轻量化碳纤维夹芯结构复合材料在轨道交通领域研究进展

轨道交通已成为当下最便利的出行方式之一,舒适享受、环保节能已成为轨道交通领域未来发展的刚性需求。碳纤维夹芯结构复合材料是一种经过结构设计所制作出的轻质复合材料。其性能减震降噪强、耐腐蚀高、耐疲劳性强、力学强度高。主要通过对碳纤维夹芯结构复合材料的轻量化、综合性能以及应用现状的加工工艺、设计原则进行分析,为未来复合材料发展提供依据。     

整体夹芯中空复合材料的开发与应用

简单综述了整体夹芯中空复合材料的应用情况,该类材料是新型的结构、功能材料,具有优异的力学性能与可设计性,重点介绍了夹芯中空复合材料在结构开发、复合成型与力学测试等方面的研究进展,展望了该材料在国内的开发与应用前景。     

泡沫夹芯结构复合材料VARI工艺模拟研究

提出了一种简单方便的等效建模法,解决了大尺寸夹芯结构或复杂形状夹芯结构真空辅助树脂灌注(VARI)成型工艺模拟仿真计算量大,效率不高的难题。采用等效建模法和细化建模法对矩形泡沫夹芯结构复合材料平板的VARI工艺进行了模拟仿真分析,并结合工艺成型实验进行了验证。结果表明,由两种方法计算得到的理论充模时间与实测树脂充模时间基本一致,采用等效建模法所得树脂流动前锋位置曲线与工艺成型实验测试值更加吻合。     

泡沫夹芯结构复合材料天线罩静强度分析

机载雷达天线罩减重要求高,泡沫夹芯结构复合材料可满足该类型天线罩透波和轻质高强的要求。本文采用有限元分析方法对某型机载雷达天线罩在使用工况条件下的静强度和刚度进行了分析,结果表明各材料的最大应力值都远小于材料的许用应力,天线罩不会发生由于材料失效引起的结构破坏,并且整体结构刚度合适,变形满足设计要求。     

缝合增强泡沫夹芯结构复合材料力学性能研究

采用机械缝合设备连续制备了"X"型构型缝合增强泡沫夹芯结构预成型体,并采用真空导入模塑工艺(VIMP)整体成型了缝合增强泡沫夹芯结构复合材料。实验研究了面板纤维布层数、面板纤维布穿透缝合层数、缝合角度、缝合针距及纱线股数对缝合增强泡沫夹芯结构复合材料弯曲性能和平压性能的影响规律。实验结果表明:与未缝合结构相比,缝合结构在质量未明显增加的情况下,弯曲性能和压缩性能得到了显著提高,其弯曲刚度最大提高了4.66倍,破坏载荷最大提高了13.8倍;压缩强度和压缩模量最大分别提高了26.2倍和15.2倍。     

碳纤维复合材料夹层结构横向剪切强度分析

本文从理论上分析碳纤维复合材料夹层结构的横向弯曲剪切强度,以及横向剪切的极限剪切强度,计算公式可供产品设计应用。     

缝合增强泡沫夹芯结构复合材料的制备与性能

为满足夹芯结构复合材料耐压和轻量化的要求,采用真空导入模塑工艺一体成型缝合增强泡沫夹芯结构复合材料,考察了缝合间距、缝合纤维柱直径对夹芯结构复合材料性能的影响。结果表明:缝合纤维柱的纤维体积分数控制在45%～47%范围内时,真空导入模塑工艺制备的缝合增强泡沫夹芯结构复合材料树脂浸润缝合纤维柱质量均匀,缺陷最少。缝合间距增加1倍,平压模量降低65.7%,平压强度降低54.3%;缝合纤维柱直径增加,平压模量和平压强度显著增加,且平压模量大致与纤维柱直径的平方成正相关关系。缝合增强后,夹芯结构平压模量最大增加了9.2倍,平压强度增加了3.9倍。缝合增强泡沫夹芯结构的失效依赖于缝合增强方式,主要有泡沫开裂失效和纤维柱失效两种失效模式。     

