碳纤维增强金字塔点阵夹芯结构的抗压缩性能

提出了一种碳纤维增强复合材料点阵夹芯结构的一体化成型工艺方法。该方法克服了传统夹芯结构面板与芯子之间因需要二次粘接或焊接的方法所带来弱界面的缺点。将纤维杆两端埋入面板内,使面板与芯子成为一体而不存在明显的界面。对用该方法制备的碳纤维增强金字塔点阵夹芯板进行平压试验,研究发现随着载荷的增加,纤维杆发生弹性屈曲并在中间部位出现断裂。理论分析了点阵夹芯结构平压载荷下的弹性模量和纤维杆极限屈曲载荷。通过与传统夹芯材料相比较发现,这种新型复合材料点阵夹芯结构具有密度低、比强度和比刚度高等优点。      

基于SU-8/PMMA双层胶技术的硅点阵结构制作

本文介绍了一种通过SU-8/PMMA双层胶制备硅点阵结构的方法,首先用PDMS模板压印带SU-8/PMMA双层胶的硅片,用ICP刻蚀后,得到具有内切结构的光刻胶掩膜,镀金属膜并去胶后,进行金属辅助化学湿法刻蚀,在硅片表面获得点阵结构。实验结果表明,通过该方法获得的硅点阵结构的反射率较平面硅有显著降低;该方法成本较低,过程简单,由于采用软压印和低压压印的方式,可实现硅点阵结构的大面积制备。     

碳纤维格栅结构力学性能研究

为了得到轻质高强点阵材料和预测点阵材料的力学性能,应用嵌锁工艺设计和制备了混合三角格栅。根据连续介质力学方法预测拉伸主导型点阵格栅的等效刚度。对试件进行了面内压缩试验和三点弯曲试验,对比试验刚度和试件破坏模式说明了等效连续介质理论模型的可行性和点阵材料的优越性。     

一种无焊缝连接金属内衬复合材料压力容器的制备工艺及其液压实验

纤维缠绕复合材料压力容器(COPV)由于其轻质高强及先漏后爆等特性在航空航天、路面交通和石油化工等领域得到广泛应用.基于纤维缠绕工艺的特点,提出了一种新型无焊缝连接金属内衬COPV结构及其制备工艺.并通过缠绕工艺及在封头直边设置密封槽,解决了内衬的封头与筒体之间的连续性和密封性问题.基于该结构的特点,一种辅助成型工装被...     

金属点阵材料的研究进展

金属点阵材料是一种具有高孔隙率以及周期性结构的先进轻质多功能材料。重点评述了金属点阵材料的分类、金属三维点阵材料的主要制备方法以及点阵结构制备过程中的连接技术,并归纳了目前对其力学性能表征的一些成果,最后从结构与功能两方面介绍了金属点阵材料特有的优良性能以及应用,并展望了其未来的研究趋势。     

一种大面积二维石英纳米结构制备的工艺研究

介绍一种采用紫外(363.8nm)激光干涉光刻得到大面积二维纳米点阵结构的方法,该技术具有操作简单、光路搭建成本低、可以大面积加工微纳图形结构等优点;并利用等离子体刻蚀传递,获得周期为200nm的二维石英纳米点阵结构。通过光刻工艺与反应离子束刻蚀工艺的优化,得到加工二维石英点阵的最优制备工艺。利用扫描电子显微镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)对制备二维纳米图形结构进行表征与分析,并利用紫外可见光分光光度计对制备的二维点阵结构图形进行紫外透过率测试,发现加工的二维结构在365nm处的透过率仍大于90%,符合紫外固化纳米印掩模板对紫外光高透过率的要求。     

一种基于YOLOv3算法的3D打印点阵结构缺陷识别方法

针对3D打印点阵结构中缺陷目标因尺寸小、缺陷特征微弱而难以准确自动识别的问题,提出了一种基于YOLOv3算法的点阵结构缺陷智能识别新方法.该方法利用深度学习网络模型在特征提取方面的优势,采用多尺度网络进行预测,将缺陷的分类和定位问题作为回归问题处理.实验结果表明,所提算法实现了一种3D打印点阵结构内部典型缺陷的识别,缺...     

