热塑性复合材料板材拉伸强度近似计算

针对热塑性复合材料拉伸强度,以亚麻增强聚丙烯机织层合复合材料板材为例,结合理论分析,首先对其进行理想条件下的强度计算,通过推导得到理想状况下的强度理论计算公式,进而结合具体试验条件,在此理论计算公式基础上引进板材经、纬向纤维伸直系数aj、aw作为修正系数进行修正。利用多项式拟合,最终得出符合试验条件下的强度近似计算公式及拟合曲线。     

车用连续纤维增强热塑性环氧树脂复合材料制备及性能

采用原位聚合法,在甲基三苯基溴化膦催化剂作用下,以双酚A二缩水甘油醚通过双酚A进行扩链的方法制备热塑性环氧树脂,并将其与传统热固性复合材料进行了对比。结果表明,热塑性复合材料层合板与热固性复合材料层合板相比,拉伸强度及拉伸弹性模量略低,弯曲强度、弯曲弹性模量可以达到热固性复合材料层合板的86%和80%,基本能够媲美热固性复合材料。热塑性复合材料与短切纤维增强的片状模塑料及玻纤增强尼龙6、聚丙烯等热塑性复合材料相比,强度、模量相对更高。此外,其不仅具有较高的力学性能,且具有较高的玻璃化转变温度,能够在较宽的温度范围内作为结构材料使用。该制备热塑性复合材料的方法具有较好的工艺性,可以方便实现连续纤维增强热塑性复合材料的大规模工业化生产;制备的热塑性复合材料具有优良的综合性能,可应用于汽车零部件领域。     

锦葵纤维增强聚丙烯基复合材料力学性能研究

分别制备了锦葵纤维含量为10 %（质量分数,下同）、20 %、30 %、40 %和50 %的锦葵纤维增强增强聚丙烯基复合材料,研究了纤维含量对该复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响,并与苎麻纤维增强聚丙烯基复合材料进行了对比。结果表明,随着锦葵纤维含量的增加,锦葵纤维增强聚丙烯基复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量逐渐增加,而弯曲强度和弯曲弹性模量呈现先增大后减小的趋势,当纤维含量为40 %时达最大值;纤维含量均为30 %时,除拉伸弹性模量外,锦葵纤维增强聚丙烯基复合材料的各项指标均低于苎麻纤维增强聚丙烯基复合材料。     

纤维增强复合材料宏观性能预测与可靠度分析

针对纤维增强复合材料细观性能的不确定性,采用基于桥联模型的Monte-Carlo方法,预测了复合材料宏观性能分布规律,并从宏、细观两个角度计算了四边简支复合材料层合板的可靠度。研究结果表明,复合材料宏观弹性模量、剪切模量服从正态分布,拉伸强度服从威布尔分布。利用细观和宏观参数计算得到的复合材料层合板可靠度结果趋于一致,表明直接利用细观参数计算复合材料可靠度是可行的。     

PP/甘蔗皮纤维复合材料的拉伸性能

采用热压工艺制造聚丙烯(PP)/甘蔗皮纤维复合材料,并研究其拉伸性能。研究热压温度为175℃、压力为2 MPa、时间15 min工艺条件下纤维粒径大小和质量分数对复合材料拉伸强度和拉伸弹性模量的影响。结果表明:在甘蔗皮纤维质量分数为40%条件下,复合材料拉伸性能随着粒径减小呈现先增加后减少的趋势,当纤维粒径为40~60目(0.45~0.3 mm)时材料拉伸强度最大,为8.58 MPa,此时弹性模量为2.44 GPa;在相同纤维粒径40~60目条件下,纤维质量分数为40%时PP复合材料拉伸强度最大,纤维质量分数为50%时PP复合材料拉伸弹性模量最大,达到2.65 GPa。根据实验结果,甘蔗皮纤维增强PP复合材料在纤维粒径为40~60目、质量分数在40%时综合拉伸性能最佳。     

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。     

剑麻纤维/聚乳酸复合材料的制备及性能研究

采用蒸馏水、Na OH溶液、干法接枝马来酸酐(MAH)、酰化接枝月桂酸(GML)四种方式处理剑麻纤维(SF),用压制成型法制备纤维/聚乳酸(PLA)复合材料。利用红外光谱表征处理后的剑麻纤维。通过力学性能测试和扫描电镜分析表明,复合材料随着纤维含量的增多、层数增加,冲击强度与拉伸强度明显提高。加入70%的同向交错四层纤维时,SF/PLA复合材料的拉伸强度提高到104.5 MPa、冲击强度提高到135.86 J/m。纤维表面处理可以明显改善复合材料的界面相容性。     

