碳纤维复合材料缠绕制品抗外压性能研究

研究了树脂基体模量、缠绕角和厚度对碳纤维复合材料缠绕制品抗外压性能的影响。实验结果表明:采用MNA共混PMDA固化环氧树脂并调整PMDA含量可以有效改变树脂模量,随着PMDA含量的增加,树脂模量提高。当PMDA含量仅为MNA的5%时,树脂模量从3.71 GPa增加到4.18 GPa,提高了13%;当PMDA含量为MNA的10%时,模量达到最大值,为4.61 GPa,提高了24%。随着基体模量增加,单向CFRP的压缩强度、剪切强度和环刚度均先增加后减少。当基体模量为4.18GPa时,CFRP的压缩强度和剪切强度均达到最大值,分别为655 MPa和71.6 MPa,提高了16%和12%。此时,缠绕管环刚度达到最大值,为277 k N/m~2,提高了87%;同时增加缠绕角和厚度能够提高缠绕管的抗失稳能力。     

深海玻纤增强柔性管截面结构设计及强度分析

在深海石油开采中,使用传统的钢制管道作为海底管道和立管,存在耐腐蚀性差、重量大以及柔性小等不足。热塑性玻纤增强柔性管具有重量轻、强度高、柔性好以及耐腐蚀性强等优点,逐步成为海洋管道发展的趋势。针对南海500 m海深油井使用玻纤增强柔性管进行增强层截面结构设计,依据DNVGL-RP-F119规范和美国船级社相关规范,针对柔性管增强层缠绕角度及缠绕层数,依据经验建立±30°~±75°缠绕角度和20层~40层缠绕层数的组合模型。利用ABAQUS有限元软件进行30 MPa内压、60 t拉力和5 MPa外压三种载荷工况下的强度分析,得到满足上述载荷工况的最优缠绕角度为±60°;再进行90MPa爆破压力及拉伸与外压组合工况下的强度校核,最后得到能够满足技术指标要求的增强层最优缠绕角度为±60°和最少缠绕层数为36层。     

缠绕复合材料固化工艺研究

生产连续玻璃纤维缠绕厚壁管时,在环氧树脂—酸酐固化体系中加入不同含量的促进剂,采用一次固化的方法,通过产生不同的固化速率达到分层固化的目的。结果表明,在一次固化时,固化速率从内层到外层逐步降低,减小了固化应力对厚壁管状产品内径圆度的影响,达到了分层固化的效果,提高了产品质量和生产效率。     

大张力缠绕碳纤维复合材料高速飞轮转子研究

碳纤维复合材料由于其较高的比强度、比刚度以及不产生高频涡流损耗等特点,日益广泛地被用来制造高速飞轮转子护套。另外,大张力缠绕相比压装等工艺更适用于施加碳纤维复合材料层与金属轮毂间的过盈配合。研究了大张力缠绕复合材料飞轮转子护套的设计与成型工艺,建立了复合材料护套的三维有限元模型,采用温差法模拟纤维缠绕张力,采用单元生死法模拟逐层缠绕及固化过程。在30000 RPM的转速及不同工作温度下,分析了缠绕张力及轮毂和转轴间过盈量对转子各材料界面处压应力的影响规律。此外,采用大张力缠绕工艺制备了高速飞轮转子碳纤维护套样件,测试了样件护套对金属轮毂的径向压应力以及轮毂径向应变。结果表明,基于仿真模型的计算值与样件测试值吻合良好,获得了飞轮转子的最佳几何外形和制备工艺参数,使转子的最大工作外缘线速度达697 m/s,最大储能密度为44.5 Wh/kg。研究成果对复合材料高速飞轮转子护套的设计与制造具有重要的意义。     

新型碳纤维湿法缠绕环氧复合材料研究成功

近期,西安航天复合材料研究所,以TDE-85树脂和AFG-90树脂为主体树脂,混合芳香胺为固化剂,研究了一种适合于碳纤维复合材料湿法缠绕成型的树脂配方。据专家介绍,该树脂的黏度低、适用期长,其浇铸体具有优异     

