芳纶纤维复合材料抗弹性能研究

叙述了球形弹体对芳纶纤维增强复合材料冲击的研究结果.对芳纶复合板的抗弹机理进行了研究,并研究了影响芳纶复合材料抗弹性能的主要因素.结果表明,在等厚条件下,预浸料铺层层数越多,靶板面密度越大;采用热塑性树脂材料为基体,且基体含量较低时,芳纶复合材料会具有更好的抗弹性能.     

树脂基复合材料制件微波固化数值模拟

以T800碳纤维/X850环氧树脂复合材料T型制件为结合对象,利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了反映复合材料制件单馈口谐振腔体微波固化的有限元仿真模型,研究了微波腔体和制件内部的电磁场、温度场、固化度场的分布规律及其与微波输入功率的映射关系。结果表明：在微波腔体内和制件内存在相反的电场强度分布,在复合材料制件内,远离微波馈入端口的区域的电场强度要高于近馈入端口区域,且在制件棱角区域,电场强度存在较强的尖端效应;随微波输入功率增加,微波腔体及制件内部的电场强度均随之增加,制件内电场强度最大值出现在上、下表面,且下表面温度明显较上表面高;提高微波输入功率会导致制件升温过快,进而诱发温度及固化度梯度。在升温中后期的制件厚度方向,温度和固化度梯度较明显。本文推荐微波输入功率应控制在500 W以内。     

体积收缩率对光固化树脂基复合材料收缩应力的数值模拟

依据SiC晶须增强树脂基复合材料的光固化实验结果，运用材料的温度应力原理，利用降温等效体积应变与光固化体积收缩率关系的假设，建立了有限元模型。研究并分析了树脂基体中组分配比、光固化层厚和晶须增强体对成型件收缩应力的影响。结果表明：树脂基体中组分配比和晶须增强体对收缩应力的影响很大，而光固化层厚对收缩应力的影响较小。     

碳纤维随机填充橡胶复合材料导热性能的数值模拟

运用随机顺序添加算法RSA(Random sequential addition method),基于均匀化理论建立了碳纤维填充橡胶复合材料代表体积单元RVE(Representative volume element)模型,利用有限元方法数值模拟研究了碳纤维对橡胶复合材料导热性能的影响。结果表明:在相同的填充分数下,碳纤维根数对复合材料导热性能的影响较小;合理安排碳纤维空间分布及纤维取向能有效提高复合材料的导热性能;复合材料的导热性随着碳纤维填料含量及长径比的增加而增大;与理论模型相比,基于碳纤维填料随机分布模型所得模拟结果与实验值较接近,尤其在高填充分数时与实验值吻合较好,可以更好地预测纤维填料填充复合材料的导热性能,对制备具有高填充分数的高导热复合材料具有一定的指导意义。     

Kevlar层合材料抗弹性能研究

以Kevlar纤维增强层合材料为对象,通过系列弹道冲击实验,研究了层合板的抗弹性能,着重分析了弹头、纤维铺设方式以及板厚等因素对靶板抗侵彻能力的影响,同时对靶板的破坏模式也作了必要的讨论.此外,还通过一种工程近似方法,分析了不同弹头弹丸的弹道极限速度,预测值与实验值具有良好的一致性.     

复合材料的抗火性能评定

近年来,复合材料在舰艇和潜艇中主、次承力构件的应用越来越多。复合材料抗腐蚀,重量轻,与金属材料相比,其成本也不算高。但复合材料抗火性能与金属材料明显不同。所有树脂基复合材料若暴露于高的热流中都将燃烧。现用于舰船的聚酯、乙烯基酯和环氧复合材料不仅燃烧。而且散发大量烟雾。因此,评价和研究复合材料的抗火性能对其安全应用和进一步扩大应用范围来说是一个十分重要的课题。     

石墨/PTFE复合材料导热性能的数值模拟

有限元数值模拟可看作在计算机上进行的模型实验,在模型体系上获得的信息比在实际体系上所作的试验更为详细.介绍了利用ANSYS的参数化有限元分析技术数值模拟的模型、原理及精度,并获得了系列化的数据,为石墨/PTFE复合材料的导热性能设计提供了参考依据.     