某全泡沫夹芯复合材料无人机平尾的强度分析与验证

平尾作为飞机的重要部件,对整个飞机的安全性能有着重要影响。某型通用无人机为T型平尾,平尾载荷比较小,采用全泡沫夹芯结构,为评估全复合材料泡沫夹芯平尾的静力强度,通过Abaqus软件建立平尾结构的有限元模型,并对该平尾在最大载荷作用下的受力情况进行了有限元分析,给出了平尾的应力和变形结果。设计制造了平尾的试验件和试验加载装置,并完成了试验验证,试验结果与理论计算基本相符,表明平尾有限元模型和分析方法是正确可行的。     

行人头部碰撞碳纤维夹芯复合材料引擎盖的有限元分析

利用ABAQUS的Explicit模块建立了行人头部碰撞碳纤维夹芯复合材料的有限元模型,并使用DIAdem工程分析软件计算了头部损伤指标HIC值。通过钢球碰撞试验验证了模型的有效性,分析了碳纤维复合材料层数,硬质泡沫厚度,蒙皮的铺层方式对HIC值和最大侵入量的影响。结果表明,加入硬质泡沫可以大量减少碳纤维复材使用量,并且不会增加HIC值和最大侵入量;硬质泡沫厚度不宜太大也不宜太小,有最优值;各向同性明显的铺层方式有利于减小HIC值。     

碳纤维复合材料加固混凝土结构的优越性

介绍了碳纤维复合材料加固混凝土结构具有不破坏原结构,施工方法简便,加固后能使结构满足设计要求等优点。通过对碳纤维复合材料性能特点、力学性能、加固设计方案依据等的论述,指出其在施工方面的优越性。     

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究

本文介绍了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构常见的内部缺陷,这些缺陷的存在将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用超声脉冲反射法对其内部缺陷进行检测作了详细介绍,分别对复合材料蒙皮可能出现的分层、疏松和高空隙率缺陷及蒙皮与蜂窝夹芯之间界面的脱粘缺陷进行检测,对出现的波形进行分析,并判断波形产生的原因,认为超声脉冲反射法对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构内部缺陷检测是一种行之有效的方法。     

PP/碳纤维纸夹芯“三明治”复合材料性能

以碳纤维纸(CFP)作为芯材,聚丙烯(PP)作为皮材,用平板硫化机热压制成PP–CFP–PP"三明治"式复合材料,并测试了复合材料的各项力学性能。结果表明,加入CFP后复合材料的力学性能总体上有所改善,针对不同PP基体、CFP对复合材料力学性能的改善方式有所不同,对基材本身强度/刚度小的复合材料增强/增刚效果明显,而对于基材本身强度/刚度大的复合材料,加入CFP后其断裂伸长率、无缺口冲击强度提高明显,同时复合材料的缺口冲击强度有所降低。     

碳纳米管/聚丙烯腈导电纤维的结构与性能

使用浓硫酸和浓硝酸的混合溶液将多壁碳纳米管进行功能化处理后与聚丙烯腈(PAN)进行共混,采用湿法成形技术制备出了多壁碳纳米管/PAN导电纤维。采用扫描电镜、动态力学分析等手段对纤维的结构进行了分析,对纤维的物理机械性能及导电性能进行了测试。结果表明:添加碳纳米管5%时PAN纤维的强度、储存模量及玻璃化转变温度提高,断裂伸长率下降;添加经过功能化处理的碳纳米管可以有效地提高纤维的导电性能,当含量为5%时,电导率可达10-3S/cm。     

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3～0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m²,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m²时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5～40 g/m²范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。     

夹层结构剥离强度下降原因分析

针对J-116胶膜粘接的铝板和铝蜂窝夹层结构,采用两种固化工艺,两种浸水条件、喷淋盐雾和两种刀具加工试样,对夹层结构的板板和板芯90°剥离强度进行了测试,分析了剥离强度下降的规律.研究结果表明:水的长期作用,会使胶接强度降低,温度会加速水的作用;盐雾和大气曝晒的影响较小,旧刀具对蜂窝芯子造成二次破坏,直接导致板芯剥离强...     

