碳纤维增强环氧树脂基复合材料轴管的低速冲击失效机制及剩余压缩性能

采用落锤冲击试验模拟低速冲击过程,对碳纤维增强环氧树脂基复合材料传动轴的轴管在不同能级冲击下的损伤行为以及冲击后的剩余压缩性能进行了研究;通过ABQUAS有限元分析软件和X射线断层扫描技术(CT）相结合的方法观察了复合材料轴管在受到低速冲击时的损伤形式,研究其内部损伤规律。结果表明,复合材料轴管的抗冲击形变能力随着冲击能量的增加先增强后减弱,在冲击能量为10 ~20 J之间出现最大值。CT无损检测结果显示复合材料轴管的失效形式包括分层损伤、树脂开裂和纤维破裂(断裂)。在低能量冲击时,复合材料轴管主要产生分层损伤和树脂的开裂,而纤维断裂损伤只出现在冲击位置,且随着冲击能量的增加纤维断裂现象愈加显著。有限元仿真结果显示复合材料轴管中的碳纤维在拉伸方向的失效明显小于压缩失效,压缩失效沿纤维排布方向扩散,拉伸失效沿轴向和横向呈十字扩散,轴向失效的程度大于横向失效的程度;而树脂的压缩失效沿轴向从冲击位置向横向扩散,扩散形状近似圆形,越靠近圆心失效越明显,拉伸失效范围呈十字,整体失效沿十字边缘扩散。      

碳纤维/环氧树脂复合材料高速冲击性能

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备碳纤维/环氧树脂复合材料,通过空气炮冲击实验研究树脂韧性和碳纤维类型对复合材料抗高速冲击性能的影响,并对高速冲击后的试样进行压缩性能测试,研究高速冲击损伤对复合材料剩余压缩性能的影响。结果表明:树脂的韧性可以降低复合材料遭受高速冲击时的内部损伤程度,大幅提高复合材料的抗高速冲击性能和冲击后剩余压缩性能;T700S碳纤维增强复合材料抗高速冲击性能优于T800H碳纤维增强复合材料;复合材料的破坏模式与冲击速率有关,冲击速率较低时,复合材料弹击面出现圆形凹坑,背弹面出现鼓包;冲击速率较高时,复合材料弹击面出现圆形通孔,背弹面出现沿纤维方向撕裂断口。     

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究EI

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

三维五向编织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能实验研究

通过实验研究三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料低速冲击及其冲击后压缩(CAI)性能。测试试件虽然有不同的编织角度,但承受相同的冲击能力。采用冲击后压缩测试表征不同编织结构的冲击后剩余力学性能。结果表明:编织角较大的试件由于其更紧密的空间结构,能承受更高的冲击载荷且冲击损伤区域更小。CAI强度和损伤机理主要取决于编织纤维束的轴向支撑。随着编织角的增加,CAI强度降低,材料的破坏模式也由横向断裂转变为剪切破坏。     

纤维增强聚合物基复合材料低速冲击研究进展

综述了连续纤维增强聚合物基复合材料的低速冲击响应研究进展。讨论了测试方法及相关影响参数,例如冲头的形状、冲击速率对复合材料冲击的影响;介绍了冲击损伤的类型,进一步描述了层压板结构参数(如层合板厚度,铺层和缝纫)、复合材料组分材料性能(如纤维,树脂和纤维/树脂界面)以及预应力、环境条件等的影响;提出了纤维增强聚合物基复合材料冲击响应研究今后的发展方向。     

碳纤维/环氧树脂复合材料圆筒在低速横向冲击下的数值研究

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对碳纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆筒的低速横向冲击进行模拟,运用大变形损伤本构方程和冲击动力学方程对其进行动态响应分析.采用接触力历程、内能历程和位移历程研究了冲击速度、边界条件和铺层顺序对圆筒动态响应的影响,并评价了不同冲击状态下薄壁圆筒的抗冲击性.结果表明,[553/-553/55/-55/0/90]圆筒试样的抗冲击性与其它铺层顺序试样相比较好.     

