碳纤维增强酚醛树脂复合材料的层裂特性

用一维应变实验方法研究碳酸醛材料的层裂特性，给出了损伤程度随撞击速度的增加而增加的指函数准则，及产生层裂损伤的临界撞击速度。发现在层裂特性研究中，应力波衰减有重要意义。     

大开口对船体结构抗冲击性能的影响

舰艇在设计过程中不可避免地会出现大开口部位,这类部位对舰艇的结构强度、稳定性等都有比较严重的影响。特别是在舰艇遭受到水下非接触爆炸冲击载荷作用以后,会引起拉伸/压缩的交变载荷,在船体结构大开口角隅处产生应力集中现象。本文通过建立舰艇船体结构冲击响应有限元分析模型,计算分析了在不同海况下舰艇遭受到水下非接触爆炸冲击后结构大开口角隅处的应力及其储备系数。研究结果表明,结构大开口部位公共角隅处的安全储备系数较小,应力集中现象明显,在进行舰艇船体结构抗冲击设计与评估等研究过程中需要予以考虑;此外,对于相同爆距,遭受水下爆炸冲击的舰艇船体结构在静水弯矩工况下的安全储备系数一般大于六级海况下的情形,这说明波浪弯矩导致的舰艇中拱或中垂加剧了结构大开口部位角隅处的应力集中现象。     

纳米填料对碳纤维复合材料电磁特性的影响

实验测试了纳米Al2O3填料、纳米SiO2填料、纳米TiO2填料对基体(环氧树脂)的电磁参数的影响情况.实验表明,纳米TiO2填料降低了基体的磁损耗,对材料的电性参数影响明显.随着填料含量的增加,ε′r值增大且tgδe值也显著上升,其变化规律是:TiO2填料量每增加20%,ε′r值上升约0.2～0.5,tgδe值上升约0.02～0.08.     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤特性研究

以碳纤维复合材料层合板为研究对象,针对低速冲击损伤进行落球低速冲击数值模拟与试验研究,用三维Hash-in失效准则与内聚力单元相结合分析3种不同冲击能量下层合板的损伤演化规律,在试验过程中引入数字图像技术(digital image correlation,DIC)对冲击过程进行实时监测.结果表明:碳纤维复合材料层合板的损伤面积随低速冲击能量增加而增大,低能量以基体开裂为主,高能量以基体开裂和分层为主.用DIC技术得到层合板损伤表面应变规律和集中分布区,与数值模拟结果相验证,误差小于5％.     

基于碳纤维增强复合材料的柔性蒙皮性能研究

探索波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮的可行性,推导复合材料的密度、各相所占的分数、复合材料中的孔隙含量以及材料拉伸弹性模量的计算公式,研究结构纵向变形能力和横向承载能力。分析实验数据,并根据复合材料理论分析模型,得出试件理论拉伸曲线和三点弯曲载荷下的理论挠曲线,分别与实验数据进行比较。结果表明:复合材料中的孔隙含量小于1%,证明试件的有效性;弹性模量实验值与理论值误差约为5%;该结构有较好的纵向变形能力和横向承载能力,在弹性变形段内,理论曲线与测试曲线基本吻合,误差小于10%,证明波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮可行。     

镀铬碳纤维增强铜基复合材料的组织与性能

以镀铬碳纤维和铜粉为原料,采用粉末冶金方法制备碳纤维增强铜基体复合材料,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束(FIB)、电子天平、数字金属电导率测量仪以及硬度计对碳纤维及复合材料进行显微组织及力学性能的研究,并探讨碳纤维体积分数对复合材料性能的影响。结果表明:碳纤维在铜基体上分布均匀,基体组织致密,随碳纤维体积分数增加,复合材料密度逐渐降低,且复压复烧后材料密度提高,复合材料的密度在碳纤维体积分数为1%时达到最大值(8.640 9 g/cm3);复合材料的硬度值先增加后减小,复压复烧后,碳纤维体积分数为5%时硬度达到最大值(50.6HV);随碳纤维体积分数增加至15%,导电率逐渐减小至75.8%IACS。     

初始裂纹对碳纤维层合板断裂韧性影响的研究

采用碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料层合板材料,制取了不同初始裂纹长度的试样,采用三点弯曲试验得到其弯曲断裂载荷-位移曲线,并采用柔度变化率的方法确定起裂点,用J积分的远场公式来计算JIC值。结果表明:碳纤维复合材料层合板具有"假塑性"的力学行为;随切口深度a/W增加,起裂点载荷值减小,并且当切口深度比较浅时,JIC值不稳定。     