铺层结构对三维中空夹层复合材料压缩性能的影响

采用手糊成型制备了双夹层三维中空夹层复合材料,重点研究了厚度为5 mm和8 mm的三维中空织物ZK5和ZK8铺层顺序对复合材料压缩强度的影响,并从树脂含量、织物厚度匹配性角度进行分析。结果表明,随树脂含量增加,三维中空夹层复合材料的压缩强度明显提高;双夹层三维中空夹层复合材料中,下层的树脂含量明显高于上层;ZK5和ZK8织物铺层顺序对双夹层中空复合材料的压缩强度影响较大,其中将ZK8置于ZK5下层时复合材料的压缩强度为ZK8置于ZK5上层时的1.7倍,即在三维中空夹层复合材料总厚度不变的情况下,将高厚度中空织物置于下层的结构明显优于将其置于上层的结构。通过这一概念可以在保证三维中空夹层复合材料整体厚度尺寸不变、质量不增加的条件下通过铺层结构的匹配设计,最大限度地提高复合材料的力学性能。     

新型铜-碳复合受电弓滑板的制备

通过分析当前电力机车受电弓滑板存在的各种问题,用粉末冶金法研制出了一种新型的受电弓滑板. 该滑板由铜、碳纤维和石墨等构成. 首先分析了成形压力、烧结温度对滑板性能的影响,然后对其导电性、摩擦、磨损性能及冲击韧性进行检测并与当前正在使用的受电弓滑板进行了对比. 结果表明,该新型滑板的最佳制备工艺条件为铜含量78%,碳纤维含量2%,石墨含量15%,添加剂含量5%,成形压力为200 MPa,烧结温度为880℃. 该滑板不仅电阻率很低,而且其摩擦、磨损及冲击韧性等性能也较当前正在使用的受电弓滑板优越. 与当前正在使用的碳滑板相比,其摩擦系数降低54.5%,磨损量减少41%,冲击韧性提高9.6倍,导电性增强87倍.     

碳纤维表面生长纳米管及其效果的研究进展

碳纤维表面生长碳纳米管(CNTs),将性能优异的纳米材料与碳纤维有机结合,能够增加碳纤维表面粗糙度,有效改善复合材料界面粘合性能,是一种新型碳纤维表面处理技术。本文对碳纤维表面生长碳纳米管的制备方法以及界面增效效果的国内外研究现状进行了综述,分析了不同制备方法的优缺点以及各自的增强效果,探讨了研究过程中存在的问题,展望了该方法的研究趋势和前景。     

难熔金属组元对碳纤维增强复合材料棒结构与性能的影响分析

利用拉伸测试、弯曲测试、扫描电子显微镜等方法研究了金属组元的含量、粒径的大小、组元的分散状况对碳纤维增强复合材料结构与性能的影响。研究结果表明,难熔金属组元的引入和组元含量的增加都会造成复合材料棒力学性能的降低。其中,纳米级金属组元的引入对复合材料力学性能的损伤低于微米级金属组元对复合材料力学性能的损伤。同时超声波分散和高速机械式剪切分散都能最大限度的使纳米或者微米级金属组元分散在基体树脂中。SEM分析表明对于提高纳米或者微米级金属组元在树脂体系中分散均匀性,超声波的分散方式优于高速机械式剪切的分散方式。     

玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性研究

为了获取玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性,以玻/碳纤维混杂复合材料层合板为研究对象,基于有限元分析软件ANSYS Workbench分析了夹芯混杂、层间混杂两种混杂方式下的复合材料层合板的振动特性,得到了层合板的混杂类型、铺设厚度、长宽比、铺设角度对玻/碳纤维混杂复合材料层合板固有频率的影响规律.结果表明:夹芯混...