铺层对碳／环氧树脂基复合材料固化变形的影响

碳／环氧树脂基复合材料构件应用广泛,但在加热固化成型过程中易产生严重的变形。铺层设计时,在满足构件结构强度和刚度要求基础上,通过优化铺层设计,来降低碳／环氧复合材料构件的变形。本文在这方面进行了初步的探讨,旨在摸索对复合材料设计有积极意义的规律。     

复合材料层压板的变形:树脂基体、增强纤维与非对称正交铺层变形的关系

主要研究了复合材料层压板的变形情况。分别选取环氧、苯并嗯嗪为基体,以特定型号的预浸料为材料,选取不对称铺[0／0／90／90]条件,用ANSYS软件模拟复合材料层压板变形情况,与实际不对称层合板变形情况对比,分析树脂基体、增强纤维和非对称铺层与复合材料变形之间的关系。结果表明,不同的树脂基体材料和不同的铺层设计对非对称正交铺层复合材料层压板的变形情况有影响。     

复合材料层合结构的铺层优化

本文采用最速下降法，对复合材料层合圆柱壳体受外压作用的铺层进行了优化。优化结果表明：在受外压作用下，层合圆柱壳体的铺层有最优化方案，且完全能在实际中实现。对于其他形状的结构和承受其他载荷的情况，只需改变指标函数即可用此方法获得优化铺层。     

不同铺层复合材料螺栓连接的研究

实验研究了在E/D=4(边距/孔径),W/D=5(宽度/孔径)的3种铺层[90/+45/-45/0]s,[90/0/+45/-45]s,[+45/-45/90/0]s的玻璃纤维/环氧复合材料试样在不同的扭矩和垫片尺寸(外径(Dw)/内径(D))下的静态破坏强度。实验结果表明,试样破坏强度随夹持力增大而增大,但增加趋势不断减弱,在5Nm扭矩下三种铺层的强度分别比其销钉连接增大175%,196%,141%;在销钉连接下,[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高12.7%,[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高10.8%;在手动拧紧下[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高3.5%,而[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高0.37%;垫圈的外内径比在2～3范围内,试样强度伴随外内径比的增大而增大,在3～4时,强度变化很小。     

基于改进双种群遗传算法的复合材料层合板铺层优化设计

针对复合材料层合板铺层优化设计过程中易出现的算法早熟及收敛慢的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,提出一种引入自适应算子的改进双种群遗传算法。在算法过程中以对称复合材料层合板为例进行验证,通过Patran建立有限元初始模型,采用Matlab编写遗传算法主程序及数据传递程序,实现对Nastran的输入输出文件的读写,并在以Tsai-Wu准则为基础确立的适应度函数下,对复合材料层合板的铺层顺序进行优化。对比传统遗传算法,结果表明该改进算法能够明显提高优化效率,并能够有效收敛于全局最优解,对解决复合材料结构优化设计问题有一定的指导意义。     

复合材料铺层曲面铺设仿真技术

本文提出了一种平面二维复合材料纤维垫铺设到三维自由曲面的铺设模拟算法.针对复合材料铺层在铺设过程中随剪切角变化而出现的非线性剪切力的特性,在这里我们采用了一种非线性对角弹簧模型,该模型能精确描述材料在铺设过程中的剪切力学性能.该方法可以预测出纤维垫在自由曲面上铺设时可能会产生缺陷的区域并可快速得到复合材料铺层的展开外形.本文所提出的方法解决了有限元方法中计算时间过长的问题,为快速确定复合材料铺层外形提供了一种有效可行的方法.     

