低残余热应力引起的SIF;残余热应力引起的SIF随着固化温度的升高而线性增加;胶层的材料参数及胶层厚度对残余热应力引起的SIF影响不显著。