碳纤维等级对迫击炮复合身管多目标优化设计的影响

将高性能碳纤维用作迫击炮身管外部增强层,可大大降低身管质量。在湿法缠绕工艺中,针对缠绕张力对金属内衬的强化效应,基于正交各向异性材料的厚壁圆筒理论和基于小变形假设的弹性叠加理论,提出了适用于多角度分层缠绕的内衬预应力离散叠加算法。针对复合身管中受内压的薄壁内衬碳纤维缠绕圆筒典型结构,以复合身管质量和抗弯刚度为优化目标,提出了基于多岛遗传算法的复合身管多目标优化设计方法。通过不同材料搭配方案的Pareto解集对比表明,M46方案相比T300和T700方案质量更轻、刚度更高,其中Ni_2/M46方案优化效果最好,说明高模量碳纤维更具轻量化优势,并通过有限元仿真和水压试验验证了优化结果的有效性。     

轻质碳纤维复合材料帆船桅杆的设计与制备

碳纤维复合材料与金属相比,具有重量轻、可设计性强等优点.本文目的是设计并制备轻质碳纤维复合材料桅杆.基于等刚度准则,对具有等壁厚、异型截面的中空碳纤维复合材料桅杆进行设计,并运用数值模拟技术对结构铺层进行优化.采用纤维铺放和缠绕工艺制备出长度为16m的大尺寸碳纤维复合材料帆船桅杆,与铝合金桅杆相比减重43.4%.在设计工况下,桅杆变形试验值与数值模拟结果相近.     

碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

氢能是21世纪最有潜力的新型能源,具有高能、环保、可再生等优点,但氢气的储运技术滞后严重限制了其大规模应用。碳纤维缠绕复合材料氢气瓶因具有质量轻、韧性强、耐疲劳性好等优点,在储氢领域具有广阔的应用前景。本文综述国内外高压气态储氢技术研究现状,并结合国产碳纤维复合材料应用现实,论述了碳纤维缠绕储氢气瓶制备的技术要点、标准规范以及成型设备等方面的最新进展,展望了碳纤维缠绕储氢气瓶的产业前景。     

碳纤维复合材料方管硅橡胶热膨胀成型工艺研究

针对碳纤维复合材料方管,设计制备了硅橡胶热膨胀工艺成型模具,并制备了碳纤维/双马树脂和碳纤维/环氧树脂复合材料方管,研究了成型过程中硅橡胶的温度变化规律,考察了方管的成型质量及其影响因素。结果表明,按照所建立的热膨胀工艺模具尺寸设计公式,可给出硅橡胶芯模的尺寸和工艺间隙;模具内腔的空气对流情况对硅橡胶的温度变化有重要影响;工艺间隙对方管成型质量有很大影响,当工艺间隙与理论计算值相符时,碳纤维/环氧树脂管件的表面和内部质量良好,厚度与设计值一致;碳纤维/双马树脂管件成型时,复合材料内部容易产生孔隙缺陷,采用真空辅助的热膨胀工艺方法,能够有效消除孔隙缺陷。     

纤维张力对复合材料管道缠绕轨迹影响分析

为实现复合材料管道纤维缠绕优质成型,纤维张力起关键作用,其张力波动的程度直接影响复合材料管道成型的性能。为减小缠绕过程中张力大小差异,规划缠绕轨迹时需考虑纤维张力的影响,提出在机械臂末端增添预设张力负载的方法规划缠绕轨迹。建立六自由度机械臂缠绕模型,用MATLAB对机械臂的缠绕轨迹进行设计,通过建立MATLAB与ADAMS的联合仿真平台,对有无张力负载下的机械臂末端质心位移曲线进行仿真分析,并搭建张力控制实验平台,进行机械臂末端有无张力负载复合材料管道的纤维缠绕实验,实验表明有张力负载下规划的缠绕轨迹能有效抑制缠绕过程中张力的波动程度。     

新工艺制备碳纤维增强ABS性能研究

将沥青基碳纤维制成似球中间体后,用它增强ＡＢＳ,并将其与传统民碳纤维增强ＡＢＳ作了比较;研究了碳纤维含量与对复合材料维卡软化流变性能的影响。结果表明采用新工艺;可以达到传统工艺相同的增强效果;碳纤维在复合材料中的最终长度大于传统工艺的;复合材料卡软化点随着碳纤维含量的增加而提高,流变性能与纯ＡＢＳ树脂接近。     

基于Optistruct的碳纤维复合材料包装箱结构优化设计

本文基于Optistruct结构优化技术,采用碳纤维复合材料进行了某特种包装箱的结构设计。结合包装箱结构设计的技术指标要求,提出了多阶段的优化设计方法。多阶段优化设计包括形貌优化、尺寸优化和铺层优化。在箱体的概念设计阶段,通过形貌优化获得了满足箱体刚度的加筋结构;针对基于铺层的碳纤维复合材料的可设计性能,在箱体的细节设计阶段,通过尺寸优化和铺层优化分别获得了复合材料各个铺层角度的最佳铺层厚度尺寸和复合材料箱体的最佳铺层方式。最终,通过有限元数值分析验算,结构设计的结果满足设计要求。     

锥体结构单向纤维缠绕线型及程序设计

本文对锥体结构的单向纤维缠绕,应用空间解析几何的知识建立了相应的数学模型,并建立了在相应于四轴缠绕机上的缠绕线型,同时利用VB6.0编制了相应的模拟计算程序,为锥体结构的单向纤维缠绕应用奠定了基础.     