热固性树脂基复合材料固化过程的三维数值模拟

针对热固性树脂基复合材料成型工艺的固化过程建立了数学模型,并采用有限单元法进行了三维瞬态数值分析。编制了有限元模拟程序CURESIM,通过具体数值模拟算例,表明本文中所建立的分析模型及算法具有较高的可靠性。模拟的固化过程并不特指某一成型工艺,因而模拟的数值方法具有一定的普遍性。模拟程序可以计算得到任意时刻复合材料内温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化固化加热工艺参数,提高产品质量。      

数值模拟设计复合材料的固化工艺

在固化过程中复合材料的内部过程很复杂,科学地设计操作工艺需研究过程机理本文阐述了复合材料固化过程的机理,并根据机理模型编制了电算程序,通过数值计算模拟热压条件下复合材料的固化过程,设计出最佳工艺.     

Experimental and Numerical Investigations on the Ballistic Performance of Polymer Matrix Composites Used in Armor Design

Ballistic properties of two different polymer matrix composites used for military and non-military purposes are investigated in this study. Backside deformation and penetration speed are determined experimentally and numerically for Kevlar 29/Polivnyl Butyral and Polyethylene fiber composites because designing armors for only penetration is not enough for protection. After experimental ballistic tests, a model is constructed using finite element program, Abaqus. The backside deformation and penetration speed are determined numerically. It is found that the experimental and numeric results are in agreement and Polyethylene fiber composite has much better ballistic limit, the backside deformation, and penetration speed than those of Kevlar 29/Polivnyl Butyral composite if areal densities are considered.     

树脂基三维编织复合材料粘弹性能的数值预报

建立了基于三细胞模型数值预报三维编织复合材料粘弹性能的方法。首先构造了三维编织复合材料的三细胞模型并施加周期性边界条件,随后利用标准线性固体模型模拟树脂基体的粘弹性能,导出基体的松弛模量,再通过有限元计算及Prony级数拟合,得到三种胞元的粘弹性参数。然后根据三种胞元的体积分数和粘弹性参数,利用三个标准线性固体模型并联,模拟得到三维编织复合材料沿编织方向的粘弹性参数和蠕变本构关系。最后,分析了编织角和纤维体积含量对粘弹性能的影响。     

颗粒增强镁基复合材料细观力学场的数值模拟分析

本文借助有限元数值模拟,研究了颗粒增强镁基复合材料的细观力学特征.结果表明,等效应力、应力球量、功耗、最大主应力和最大主应变存在明显的集中现象.尽管外力小于基体的屈服强度,但应力集中可使基体发生微区屈服.复合材料主要的失效形式为界面脱粘和基体开裂,同时,细观力学分析说明,增强体的强化作用主要来自于它对基体应力、应变状态...     

高性能纤维增强树脂基复合材料的研究进展

高性能纤维增强树脂基复合材料在航空、航天等领域应用广泛,本文论述了高性能纤维如碳纤维(CF)、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)、芳纶纤维、PBO纤维的表面改性方法、改性效果的表征手段及改性纤维增强树脂基复合材料的研究进展和方向。     

C/SiC复合材料等温化学气相浸渗过程的数值模拟研究

根据C/SiC复合材料的结构以及等温化学气相浸渗法的工艺特点, 建立了ICVI过程中C纤维预制体结构变化的多尺度孔隙模型和C/SiC复合材料ICVI致密化过程的数学模型. 利用该模型对ICVI法制备C/SiC复合材料进行了数值计算和分析. 模拟结果与实验结果呈现出相同的规律并且两者之间误差较小, 表明本文所建立的模型可以很好地描述C/SiC复合材料的ICVI致密化过程. 利用该模型计算出C/SiC复合材料孔隙率的分布情况以及总体孔隙率在浸渗过程中的演化规律, 对ICVI工艺的优化具有一定的指导意义.     