载荷加载速率对碳纤维镁合金层合板层间断裂韧性的影响

分别采用镁合金和碳纤维代替工程中常用的玻璃纤维增强铝合金层合板中的铝合金和玻璃纤维,通过将单向碳纤维/环氧树脂预浸料交替层压,得到复合材料板,并用环氧树脂将复合材料板与镁合金薄板加压黏结在一起,得到碳纤维增强镁合金层合板。采用单悬臂梁测量载荷速率对碳纤维增强镁合金层合板层间断裂韧性的影响。结果表明:层间裂纹在低载荷速率时以稳定的方式扩展,而在高速率时裂纹的扩展变得不再稳定;在低速率(1~1 000 mm/min)载荷下,载荷速率对层间断裂韧性有轻微的影响;层合板在高速率载荷下的层间断裂韧性大于低速率下的层间断裂韧性。     

碳纤维复合材料各向异性特性对气泡形态影响试验研究

为探究碳纤维复合材料各向异性特性对气泡溃灭形态的影响,利用高速全流场显示系统记录和观测单向纤维铺层的碳纤维复合材料边界附近气泡形态,以及复合材料边界变形随时间变化的过程,对气泡在不同铺层角度复合材料边界附近的形态变化进行分析。在气泡距复合材料边界相同初始距离下,针对铺层角度为0°、90°以及0°+90°交替叠加铺层的3种碳纤维复合材料板,对比了复合材料边界附近气泡的形态变化过程以及复合板变形的差异。研究结果表明：气泡在边界附近溃灭时产生高速射流以及冲击波是破坏边界的主要原因;铺层角度的不同会导致单向纤维复合材料边界的变形方式不同,从而严重影响气泡的形态演化过程以及溃灭方式。     

碳纤维表面处理及其对复合材料损伤容限特性的影响

将中等模量的TORAYCA T-800碳纤维进行不同等级的表面处理,用于BASF 5245C改性双-马来酰亚胺树脂体系的层压复合材料,以改进其损伤容限。研究了树脂-纤维界面及其对复合材料强度和断裂形态的影响。使用扫描电子显微镜检测横向拉伸试样中平行于纤维方向的断裂面,发现经标准的表面处理后的表面形态,出现了纤维拔出和纤维表面缺少基体粘附的区域。在较高等级表面处理的情况下,断裂的引发主要出现在树脂基体中,而不是在纤维-树脂基体的界面上。就复合材料损伤容限性能来说,由于增加了表面处理,测得的冲击后的压缩强度提高了20％。列出了复合材料的横向弯曲、横向拉伸和EDS性能。研究了用这些纤维增强的复合材料的ModeⅠ和ModeⅡ的微观力学性能,以便来说明层间断裂韧性的特性。根据对ModeⅠ或ModeⅡ断裂面的观察,表面处理的方法影响甚微;表面断裂与所获得的ModeⅠ/Ⅱ值有小的差异。     

碳纤维增强陶瓷基复合材料高温拉伸性能研究

为进一步提高以碳化硅为主要基体的陶瓷基复合材料的高温力学性能,对材料高温拉伸性能的变化规律和影响因素进行了评价和分析。结果表明,随着温度的升高材料拉伸性能呈现先上升后下降的变化趋势,碳化硅基体结晶程度逐渐提高,晶粒尺寸逐渐长大并出现团聚,导致内部缺陷孔洞增多,造成材料高温性能下降;材料热处理温度、致密化度的提高对材料的高温性能具有改善作用,使材料在经历最高温度2000℃,总时长3000s热环境条件下测试时性能保留率达82.4%。     

复合材料层合板弹击性能数值研究

针对纤维增强复合材料层合板不同弹击速度条件下的弹击特性问题,基于大型有限元软件LS-DYNA3D,建立了一套适用于不同铺层顺序、铺向角以及不同弹击速度的数值模拟方案,对纤维增强复合材料铺向角、铺层顺序对其弹击性能的影响作用进行了数值分析研究。结果表明,增加长纤维的使用比例,可有效提高结构的吸能及抗弹击特性,且在低速弹击条件下铺向角与铺层顺序对弹击性能有明显作用,而在高速条件下几乎无影响。     