Z 向增强泡沫夹芯复合材料冲击损伤及冲击后压缩性能

基于热压罐成型工艺, 选择了树脂柱Z向增强泡沫芯材、碳纤维Z向增强泡沫芯材、Kevlar纤维缝纫增强泡沫芯材3种Z向增强复合材料结构, 对夹芯结构进行了低速冲击损伤和冲击后压缩(CAI)性能研究, 考察了不同Z向增强方式对冲击损伤面积和破坏模式的影响。结果表明, Z向增强对泡沫芯材产生了初始损伤, 其冲击后损伤面积大于未增强泡沫夹芯结构; 但Z向增强改变了夹芯结构的压缩破坏机制。通过选用合适的Z向增强材料和Z向增强参数, 能够提高夹芯结构的压缩强度和CAI强度。其中当增强材料为碳纤维, 增强参数为10 mm×10 mm时, 压缩强度提高了13%, CAI强度提高超过40%。     

带表面防护层复合材料层板的低速冲击及冲击后压缩性能试验研究

对增加了表面防护层的国产碳纤维/增韧环氧树脂CCF300/5228A层板的低速冲击及冲击后压缩性能进行了试验研究。通过落锤式低速冲击试验,得到了各组层板的冲击接触力历程、凹坑深度和内部分层面积等特征,而冲击后压缩试验结果可用来对各组层板的损伤容限性能进行评估。结果表明,同裸板相比,加了表面防护层的层板其分层起始载荷变化不大,但形成同样的1.0 mm凹坑所需的冲击能量增大了24%~46%。而对于内部分层,在一定的冲击能量范围下,加表面防护层的层板的C扫分层面积比裸板减小了20%~50%,而在同样凹坑深度的情况下,层板在加了表面防护层之后分层面积变化不大。冲击后压缩性能与内部分层情况具有较大的关联性,同样冲击能量下分层面积较小的各组带表面防护层板,其冲击后压缩强度和破坏应变相对于裸板的提高在15%~50%之间,而在凹坑深度相同的情况下,二者的冲击后压缩强度和破坏应变相差不大。     

无机纳米粒子改性环氧树脂复合材料研究进展

综述了近年来无机纳米粒子改性环氧树脂复合材料的研究现状,概括了纳米粒子改性环氧树脂的方法,详细介绍了氧化硅、氧化铝、蒙脱土、氧化钛、碳酸钙等纳米粉体以及碳纳米管等改性环氧树脂复合材料取得的研究进展,展望了此类复合材料的发展趋势及应用前景。     

碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究

介绍了一种碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能研究情况.对该复合材料的力学性能、热常数和烧蚀性能进行了初步测试.结果表明,其拉伸强度达到558MPa,拉伸模量达到44.0GPa,层间剪切强度为16.6MPa,导热系数不超过0.3 W/(m*K),氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.049mm/s,质量烧蚀率为0.0595g/s.通过与常用的碳/酚醛材料比较,碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能较优.     

微波固化改性环氧树脂/碳纤维复合材料研究

为探寻微波固化改性环氧树脂/碳纤维复合材料修复不同基体材料损伤的最佳工艺,采用红外热像仪观察不同微波工艺对其固化后的温度变化情况,并利用电子万能试验机对固化后的试样进行了拉伸强度测试.结果表明:将改性环氧树脂/碳纤维复合材料粘接在玻璃纤维复合材料基体上时,随着微波固化功率和固化时间的增加,固化结束后表面温度明显增加,最高温度达到270℃,而当将其粘接在45钢基体上时,随着微波固化功率的增加,固化结束后表面温度变化不明显,最高温度仅为60℃.利用该复合材料修复不同基体材料的损伤,其静强度恢复率达到90%以上,可以满足野战条件下,装备零部件损伤快速修复的要求.     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤应力分析

目的 为掌握碳纤维复合材料板在低速冲击载荷作用下的损伤规律,延缓失效破坏,对其冲击损伤的应力状态进行研究。方法 基于ABAQUS平台,建立碳纤维复合材料层合板低速冲击有限元模型,采用Hashin失效准则和VUMAT用户子程序,对碳纤维复合材料层合板的冲击过程进行数值模拟,同时考虑层合板层内与层间失效,以此来研究低速冲击条件下复合材料的损伤机理,分析冲击损伤过程中的应力变化趋势,讨论应力的分布状态。重点研究铺层角度及铺层距离冲头远近对应力的影响。结果 不同角度铺层的应力传播轨迹均沿着纤维方向和垂直于纤维方向同时扩展,应力均先增加至极限值而后迅速下降;铺层角度越大,板料的承载能力越弱,0°铺层的极限应力为1 432 MPa,而90°铺层的极限应力降至1 206 MPa;离冲头越远的铺层应力越小,达到峰值的时间更早且率先下降,说明远离冲头的铺层更早发生失效。结论 揭示了碳纤维层合板在低速冲击载荷作用下的应力状态及其对损伤的影响规律,能够为复合材料层合板零件设计提供参考。     

