铺层结构对复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响

通过改变偏轴角为45°和90°的[45°/–45°],[0°/90°]正交铺层组的质量分数,设计了6种复合材料层合板铺层结构。研究了两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构对真空辅助树脂传递模塑工艺复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响。通过弯曲实验获得6种复合材料层合板的弯曲强度、损伤特征以及应力–应变曲线。结果表明,随偏轴角为90°的[0°/90°]铺层组质量分数的增加,复合材料层合板的弯曲强度逐渐增大;两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构可引起复合材料层合板在弯曲载荷作用下的损伤模式多元化。     

复合材料层合板面内剪切实验方法的评价

复合材料层合板的面内剪切特性是进行复合材料结构设计必不可少的参数。本文对常见的4种面内剪切实验方法进行了简单介绍。采用5种E玻璃纤维织物/乙烯基酯树脂层合板,其铺层结构分别为[0]3s,[0/90]3s,[CSM/0/90]2s,[±45]3s和[(0/90)2/(±45)2/(0/90)2]s。对2种复合材料层合板面内剪切实验方法进行了实验研究,分别为±45°拉伸实验(ASTM D3518)和V形开口轨道剪切实验(ASTM D7078)。实验结果表明,±45°拉伸实验在测试层合板面内剪切模量方面具有较高的精度,而在测试面内剪切强度方面往往偏低,具有非常差的精度。     

铺层结构对EP/GF复合材料沉头螺栓连接失效的影响

以环氧树脂(EP)为基体,单层玻璃纤维(GF)布为增强体,利用真空辅助树脂传递模塑工艺制备了具有[0°]_(_(6s)),[45°/–45°]_(_(3s)),[0°/90°]_(_(3s)),[90°]_(_(6s))铺层结构的EP/GF复合材料层合板,通过拉伸失效实验研究了铺层结构对复合材料层合板沉头螺栓连接承载能力的影响,并进一步分析了4种铺层结构的沉头螺栓连接层合板在拉伸时的失效行为。结果表明,[45°/–45°]_(_(3s))与[0°/90°]_(_(3s))铺层结构的层合板均发生了承载失效,具有较高的螺栓连接承载能力,其中[0°/90°]_(3s)铺层结构的层合板最大拉伸载荷最高,为6.7 k N,[45°/–45°]_(3s)铺层结构的层合板具有最大的失效位移,为14.17 mm;[0°]_(6s)铺层结构的层合板发生了剪切开裂失效,其螺栓连接承载能力低于上述两种铺层结构;[90°]_(6s)铺层结构的层合板发生了净张力失效,其螺栓连接承载能力最低。     

T700／3234层合板力学性能的研究

研究了T700／3234层合板力学性能,T700／3234层合板铺层45°／-45°／0°／90°／0°／0°／90°／0°／-45°／45°.T700／3234中温固化环氧碳纤维单向预浸料适应于热压罐成型工艺方法.测试了23℃、60℃、80℃、100％下,T700／3234层合板拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、层间剪切强度及层合板的拉伸剪切强度,得出不同温度下层合板各项力学性能的保持率,表明：T700／3234复合材料使用温度不大于80℃.     

玻纤铺层方向对玻纤/EVE复合材料性能的影响

以0°,90°,0°/90°,0°/45°/-45°/90°分别作为玻璃纤维(GF)单向铺层方式,研究了不同的铺层方式对GF/EVE(环氧乙烯基酯树脂)复合材料力学性能的影响。结果表明,0°铺层方向的复合材料在单一方向的力学性能最好,0°/45°/-45°/90°铺层方向的复合材料可以看作各向同性材料,应用范围更加广泛。     

中小型无人机用国产碳纤维复合材料拉伸性能研究

研究测试了不同国产碳纤维预浸料的拉伸性能,包括T700中温固化0°/90°拉伸性能、T700高温固化0°/90°拉伸性能、T800高温固化0°/90°拉伸性能。0°拉伸强度最大达到2062Mpa(江苏恒神),拉伸模量最大139GPa, 90°拉伸强度最大51Mpa,拉伸模量9.15GPa, 0°压缩强度最大1171MPa,压缩模量130GPa, 90°压缩强度最大达到187MPa,而T700和T800高温固化国产碳纤维的性能更加优异,0°拉伸强度高了将近1500MPa,拉伸模量提高了将近100GPa左右。结果表明,目前国产T700中温固化碳纤维预浸料力学性能基本与进口材料相当,大于中小型无人机拉伸性能设计准则,能够满足中小型无人机的结构设计和生产。     