增材制造BCCZ点阵夹芯梁结构的自由振动分析

通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法，获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备了BCCZ点阵夹芯梁试件，进行了模态试验，有限元和试验验证了理论模型的准确性。然后研究了胞元直径、面板厚度和芯子高度等结构几何参数和材料性能对BCCZ点阵结构振动性能的影响规律。结果表明：减小胞元直径，减小面板厚度，提高芯子高度均可以提高BCCZ点阵夹芯梁结构的一阶固有频率参数(一阶固有频率与同质量同面板面积的实体结构之比),胞元直径的影响最明显。面板-芯子-面板材料组合为钛-铝-钛时一阶固有频率最高。研究结果对BCCZ点阵夹芯结构的设计及工程应用具有一定的指导意义。     

静电纺丝制备SU-8光刻胶纳米纤维及图案阵列

利用静电纺丝和紫外光刻技术直接制备了不同结构的SU-8光刻胶纳米纤维薄膜及图案阵列。通过光学显微镜和扫描电子显微镜表征了纳米纤维的形貌、尺寸及结构。结果表明,通过改变SU-8光刻胶的黏度可形成不同直径和形貌的纤维结构,其中用SU-8 3010和SU-8 3050光刻胶制备的纳米纤维具有最优的形貌,其平均直径分别为470 nm和610nm。利用带有长方形缺口的铝箔和同轴电纺的方法分别制备了平行趋向和空心结构的纳米纤维。通过紫外光刻过程,可将SU-8纳米纤维加工成点阵、条状等不同形貌的图案阵列或结构,有望用作细胞培养研究的功能基底材料。     

随机结构复合材料等效导热系数的理论预测

基于随机生成结构法创建了纤维随机排布的复合材料纤维体,采用链表数据结构实现了一种物理直观、不依赖网格划分的纤维体等效导热系数理论预测方法。将该方法用于酚醛浸渍碳烧蚀材料,研究了影响等效导热系数的相关因素。结论表明:复合材料的等效导热系数并非材料固有属性,纤维长度与试件尺度相近时,试件尺度会影响材料导热系数;单位空间的纤维根数与等效导热系数呈非线性正相关关系;但等效导热系数并非体积分数的单变量函数,还取决于纤维的连通性,有效长度愈小,则表明连通性愈好,等效导热系数愈大。      

Low velocity impact of combination Kevlar/carbon fiber sandwich composites

Impact, compression after impact, and tensile stiffness properties of carbon fiber and Kevlar combination sandwich composites were investigated in this study. The different samples consisted of impact-side facesheets having different combinations of carbon fiber/Kevlar and carbon fiber/hybrid. The bottom facesheets remained entirely carbon fiber to maintain the high overall flexural stiffness of the sandwich composite. The focus of this research was to determine if any improvement in impact properties existed as a result of replacing the impact-side facesheet layers of carbon fiber with Kevlar or hybrid. Impact tests were conducted on different sample types to obtain information about absorbed energy and maximum impact force. Also, compression after impact tests were conducted to determine the reduction in compressive strength when comparing impacted to non-impacted samples. The elastic moduli of carbon fiber, Kevlar, and hybrid were determined from tensile testing. This data was used to characterize the reduction in stiffness from replacing carbon fiber layers with the Kevlar or hybrid layers. The experimental data in its entirety helps define the benefits and disadvantages of replacing carbon fiber layers with Kevlar or hybrid.     