碳纤维补强氧化铝陶瓷的研究

采用热压的方法制备了碳纤维／氧化铝复合陶瓷，与未加碳纤维的氧化铝陶瓷相比，其抗弯强度有明显提高，但断裂韧性提高不大。为了改善碳纤维与氧化铝基体的结合状态，利用化学气相沉积的方法分别在碳纤维表面沉积了ＳｉＣ，ＴｉＣ和ＳｉＯ２＋ＳｉＣ。研究结果表明，当采用有沉积层的碳纤维补强氧化铝陶瓷时，抗弯强度和断裂韧性都有明显提高。     

碳纤维复合材料不同制孔工艺技术研究

碳纤维复合材料钻孔分层主要由钻孔入口的剥离作用和出口的推出作用所引起。轴向钻削推力是分层的主要原因,控制轴向推力可以提高制孔质量。设计无预制孔的麻花钻、带预制孔的麻花钻和阶梯钻三种钻孔工艺方案,根据现有三种工艺的轴向力模型,分析对比三种工艺方案的临界轴向力与直径比率、轴向力与钻削位置深度及轴向力与进给率关系,并使用SEM观察孔的质量。结果表明,使用阶梯钻和预制孔钻削能大幅减少轴向推力,获得高质量的孔出口。     

树脂基碳纤维卷铺管件热残余应力分析

对树脂基碳纤维卷铺管在高温固化后冷却至室温过程中进行了热应变实验,基于实体单元的分层属性建立了多种铺层复合材料管件的热残余应力数值模型,数值计算结果与实验结果吻合较好。在该数值模型基础上,从纤维方向应力的角度分析了铺层角度、环向层纤维含量、环向层铺设位置以及径厚比对卷铺管件热残余应力的影响。结果表明,上述诸因素均对残余应力有较大的影响,(±φ)_n铺层和90°/0°正交组合铺层中的0°纤维在纤维方向上残余应力均为轴向受压、环向受拉,该应力状态可能导致管件出现微裂缝等初始缺陷。     

纤维增强复合材料的制备及防护性能研究

采用真空辅助成型工艺制备了EWR600玻纤织物、高强2号玻璃纤维、高强4号玻璃纤维、碳纤维增强树脂基复合材料.以复合材料为爆炸反应装甲的面、背板材料,考察了爆炸反应装甲对破甲弹的防护性能.结果表明,在所考察的范围内,碳纤维增强树脂基复合材料对200型破甲弹的防护系数可达到19,对破甲弹射流的损耗达到90%以上;与合金钢作为爆炸反应装甲的面、背板相比,纤维增强树脂基复合材料在实现30%以上减重的同时,可彻底消除爆炸反应装甲的二次杀伤效应,具有广阔的应用前景.     

纤维缠绕复合材料弯管线型设计与仿真

根据微分几何建立弯管的圆环面及圆柱面稳定缠绕方程,给出了圆环面的测地线缠绕解及圆柱面的半测地线缠绕解,并提出了用OpenGL及VC 对所设计的线型进行仿真的具体实现办法.     

碳纤维复合材料金属铜涂层的制备及其导电性能研究

碳纤维复合材料在民用飞机上得到广泛应用,但是由于其差的导电性易受雷击损伤。采用化学镀的方法在碳纤维复合材料试样表面制备了导电金属铜镀层以提高复合材料抗雷击特性。利用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了镀层的表面形貌与晶体结构,研究了硫酸铜的浓度对金属铜镀层的沉积速率与导电性能的影响。结果表明,随着硫酸铜浓度的增加,沉积速率逐渐升高,而镀层电阻值逐渐降低,导电性增加。当硫酸铜浓度为14g/L时,碳纤维复合材料表面铜晶粒均匀,结晶性好,电阻为19.8mΩ/sq,具有良好的导电性。