Al2O3涂层碳纤维/环氧基复合材料的性能研究

采用溶胶-凝胶法在碳纤维的表面涂覆了一层Al2O3涂层,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为10nm,接触角分析表明涂层后碳纤维的表面张力有大幅提高.通过比较涂层前后碳纤维/环氧复合材料的力学性能发现,Al2O3涂层后复合材料的层间剪切强度,拉伸强度和弯曲强度分别提高了17.7%,4.8%和3.1%.扫描电镜分析表明,Al2O3涂层后的碳纤维与环氧树脂基体的结合更加紧密.且在碳纤维表面形成的Al2O3涂层在350℃～700℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率.     

不同防护碳纤维复合材料层合板雷击后的轴向压缩试验

针对不同防护措施下的典型碳纤维复合材料层合板,在其雷击损伤后开展轴向压缩试验研究。试验件分为没有防护措施、局部喷铝防护和全喷铝防护三类。分别对试验件进行轴向压缩试验直至其失去承载能力,记录其最大破坏载荷,并将试验结果进行对比分析。研究结果表明:防护层能起到很好的雷击防护效果,且全喷铝涂层的雷击防护效果最好。跟没有防护措施的试验件相比,全喷铝防护的试验件压缩强度提高了37.84%。     

一体烧结式改性碳纤维陶瓷基复合材料的制备及其电热性能

通过一体烧结法将改性碳纤维和陶瓷粉末(高岭土,长石和石英)结合起来制备改性碳纤维陶瓷基复合材料.烧制过程在氮气氛围下同时实现碳纤维的抗氧化保护作用和无机前驱体的陶瓷化.通过扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)对该复合材料内的碳纤维进行表征,涂覆抗氧化涂层使得碳纤维在高温(1100～1200℃)下烧结时能保持其完整性,进而保证所制备的改性碳纤维陶瓷基复合材料具备显著的电热效应.改性碳纤维陶瓷基复合材料的电热效率与碳纤维束长度、碳纤维束根数有关.碳纤维束越长、根数越多,复合材料的电热效率越高.良好的电热特性和稳定性能使该复合材料具有潜在的应用价值.将该复合材料投入工业化生产能改善传统的室内采暖设备耗电量大、用电安全隐患等问题,是室内采暖的理想选择.     

碳纤维/铁硅铝复合材料的低频吸波性能

为获得吸波性能良好的吸波材料,将电阻型吸波剂碳纤维和磁损耗型吸波剂FeSiAl片状磁粉复合,以石蜡为基体,利用模压法制备出复合材料。采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对单一吸波剂进行了测试分析。结果发现,片状FeSiAl磁粉的粒度在数十到几百微米之间;碳纤维表面留有活性物质,截面处能看到皮芯结构;XRD衍射图谱中,FeSiAl呈现出bcc结构。对复合吸波材料的电磁参数进行测量对比,结果表明,FeSiAl片状磁粉在1~3GHz内的最佳反射率达到-40.7dB,有效吸收频带宽度约为0.5GHz;当加入长度等于4mm,含量为0.4%(质量分数)的碳纤维时,碳纤维/铁硅铝复合材料吸波性能最佳,其反射率为-49.6dB,有效吸收频带宽度为1.0GHz;FeSiAl片状磁粉平行于吸波片表面排列时,材料的反射率减小,吸波性能增强。     

MWNTs改性炭纤维增强复合材料研究

树脂基复合材料在厚度方向上较低的导电及导热性能限制了其在防静电、电磁屏蔽等领域的应用.采用多壁碳纳米管(MWNTs)改性T700/环氧复合材料,研究了MWNTs对复合材料基本力学性能、导电性能及导热性能的影响,结果表明MWNTs的引入使复合材料煎梁剪切强度先升高后下降,厚度方向电阻率下降两个数量级,热导率上升41％.