结构参数对树脂基纤维编织复合材料折叠夹芯结构力学性能的影响

折叠夹芯结构是一种新型的复合材料夹芯结构,其结构参数对力学性能有重要的影响。文中以碳纤维和Kevlar平纹编织预浸料为芯材原料,采用热压工艺,制备了复合材料折叠夹芯结构试样。通过压缩试验得到不同条件下折叠夹芯结构在静态压缩载荷作用下的力-位移变化曲线。构建了复合材料折叠夹芯结构有限元模型,对不同结构参数复合材料折叠夹芯的力学性能进行了数值模拟分析,并将模拟结果与实验结果进行对比验证了模型的可靠性。实验及数值模拟的分析结果表明,随着芯材厚度的增加,折叠夹芯层的压缩强度呈线性增加,其破坏形式由假塑性变形逐渐向脆性破坏转化;面板对夹芯层的约束作用能够极大地提高压缩模量和强度,而且上下面板对压缩性能曲线有着不同的影响;折叠夹芯单元的高度、长度、折叠夹角等参数对其力学性能具有不同程度的影响。     

Mechanical Response of All-composite Pyramidal Lattice Truss Core Sandwich Structures

The mechanical performance of an all-composite pyramidal lattice truss core sandwich structure was investigated both theoretically and experimentally.Sandwich structures were fabricated with a hot compression molding method using carbon fiber reinforced composite T700/3234.The out-of-plane compression and shear tests were conducted.Experimental results showed that the all-composite pyramidal lattice truss core sandwich structures were more weight efficient than other metallic lattice truss core sandwich structures.Failure modes revealed that node rupture dominated the mechanical behavior of sandwich structures.     

Designing and compression behaviors of ductile hierarchical pyramidal lattice composites

To improve the ductility of lightweight cellular material, hierarchical pyramidal lattice truss composites were designed and manufactured. Rib of the hierarchical pyramidal lattice truss composite is made of glass fiber reinforced woven textile sandwich structure and designed weft-loaded. Flat-wise compression experiments were carried out to explore the strength and deformation mode of the hierarchical pyramidal lattice truss composite. Progressive crushing of the sandwich rib enables the hierarchical lattice composite to have a long stable deformation plateau. Stress of the deformation plateau of the hierarchical lattice composite is rather close to its strength, indicating that the hierarchical lattice composite would have excellent specific energy absorption, even better than aluminum lattice structures. The experiments reveal that the hierarchical structure makes the fiber reinforced lattice composite much more ductile and weight efficient in energy absorption.     

芳纶纤维增韧碳纤维泡沫金属夹芯梁压缩性能及界面性能

为研究芳纶短纤维对复合材料夹芯材料/结构的界面及性能的影响,对具有芳纶短纤维增韧界面的碳纤维-泡沫铝夹芯梁进行了试验和细观增韧机制研究.在夹芯梁制备过程中,在碳纤维-泡沫铝界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过短纤维的桥联作用,提高夹芯梁的界面黏接性能.研究了芳纶纤维增韧对夹芯梁面内压缩性能和破坏模态的影响,采用非对称双悬臂梁(ADCB)试验测量了不同增韧参数条件下,碳纤维表板与泡沫铝芯体之间的临界能量释放率.试验结果显示:在相同增韧参数条件下,Kevlar纤维增韧夹芯梁的面内压缩性能和界面临界能量释放率均较好,而混杂长度Kevlar纤维的界面增韧效果最优.通过对试件断面的SEM观测,分析了芳纶纤维增韧的细观增韧机制.     

Kevlar短纤维增韧碳纤维/铝蜂窝夹芯板三点弯曲与面内压缩性能

介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。     

复合材料褶皱夹芯结构的制备及压缩性能研究

目的 探究复合材料褶皱芯子的一次性成型工艺,并研究浸胶量对褶皱夹芯结构压缩性能的影响。方法 以V型褶皱夹芯结构为研究对象,首先采用真空吸附成型工艺制备V型复合材料褶皱芯子,然后通过黏接工艺将碳纤维复合材料层合板与褶皱芯子进行复合,得到复合材料褶皱夹芯结构,最后通过实验测试,研究该结构在压缩载荷作用下的力学性能和失效模式,以及不同浸胶量对其压缩性能的影响。结果 采用真空吸附成型工艺能够一次性制备出褶皱芯子,其成型精度有待提高;由压缩实验可知,褶皱夹芯结构先从壁面开始失效,后逐步扩散至棱线处,最终导致芯子的整体失效;由压缩实验测试结果可知,浸胶量(质量分数)为11%、17%、22%的褶皱夹芯结构的破坏载荷分别为362.853、420.521、471.389 N。结论 采用真空吸附成型工艺可一次性成型出褶皱芯子,其制备效率较高,但存在成型尺寸精度不高问题,后续需要进一步改进;在一定范围内,复合材料褶皱夹芯结构的压缩破坏载荷与芯子的浸胶量近似成正比例线性关系。     