Delamination Controlled Ballistic Resistance of Polyethylene/Polyethylene Composite Materials

We have investigated ballistic response of polyethylene/polyethylene (PE/PE) composites to impact by Uzi bullets. For comparison, limited work was carried out on PE/aramid fiber hybrids and PE fiber/Polycarbonate plate laminates. The plates exhibited an average ballistic resistance, V ₅₀, of approximately 90 m/s per 1 kg/m² area density. In term of the protection level per thickness, the ballistic resistance was 76 m/s per 1 mm. Visual and microscopic examinations identified indentation and delamination as the prevailing failure mechanisms. The delamination, energy calculated on the basis of a simple delamination model considering the fracture surface energy of the matrix, was shown to fully balance the dissipated kinetic energy of the bullet, while the contribution of the fiber fracture process was negligible. This is taken as strong circumstantial evidence for the significant role of this failure process in the ballistic resistance of these composites.     

炭/炭复合材料热梯度CVI工艺中温度场的数值模拟

阐明了用于制备炭/炭复合材料的热梯度化学气相沉积工艺过程和原理,测定了沉积过程中预成型体内不同位置的温度.建立了炭/炭复合材料热梯度CVI的2D轴对称几何模型,以及热梯度CVI工艺中的导热微分方程,对热梯度CVI工艺中的梯度温度场进行了模拟分析,并将模拟结果与实际测试结果进行了对比.     

Kevlar-129纤维复合材料抗侵彻性能数值模拟

采用AUTODYN有限元软件,数值模拟了不同初速度下FSP破片对10 mm厚Kevlar-129纤维复合靶板的侵彻过程,获取了不同初速度下破片侵彻靶板后的剩余速度,计算了芳纶复合靶板的弹道极限,并将该值与弹道测试试验数据进行了对比.此外,研究了破片侵彻纤维复合靶板深度与破片初速度的关系.结果显示,Kevlar-129纤维复合材料弹道极限的数值模拟值与弹道实验测试值相吻合;破片初速度小于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而减小;破片初速度大于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而增大;破片初速度小于靶板的弹道极限时,破片侵彻靶板的深度随着破片初速度的增长呈二次函数增长.     

层状复合陶瓷增韧机理的数值模拟

基于多层梁模型，在考虑材料非均匀性的基础上，采用有限元数值模拟的方法研究了层状复合陶瓷的断裂行为．给出了复合陶瓷模型在三点弯曲的加载条件下，裂纹拐折和扩展的过程，验证了层状复合陶瓷的主要增韧机理：裂纹沿软层界面拐折耗能．在此基础上，研究了不同参数条件下，层状复合陶瓷韧性的变化规律．     

快速拼装式防爆墙消波性能数值模拟研究

为研究快速拼装式防爆墙墙后超压分布规律及影响因素,基于2D映射3D网格建模技术,采用AUTODYN有限元软件分别对TNT当量为6.82 kg,爆高1 m、爆距3 m、墙厚0.5 m,墙体高度为1.5 m、2 m、2.5 m的计算模型和比例爆距分别1.58 m/kg~(1/3)、1.28 m/kg~(1/3)、1.05 m/kg~(1/3)的计算模型以及比例爆距为1.05 m/kg~(1/3),爆高1 m、墙高2 m、墙厚0.5 m,爆距为2 m、3 m、4 m的计算模型进行了模拟,分析了墙体高度、比例爆距和炸药位置对墙后超压分布的影响。结果表明:墙体高度增加将显著增强防爆墙消波性能,墙体高度在1.5~2.5 m范围内变化时,墙后消波系数变化较大;随着比例爆距的减小,墙后较远处消波系数有所增大;随着测点高度和爆高增大,测点处受到的防爆墙保护效应将减小。综合考虑以上因素对墙后测点超压的影响,拟合出了计算墙后超压大小的公式,计算结果与数值模拟结果能较好的吻合。