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。     

碳纤维复合材料结构电阻特性研究

为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的电阻特性,制作了3种不同铺层的试件(单向层合板[0]8、[90]8与交叉层合板[45/-45/90/0]),对试件端部进行了粘接铜箔处理以使试件稳定导电,分别测量试件电阻并对数据进行分析。结果表明,对比电阻值和电导率两个方面都得到了相似的结果,即铺层角度对碳纤维层板结构导电性有较大影响;定量比较3种不同铺层角度试件的电导率发现,[45/-45/90/0]铺层试件的平均电导率约为[0]8铺层试件的0.7倍,约为[90]8铺层试件的60倍。     

铺层结构对复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响

通过改变偏轴角为45°和90°的[45°/–45°],[0°/90°]正交铺层组的质量分数,设计了6种复合材料层合板铺层结构。研究了两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构对真空辅助树脂传递模塑工艺复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响。通过弯曲实验获得6种复合材料层合板的弯曲强度、损伤特征以及应力–应变曲线。结果表明,随偏轴角为90°的[0°/90°]铺层组质量分数的增加,复合材料层合板的弯曲强度逐渐增大;两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构可引起复合材料层合板在弯曲载荷作用下的损伤模式多元化。     

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。     

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。     

铝合金与碳纤维复合材料自冲铆接强度影响因素研究

分别采用厚度为2. 5 mm不同轴向碳纤维复合材料板和2. 5 mm 5052铝合金板进行自冲铆接实验,分析其接头的成形质量;利用万能拉伸试验机对其进行拉伸试验,并分析接头的失效形式。结果表明,相同轴向碳纤维复合材料板,7 mm铆钉接头质量和拉伸强度均优于6 mm铆钉接头质量和拉伸强度。7 mm铆钉的连接件拉伸强度比使用6 mm铆钉的拉伸强度,在[0/90]4铺层时增加了25. 45%,[0/180]_4铺层时进增加了13. 77%,[-45/45]_4铺层时增加了21. 12%;相同铆钉高度不同轴向时,接头质量并无明显差异,但最大载荷不同。高度6 mm铆钉时连接强度,[0/90]_4铺层比[0/180]_4铺层增加了29. 34%,[-45/45]_4铺层比[0/90]4铺层增加了16. 20%;高度7 mm铆钉时连接强度,[0/90]_4铺层比[0/180]_4铺层增加了42. 63%,[-45/45]_4铺层比[0/90]_4铺层增加了12. 18%。铆接件失效形式主要是铆钉从复合材料板处拉脱。在相同轴向下失效位移大致相同。     

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。     

不同铺层复合材料螺栓连接的研究

实验研究了在E/D=4(边距/孔径),W/D=5(宽度/孔径)的3种铺层[90/+45/-45/0]s,[90/0/+45/-45]s,[+45/-45/90/0]s的玻璃纤维/环氧复合材料试样在不同的扭矩和垫片尺寸(外径(Dw)/内径(D))下的静态破坏强度。实验结果表明,试样破坏强度随夹持力增大而增大,但增加趋势不断减弱,在5Nm扭矩下三种铺层的强度分别比其销钉连接增大175%,196%,141%;在销钉连接下,[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高12.7%,[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高10.8%;在手动拧紧下[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高3.5%,而[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高0.37%;垫圈的外内径比在2～3范围内,试样强度伴随外内径比的增大而增大,在3～4时,强度变化很小。     

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%。     

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。     

碳纤维复合材料箱形梁的初始破坏载荷研究

结合复合材料经典层合板理论和折板理论建立一种适用于碳纤维复合材料箱形梁初始破坏载荷的理论计算方法。应用该方法分别对[0_4/±45/0_4]、[0_2/±45/0_2/±45/0_2]和[±45/0_2/±45/0_2/±45]三种铺层方案的箱形梁进行初始破坏载荷计算,得出其初始破坏载荷值。同时使用DNS100电子万能试验机对复合材料箱形梁三种铺层方案的试件进行三点弯曲实验。比较复合材料箱形梁初始破坏载荷的理论计算值与实验值,三种铺层方案的箱形梁理论计算误差小于4%。研究结果表明:本文建立的复合材料箱形梁初始破坏载荷的理论计算方法是正确的;复合材料箱形梁的0°铺层比例越高,箱形梁的初始破坏载荷越高。     

复合材料Ⅱ型分层损伤演化声发射监测

通过风电叶片复合材料Ⅱ型分层扩展力学性能实验,并借助声发射技术手段,研究复合材料[0/0]、[0/45]和[+45/-45]层间界面损伤演化特性。复合材料试件弯曲加载时,采用声发射实时监测整个分层损伤过程。结果表明,[0/0]复合材料分层试件裂纹扩展快、分层面积大、前沿平齐,不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;受±45°方向纤维作用,[0/45]和[+45/-45]复合材料试件不稳定分层扩展前声发射撞击累积数较高,裂纹扩展相对缓慢,分层面积小,前沿不齐。复合材料分层损伤演化可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。     