铺层对T型复合材料壁板屈曲载荷的影响分析

本文以T型壁板类结构单元为研究对象,主要阐述了铺层及筋条几何形式对复合材料壁板屈曲载荷的影响。对T型壁板屈曲载荷有限元计算方法的适用性作了试验验证,计算分析了铺层比相同时铺层顺序、铺层比及筋条几何形式对临界屈曲载荷的影响。算例表明,铺层比和铺层顺序都会影响屈曲载荷。铺层比影响屈曲载荷,为主要因素,当0度铺层比较小时,45度铺层比显著增加屈曲载荷,当0度铺层比较大时,45度铺层比的改变对屈曲载荷的影响不大。铺层顺序影响屈曲载荷,为次要因素。筋条几何形式影响铺层方式,也制约着铺层比对屈曲载荷的影响。     

雷达罩复合材料铺层计算的数学方法

雷达罩复合材料的铺层设计直接关系到雷达罩复合材料的强度,现行的商用软件需要依赖结构铺层设计才能实现仿真分析,要针对结构铺层分别划网格、建模型,铺层设计的灵活性、通用性差。采用几何学原理和数据编程处理方法,将雷达罩纤维织物复合材料的平面经纬向依据不同的起始铺层角度并结合三维空间几何转换确定其在三维雷达罩模型上的实际方向,进行雷达罩复合材料铺层设计,将复合材料铺层方向投影到空间雷达罩复合材料的有限元模型中,确定复合材料的铺层角,将铺层设计显性化、通用化,并且增加复合材料铺层计算的灵活性,突破各种软件的约束。     

复合材料声呐导流罩铺层的遗传算法优化设计

以复合材料力学经典层合板理论为基础,利用MATLAB编程联合ANSYS有限元分析,建立了复合材料声呐导流罩铺层结构优化平台。首先对单向载荷下的层合板铺层结构进行优化,并和实验结果相比较,验证了该优化平台的有效性。结果表明,优化后的层合板强度有了较大提高。在此基础之上,根据水下实际载荷工况,对声呐导流罩的铺层进行了优化设计,并利用ANSYS有限元分析对优化后的铺层进行应力应变分析。结果表明,声呐导流罩强度性能显著提高,实现了声呐导流罩铺层的优化设计。     

复合材料夹芯板材用多功能铺层工艺装备设计研究

研究设计了一种多功能铺层工艺装备,解决了当前人工操作过程中的铺层翻面和转运问题,提高了复合材料夹芯板材生产线的自动化程度,降低了劳动强度,提高了生产效率,并为复合材料行业的工艺装备研制提供了可借鉴的解决思路。     

复合材料层合结构自由边效应实验研究

复合材料层合结构的自由边效应是复合材料结构总体破坏的主要因素之一.本文对复合材料层合结构自由边效应进行了实验研究,得到了自由边效应的分布规律,即层间应力在自由边界和载荷边界附近有明显的应力集中,在离开边界的地方应力集中现象很快消失.实验结果与数值模拟结果趋势基本一致,这一规律的发现可为复合材料制造工艺和工程应用提供指导.     

准静态压痕作用下复合材料层合板损伤阻抗与损伤容限实验研究

参照标准实验方法,开展了复合材料层合板对准静态压痕力的损伤阻抗和损伤容限实验研究,获取了接触力、压痕深度、压头位移等实验数据,并对含静压痕损伤层合板进行了剩余压缩强度试验。研究了压痕深度-接触力与剩余压缩强度-压痕深度的变化关系,并讨论了准静态压痕过程中的损伤演变过程和层合板的压缩破坏模式。结果表明:当层合板表面出现目视勉强可见压痕时,初始损伤发生,压痕深度随接触力增大而明显增大,同时剩余压缩强度随压痕深度增加而明显降低;当达到最大接触力时,层合板失去承载能力,背面可看到大量纤维断裂。对于含静压痕损伤的层合板,压缩破坏模式为贯穿损伤区域的层合板断裂。     

复合材料厚板钻削加工工艺的研究

玻璃纤维是一种性能优越的增强材料,广泛应用于制造业。本实验采用手工制备的高强玻璃纤维布层合板,平均厚度为20mm,并使用普通的高速钢(HSS)钻头,较真实地反应了一般钻削加工过程,使实验结果更具有实际意义。实验中利用现有设备,自制的传感器用于测定轴向力,对不同切削参数下的状况进行分析,最后使用显微镜观察微观状态下的分层状态,对得到的结论加以佐证。     