离心浇铸纤维复合材料基本力学性能的研究

本文在总结了不连续纤维复合材料在纤维单向分布和随机分布的情况下其弹性模量估算方法的基础上,针对离心浇铸不连续纤维的取向特点,提出了分析离心浇铸纤维复合材料弹性模量的复合层板模型。在确定了离心浇铸纤维方向分布函数g(θ)后,利用由最大能量强度准则建立起来的不连续纤维复合材料强度计算公式预报强度。试验结果与计算结果较为吻合。     

芳纶、碳纤维混杂工艺对环氧复合材料拉伸性能的影响

研究了铺层参数及纤维表面处理对芳纶纤维、碳纤维混杂增强环氧复合材料(简称混杂复合材料)纵向拉伸性能的影响。结果表明，该混杂复合材料的纵向拉伸强度均低于混合定律的预测值，表现出明显的混杂负效应。铺层顺序对材料纵向拉伸强度及断裂伸长率有显著影响，界面数越多，纵向拉伸强度和断裂伸长率越大；界面粘接性能的改善可提高混杂复合材料的拉伸强度和断裂伸长率，但对它的弹性模量没有显著影响。     

单向芳纶/玻璃纤维混杂复合材料板材拉伸性能研究

本文对单向芳纶/玻璃纤维复合材料进行制作,对其纵向拉伸强度、拉伸模量和弹性伸长进行实验分析。实验结果表明,单向混杂复合材料的拉伸断裂大多为多次性,界面数越多,一次性断裂的可能性越大。界面数为1的混杂纤维复合材料的芳纶纤维体积含量在对拉伸强度影响上的存在临界值,表现出明显的混杂效应。界面数大于1的混杂复合材料在芳纶纤维铺层数一定的情况下,界面数的多少不影响混杂复合材料拉伸强度和拉伸弹性模量的大小。界面数大于1比界面数为1的复合材料的拉伸强度和拉伸模量明显偏高。同时对不同制作条件下纯玻璃纤维单向复合材料的拉伸性能进行剖析。     

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。     

基于深度学习的平纹Cf/SiC复合材料原位拉伸损伤演化与断裂分析

为揭示平纹C_f/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_f/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于裂纹的三维可视化结果对材料损伤进行了定量表征。结果表明:平纹C_f/SiC复合材料的拉伸力学行为呈现非线性,拉伸过程中主要出现基体开裂、界面脱黏、纤维断裂及纤维拔出等损伤;初始缺陷易引起材料损伤,孔隙多的部位裂纹数量也多;纤维束外基体裂纹可扩展至纤维束内部,并发生裂纹偏转。基于深度学习的智能图像分割方法为定量评估陶瓷基复合材料损伤演化与失效机理提供了有效分析手段。     

洋麻纤维的表面改性及其在聚丙烯基复合材料中的应用

采用碱处理、偶联剂处理以及碱–偶联剂复合处理对洋麻纤维进行表面改性,然后将其与聚丙烯(PP)纤维复合,采用非织造–模压工艺制备了PP/洋麻纤维复合材料。研究了上述3种表面改性方法对洋麻纤维强度及其复合材料弯曲与剪切性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了洋麻纤维表面改性前后的形貌变化及其与PP基体之间的界面结合状况。结果表明,表面改性后洋麻纤维的拉伸强度均降低,但复合材料的弯曲强度及层间剪切强度均提高,表明这3种改性方法均提高了洋麻纤维与PP之间的界面结合强度;碱处理可去除纤维表面的果胶成分,使纤维束变得松散,使复合材料的弯曲强度及层间剪切强度分别较未表面改性时提高了21%和169%,但弯曲弹性模量降低了21%;偶联剂处理则使复合材料的弯曲强度,弯曲弹性模量和层间剪切强度较未表面改性时提高了23%,7%和160%;碱–偶联剂复合处理兼顾了碱处理和偶联剂处理的优点,使复合材料弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别较未表面改性时提高了26%,18%和572%,综合性能最佳。SEM结果表明,碱–偶联剂复合处理后,复合材料中纤维与树脂之间的界面结合较好。     

短切玻纤对硬质聚氨酯力学性能和形态结构的影响

采用一步法制备了玻纤增强硬质聚氨酯的复合材料(RPU).与长径比为20和100的玻纤相比,长径比为40的玻纤增强材料的弹性模量增加了55%,而前者增强材料的弹性模量仅分别提高38.7%和41.7%;该材料增强的压缩弹性模量与拉伸弹性模量规律几乎一致.SEM图表明:适宜长径比的纤维本身的拉伸强度对于硬泡塑料的力学性能增强起了重要作用.     

玻璃钢复合材料拉-拉疲劳性能试验方法及其改进

采用热压成型方法制备连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料(GF/EP/PC),并与GF/PC复合材料进行力学性能测试比较和SEM照片观测分析了影响复合材料力学性能的因素.研究结果表明,GF/EP/PC复合材料的拉伸弹性模量与弯曲弹性模量分别为GF/PC复合材料的16.4倍和8.8倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了1.7倍和3.7倍;结合其力学破坏形貌照片,分析了纤维和树脂的粘接情况和材料的破坏模式以及PC树脂与芯层GF/EP复合材料的粘接情况.     