面内压缩超轻质点阵夹芯板的优化、 试验与仿真

为揭示点阵材料在航空航天工程中的应用潜力,对承受面内压缩载荷点阵夹芯板的力学行为进行了研究。基于夹芯板整体欧拉失稳、剪切失稳、格间局部失稳、跨格局部失稳和应力破坏多种理论失效模式,引入面板厚度、厚度方向的点阵层数、点阵杆件长度、截面尺寸、倾斜度、胞元长细比等优化变量,推导了点阵夹芯板的最小质量优化设计方法。同时利用激光选取熔融（SLM）增材制造工艺生产了点阵夹芯板试验件。随后,采用有限元方法对试验结果进行了仿真分析,两者误差在10%以内,证实了数值方法的准确性。最终对初始设计和优化设计方案进行了数值分析,发现优化方案在保持相同承载力的条件下,实现结构减重16.6%,验证了优化设计方法的有效性。同时,试验与仿真的一致性有力地证明了增材制造工艺在点阵夹芯结构制造方面的可行性。      

复合材料双向波纹夹层结构力学性能

为改进传统单向波纹夹层结构横向力学性能较差的缺点,设计了一种新型复合材料双向波纹夹层结构。考虑复合材料双向夹层结构制备困难,研究了整套真空辅助成型工艺(VARI)工艺制备方案,实现双向波纹夹层结构的高效制备,以满足工程应用的需要。对制备出的复合材料双向波纹夹层结构与单向波纹夹层结构分别进行面外压缩、弯曲和剪切实验,分析了双向波纹夹层结构在不同载荷下的破坏模式及其失效机制,计算了该结构在不同荷载条件下的强度和模量,并将其与单向波纹夹层结构进行对比分析。结果表明,在压缩荷载作用下,玻璃纤维/环氧树脂芯子为主要承载部分,结构的失效主要体现在芯子的屈曲、断裂和分层;在弯曲荷载的作用下,由于纤维的抗压强度远小于抗拉强度,所以压头下方的上面板最先达到破坏荷载,结构的弯曲失效形式主要为上面板的断裂和脱粘;结构的剪切失效主要以泡沫与面板的脱粘和压溃为主,芯子和面板未见明显的破坏现象;与单向波纹夹层结构相比,双向波纹夹层结构力学性能显著提升。      

选区激光熔化成形的316L不锈钢点阵夹层结构的力学性能和能量吸收性能研究

目的 以选区激光熔化（SLM）成形的316L不锈钢点阵夹层结构为研究对象,研究单一、混合芯层对点阵夹层结构力学性能和能量吸收性能的影响,为轻质高强耐撞点阵夹层结构提供设计依据。方法 通过SLM成形技术,以316L不锈钢粉末为原材料,制备点阵夹层结构,利用扫描电镜对SLM成形的点阵夹层结构几何结构特征进行观察,利用准静态压缩实验对点阵夹层结构的力学性能和能量吸收性能进行研究。结果 在选定的SLM成形工艺参数下,SLM成形的点阵夹层结构芯层的连接杆表面存在一定的粗糙度且斜向连接杆的表面粗糙度比竖直连接杆的表面粗糙度大。在SLM成形的点阵夹层结构中,混合点阵夹层结构BFB和FBF的弹性模量分别为2 525.7 MPa和2 493.8 MPa,屈服强度分别为36.3 MPa和38.3 MPa,能量吸收分别为16 J和17.2 J,比吸能分别为1.21 J/g和1.36 J/g,其弹性模量、屈服强度、能量吸收和比吸能均优于单一BCCZ点阵夹层结构的。在准静态压缩过程中,BFB和FBF这2种混合点阵结构芯层的变形模式不同于单一BCCZ点阵结构芯层的。结论 与单一点阵夹层结构相比,2层BCCZ布置在...