拉挤型GFRP层合板压缩性能试验

为探讨拉挤型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合板的压缩力学性能及破坏机理,以基体树脂和纤维含量为变化参数,对6种拉挤型多向GFRP层合板进行了纵横向压缩试验,对压缩力学性能及破坏模式进行了比较分析。试验结果表明,纵向压缩典型破坏模式为层间基体开裂,横向压缩典型破坏模式为剪切破坏和层间基体开裂;采用环氧树脂基体的试件组较采用乙烯基树脂基体的试件组压缩力学性能有显著提高;提高纵向纤维含量能提高纵向压缩力学性能,但纤维含量过高对于纵向压缩力学性能有不利影响;纤维含量的变化对横向压缩力学性能的影响很小。     

复合材料薄板的成型固化收缩变形研究

本文在满足结构强度和刚度要求的前提下,通过对薄壁复合材料制品的铺层材料设计和制备工艺设计来减少制品的收缩变形.对不同方案进行了对比试验并采用三维有限元加以分析,试验结果与计算结果吻合.     

脆性夹心复合材料层合板冲击损伤研究

通过冲击损伤试验，揭示了脆性夹心复合材料层合板的损伤机理，并提出了用于此类结构材料剩余强度预测的一套工程计算方法。     

含孔复合材料层合板的结构参数对其屈曲性能的影响

利用ABAQUS软件,建立了含孔复合材料层合板的有限元模型,在层合板四边简支,承受轴向压力载荷作用下,分析讨论了孔径/板宽比、铺层比例、铺层角度、材料性能等结构参数对层合板的线性屈曲的影响。结果表明,孔径/板宽比d/w越大,屈曲载荷越小,当d/w≤0.1时,可认为是小孔洞情况,可近似按无限大层合板处理;90°铺层(与载荷受力方向一致)比例越大,或0°铺层(与载荷受力方向垂直)比例越小,屈曲载荷越大,增加±45°铺层比例,有利于降低层合板各向异性程度;对于斜交对称铺层的层合板,铺层角度对其屈曲载荷影响很大,最大值与最小值相差13.05N;材料主方向结构性能参数差别较大时,屈曲载荷也相差较大,材料的结构性能参数对屈曲承载力具有明显的影响。     

零吸胶工艺复合材料层板成型质量与预浸料特性关联分析

针对3种国外产碳纤维/环氧预浸料,测试表征了预浸料的工艺特性,并采用热压罐零吸胶工艺制备了复合材料层板,考察了工艺条件对层板厚度和内部缺陷的影响,分析了成型质量与预浸料特性之间的关联性,进一步研究了层板弯曲性能、层间剪切性能对成型质量变化的敏感性。实验结果表明,由于零吸胶工艺树脂流动受到很大限制,预浸料树脂含量不均容易造成所成型层板厚度不均、表面不平整,另外,预浸料树脂流动性小的体系在层间容易出现明显富树脂现象;零吸胶工艺夹杂空气主要在真空作用下通过铺层内的通道排出,因此预浸料气体渗透率和成型封装方式对孔隙缺陷有重要影响;实验范围内,工艺条件的改变没有显著影响所成型层板的短梁剪切性能和弯曲性能。研究结果对于预浸料选择和国产高性能预浸料的开发具有重要参考价值。     

复合材料叠层板损伤应变能释放率

从损伤力学角度出发,利用断裂力学中有关概念、方法,推导出正交异性复合材料层板开裂、分层过程中的损伤应变能释放率.通过绘制开裂阻力曲线和假设起始开裂时应变能释放率相等,能合理解释复合材料层板在开裂过程中出现的各种行为现象.计算结果与实验非常吻合,并提出一种综合考虑强度与刚度的实用性设计准则.     

中温固化复合材料层压板分层缺陷注射修补工艺研究

通过预埋石英砂,制备了复合材料层压板分层缺陷试样。采用注射修补法对分层缺陷试样进行了修补。使用电钻在缺陷试样单侧打注胶孔,通过注胶孔将DG-8胶黏剂注入缺陷区域,利用热补仪将注胶后的试样固化。对修补后的试样进行了无损检测、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,修补后的试样拉伸和压缩强度恢复率均达85%以上,试样修补区的DG-8胶黏剂固化良好。