内压作用下碳纤维复合材料输油管道承载力的仿真分析（英文）

针对金属输油管道耐腐蚀性差、承载能力受限的问题,本文采用有限元法分析了碳纤维复合材料输油管道在6MPa内压力作用下的承载性能,并与金属输油管道承载性能进行对比。仿真结果表明,当铺层厚度为13 mm,铺层角度为时[30°/-30°]_24s,CFRP输油管道的承载能力比金属输油管道的承载能力提高了46.7%,重量减少了58.5%,初步验证了碳纤维复合材料输油管道工程应用的可行性。     

以功能化离子液体为溶剂的多酸脱硫性能

合成了5种功能化离子液体（[CPL][TBAB],[CPL]BF₄,[Bmim]HCO₃,[Bmim]OAc和[Bmim]Im）以及含有相同阳离子的多酸离子液体[CPL]₃PMo₁₂O₄₀和[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀,构建了以功能化离子液体为溶剂的多酸液相氧化脱硫体系,优选出最佳脱硫剂,并考察了不同吸收温度、气体流量下最优脱硫剂的脱硫性能。结果表明[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃脱硫效率最高,优化的吸收条件为温度高于40℃、气体流量为100 ml·min^-1;[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃可以简单地用空气再生。     

咪唑类离子液体混合物用于二氧化硫高效吸收

开发易制备、价格便宜、面向SO₂气体高效分离的离子液体（ILs）,是当前ILs从实验探索迈向工业应用的难点与重大挑战。合成了不同摩尔比（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（[Emim][Cl]）和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（[Emim][OAc]）的离子液体混合物[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x, 在测定其密度、黏度、热稳定性等基本物性数据的基础上,研究了[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x混合物在不同温度和SO₂分压下的SO₂吸收能力。结果表明,[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x能够有效地捕获SO₂。[Emim][Cl]与[Emim][OAc]之间存在协同促进作用,有利于实现SO₂高效吸收。[Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66混合液在1.0和0.2 atm（1 atm=101325 Pa）下捕获SO₂量分别为（1.34±0.08）和（0.74±0.05） g/g,与现有结果相比,混合物在SO₂捕获方面有明显优势。此外,这些离子液体混合物对二氧化硫的吸收和解吸具有良好的可逆性。     

±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。     

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。     

纯电动汽车碳纤维复合材料电池箱体的铺层设计研究

为解决碳纤维复合材料电池箱体轻量化设计中的铺层设计问题,现以某款纯电动汽车的电池箱体为研究对象,采用T300/5224复合材料,综合垂直颠簸、急刹车和急转弯工况,利用Opti Struct通过自由尺寸优化、尺寸优化、层叠次序优化来得到最佳的铺层分布方案;采用对称布置形式,其目的是减少弯扭变形与面内力的影响;各铺层固化厚度均为0.125 mm,最终得到的最佳铺层顺序为[±45/0/±45/0/90/0/90/0/±45/0/90/0/90/0/±45/90/±45/90/±45/90/±45/90]s。在满足相关工况的要求下,进行强度校核,使刚度得到提高,同时重量也大大减轻。优化后的质量与同等钢制电池箱体相比减轻了65.89%,充分发挥了复合材料比强度高、比模量大等优点,轻量化效果明显。     

GaN-MOVPE寄生反应的密度泛函理论研究

利用量子化学的密度泛函理论,探讨了TMG(Ga(CH₃)₃)/NH₃/H₂体系中的气体反应机理,特别关注了氨基物DMGNH₂的形成及其后的纳米粒子形核路径。通过计算不同温度下不同反应路径上Gibbs自由能的变化,从热力学和动力学两方面分析纳米粒子形核可能的产物。研究发现当T<622 K时,氨基物DMGNH₂可由加合物TMG:NH₃脱去CH₄生成,也可由TMG和NH₃双分子碰撞直接生成;当T>622 K时,氨基物DMGNH₂直接由TMG和NH₃双分子碰撞反应生成。当 662.5 K<T<939 K时,二聚物[DMGNH₂]₂相继脱去CH₄,变成[MMGNH]₂的反应容易发生。当389 K<T<734.7 K时,三聚物[DMGNH₂]₃相继脱去CH₄,变成[MMGNH]₃的反应容易发生。对于[MMGNH]₂和[MMGNH]₃相继脱去CH₄的反应,因为所有反应的ΔG>0,所以很难生成[GaN]₂和[GaN]₃。因此认为[MMGNH]₂和[MMGNH]₃是GaN-MOVPE低聚物纳米形核最可能的产物。     

碳纤维树脂基复合板料的铺层方式对低速冲击性能的影响

为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板铺层方式对低速冲击性能的影响,设计了一系列CFRP板的冲击试验。对CFRP板的铺层方式、冲击能量的形式进行调节和改变,获取CFRP板在各种条件下的低速冲击行为;再通过冲击实验和超声波扫描的方法研究冲击过程中CFRP板的铺层方式和冲头质量对碳纤维树脂基复合材料板冲击性能的影响。结果表明,在15 J的低能量作用下冲击CFRP板时,冲头的质量越大,该板对能量的吸收率越大,损伤面积也越大;相同能量和相同冲头质量的冲击情况下,铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_2的抗冲击性能最好。CFRP板的冲击载荷、能量吸收和损伤形态与冲击能量的大小以及冲头动量密切相关。