复合材料加筋层合板准静态压痕实验研究及数值分析

利用ABAQUS有限元程序所建立了一种基于用户子程序USDFLD和Hashin强度准则的复合材料损伤计算模型,用该模型对复合材料加筋层合板在静压痕力作用下主要发生的纤维拉伸破坏、纤维微屈破坏、基体拉伸破坏、基体压缩破坏、层间拉伸破坏、层间压缩破坏这几种基本损伤模式进行分析。对复合材料加筋层合板在静压痕力作用下进行损伤全过程数值研究,利用该有限元模型预测复合材料层合板静压痕力作用下的荷载-位移曲线以及凹坑深度与静压痕力的关系曲线。数值仿真与实验结果吻合较好,表明该损伤模型方法的可行性。复合材料层合板加筋后拐点处的凹坑深度明显加大,达到0.84mm。通过对加筋板的刚度和强度失效规律的分析,为进一步的复合材料格栅加筋结构(如飞机结构中复合材料后压力框)的性能分析提供参考。     

连续大开口复合材料层合板拉伸力学行为研究

复合材料层合板作为飞机主承力构件使用时,常需在其上设置大开口以满足设备安装、检查维修等要求,但开口切断了纤维,导致结构局部应力和变形不连续,进而引发的应力集中使其力学行为复杂。针对机体主承力结构中含两个椭圆形大开口的复合材料层合板,采用试验与数值模拟相结合的方法,对其在拉伸载荷作用下的变形、传载以及应力集中现象进行了分析,并预测了结构损伤失效模式及破坏载荷。结果表明:复合材料层合板大开口附近应力分布复杂,应力集中导致开口周边区域易出现损伤,且损伤形式多样;尽管决定层合板极限强度的是纤维拉伸损伤失效,但泊松效应引起开口区过早出现的纤维挤压损伤不容忽视。     

基于三维载荷传递机制的单向复合材料纵向拉伸的多尺度模型

首先建立了单向复合材料代表性体积单元(RVE)载荷传递的三维有限元模型,阐述了载荷传递系数和载荷传递无效长度的计算方法。其次,基于单丝拉伸强度Weibull分布,引入Monte-Carlo概率随机数,建立了渐进损伤分析和强度预报的解析模型。再次,测量了东丽T700S和T800H以及国产GCT700和GCT800等四种碳纤维单丝拉伸强度,并通过拟合得到Weibull函数,作为力学模型输入;为验证模型有效性,用热压罐成型工艺制造了与碳纤维分别对应的四种单向复合材料,并测量其纵向拉伸强度。最后,模拟了单向复合材料纵向拉伸渐进损伤过程,并对四种碳纤维增强复合材料强度的预报值和实验值进行了对比分析,表明该多尺度力学模型能较为准确地预报单向复合材料损伤过程和拉伸强度。     

连续玻璃纤维增强热塑／热固性复合材料力学性能研究

采用热压成型方法制备连续玻璃纤维增强热塑／热固性复合材料（GF／EP／PC）,并与GF／PC复合材料进行力学性能测试比较和SEM照片观测分析了影响复合材料力学性能的因素。研究结果表明,GF／EP／PC复合材料的拉伸弹性模量与弯曲弹性模量分别为GF／PC复合材料的16．4倍和8．8倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了1．7倍和3．7倍;结合其力学破坏形貌照片,分析了纤维和树脂的粘接情况和材料的破坏模式以及PC树脂与芯层GF／EP复合材料的粘接情况。     

碳纤维织物在室内空间中的设计与性能研究

为了将现代碳纤维织物应用于室内空间设计,对比分析了编织角度和纤维含量对单向编织对称铺层复合材料和二维编织对称铺层复合材料拉伸强度、拉伸模量和破坏模式的影响。结果表明,单2试样的最内层和最外层角度的差值高于单1和单3试样,造成纤维体积分数明显减小,拉伸强度明显降低;二维2试样的最内层编织角相较于二维1和二维3分别增加5o和3o,最内层编织角都相比增加了3o,纤维体积分数分别减小3.02%和2.87%,拉伸强度分别减小30.22MPa和7.7MPa;编织角和纤维含量都会对单向编织对称铺层复合材料和二维编织对称铺层复合材料的拉伸强度和拉伸模量造成显著影响。相较于单向编织对称铺层复合材料,二维编织对称铺层复合材料中的裂纹或者裂缝变得杂乱无章,但破坏最严重的区域都出现在外侧,而1/2宽度处的破坏相对较轻。