加工参数对T800碳纤维增强复合材料铣削质量的影响

增大层厚和增加牺牲层加工工序,是控制大型航空碳纤维复合材料构件形变和装配精度的重要手段,然而如何对其牺牲层进行大余量高效铣削的同时确保无撕裂分层损伤面临挑战。表面柔软的玻璃纤维保护层和内部坚硬的碳纤维复合材料牺牲层因二者的材料性能差异较大,在铣削加工过程中很难同时确保二者均无毛边和分层。为此以某大型航空构件使用的T800碳纤维增强复合材料侧面铣削为例,开展了加工参数对材料铣削质量的影响试验研究,通过分别对硬质合金玉米铣刀、金刚石涂层铣刀、碳纤维专用复合铣刀和双刃聚晶金刚石铣刀4种不同结构形式刀具的铣削力、铣削温度以及加工表面粗糙度进行试验研究,分析了不同加工参数对表面加工质量的影响。试验结果表明：加工表面毛边高度随主轴转速的增加有减小的趋势,随进给速度和径向切深的增加有增大的趋势;较高的铣削温度会引起不同方向的纤维断裂位置发生偏移,导致加工表面粗糙度增大;采用锋利的刃形和多微刃铣削方式,在确保内部碳纤维增强复合材料加工质量的前提下,能够显著改善加工表面的毛边现象,使用左右旋微刃结构的刀具可以使铣削过程更加稳定。     

碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响

用粉末冶金法制备了碳纤维含量不同的碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料 ,测量它们的硬度和抗弯强度 ,并用扫描电镜观察分析了它们的显微组织和断口形貌。结果表明 :加入镀铜短碳纤维对基体起到了增强作用 ,并且随碳纤维含量的增加 ,碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料硬度和抗弯强度明显提高。     

超细石墨插层化合物的制备及性能测试

以浓硫酸和重铬酸钾为强氧化剂,对2—5μm微粉石墨进行了浓硫酸和冰醋酸插层。通过控制反应物之间的比例,可制各出膨胀容积为7．6～13．6mL/g的超细石墨插层化合物。应用FTIR光谱仪和大气采样器研究了产物的红外消光能力和空中飘浮能力。结果表明,该产物与原石墨、市售可膨胀石墨相比有较大的空中飘浮能力及红外遮蔽能力。     

纤维表面处理对三维编织碳纤维/环氧复合材料力学性能的影响

在对长碳纤维 /环氧复合材料 (Cl/Ep)研究的基础上 ,重点研究了纤维空气氧化和次氯酸钠氧化对三维编织碳纤维 /环氧复合材料 (C3D/Ep)力学性能的影响。结果表明 ,纤维表面处理可显著增强纤维 /基体的界面结合强度 ,使其力学性能大幅度提高。其中 ,空气氧化效果最为明显     

复合材料层合板抗冰雹冲击性能研究

为研究复合材料蒙皮抗冰雹冲击性能,基于弹塑性模型,考虑应变率强化效应和脆性断裂行为,建立冰雹动态本构模型。根据冰雹撞击传感器实验数据修正冰雹模型参数。通过引入三维Hashin失效准则和内聚力界面元,模拟复合材料的纤维断裂、基体压溃和脱粘分层损伤破坏行为。建立复合材料层合板抗冰雹冲击的数值模型来研究不同冲击速度下的动态响应和损伤特性。数值结果表明:针对复合材料层合板构型,冲击失效阈值能量为232 J;冲击载荷峰值和冲击点位移随冲击速度的增大而增大,但增幅趋缓;分层损伤面积与冲击速度近似呈线性关系;相邻层的铺层角度差为90°时,层间分层现象更为显著。     

表面处理对镁合金及其复合材料性能的影响

用扫描电镜、动态接触角测量仪、拉压试验机等,对不同表面处理镁合金的表面形貌和特性、玻璃纤维增强树脂/镁合金叠层板(GFRR/Mg)的界面形貌和力学性能进行分析.结果表明:表面处理可提高镁合金表面能和GFRR/Mg叠层板的力学性能.经磷酸盐处理和高锰酸盐处理后,镁合金的表面能分别为85.97 mJ/m2和92.04 mJ/m2,比打磨处理增加了53.7％和64.6％,表面润湿性明显改善.磷酸盐和高锰酸盐处理镁合金制备的GFRR/Mg叠层板界面结合良好,抗拉强度和弯曲强度比打磨处理的GFRR/Mg叠层板稍高.