基于ANSYS的复合材料层合板的拉伸失效模拟

基于ANSYS的APDL语言开发复合材料层合板的拉伸失效模块,实现有限元分析的参数化建模和累积失效分析.采用Solid64宴体单元建立复合材料层合板的三维模型,依据改进的三维Haisin失效准则对结构单元进行失效判断,并对失效单元进行刚度退化.当失效单元贯穿所有单层时,复合材料层合板结构彻底失效.通过对铺层方式为[0/45/-45/90]s复合材料层合板结构拉伸模拟,探讨其拉伸破坏形式,得到层合结构的最终拉伸强度,并把其拉伸强度与文献实验结果进行对比,得到的结果与实验一致.该方法简便直观,便于工程运用.     

重力效应对VARTM工艺中树脂充模过程的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了环氧树脂/亚麻纤维复合材料层合板,记录了树脂在不同树脂流动倾角下的充模时间。通过对层合板进行拉伸、弯曲性能测试,研究了树脂流动倾角对复合材料层合板力学性能的影响。结果表明,在VARTM工艺过程中重力效应对树脂充模时间和层合板力学性能有显著影响;充模时间随着树脂流动倾角的增大(从–90°至90°)而增加;复合材料层合板的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量等均随树脂流动倾角的增大而增大,树脂流动倾角对弯曲强度的影响最大,且对强度的影响高于模量。由于树脂流动倾角影响了树脂与亚麻纤维的结合情况,导致树脂流动倾角为–90°和90°的复合材料层合板在拉伸与弯曲失效时拥有不同的失效形式。     

多向玻碳纤维混杂复合材料的拉伸性能北大核心

为探讨±45°铺层比例对玻碳纤维混杂复合材料拉伸性能的影响,对层间混杂和夹芯混杂分别设计4种铺层方案,并进行拉伸性能实验。通过经典层合板理论对试样的拉伸模量进行估算,与实验结果对比并分析误差。基于混杂效应及±45°铺层比例的影响,对经典层合板理论结果进行修正。结果表明:在±45°铺层比例为40%时,±45°铺层可以对横向应力和剪应力起到很好的平衡作用,从而有效提高复合材料的拉伸性能;混杂效应及±45°铺层比例对经典层合板理论与实验结果的误差都有影响,提出的修正公式可在一定程度上反映其影响,并且可以得到更加准确的拉伸模量估算结果。     

碳纤维薄壁管溃缩变形模式和吸能机理研究分析

通过铺放和缠绕组合工艺制备[0°/90°]、[±45°₂/0°/0°/90°/0°]、[±45°]、[64°₂/0°₂/64°₂/0°₂/64°₂]四种不同铺层角度的碳纤维薄壁管试件,并在试件端部设置开槽和开孔的触发机制。对试件进行轴向准静态压缩和电镜扫描,研究不同铺层角度试件的变形压溃模式和吸能机理。结果表明,不同铺层角度试件的变形模式不同,[0°/90°]试件呈钻石模式,[±45°]试件呈塔型渐变模式,[64°₂/0°₂/64°₂/0°₂/64°₂]呈开花模式变形,[±45°₂/0°/0°/90°/0°]试件变形介于[0°/90°]和[64°₂/0°₂/64°₂/0°₂/64°₂]试件变形模式之间。其中,[±45°...     

复合材料面内剪切性能测试方法的研究

对常用的剪切实验方法进行了简单介绍,并采用典型的±45°偏轴拉伸法和V形开口轨道剪切法对双轴向玻璃纤维布制成的层合板的常温和低温剪切性能进行了研究。实验结果表明,V形开口轨道剪切法测得的剪切强度和模量高于±45°偏轴拉伸法,玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在低温状态下的剪切性能与常温相比有所提高。     

国产CCF300碳纤维4轴向无屈曲织物层合板力学性能对比研究

设计制备了两种4轴向碳纤维无屈曲织物(NCF):第一种织物全部采用东丽公司T700 12k碳纤维,第二种织物中66.7%碳纤维采用国产CCF300 3k碳纤维(与东丽T300 3k碳纤维相当)。对该两种织物层合板0°、90°和±45°4个方向的抗拉伸、抗弯曲和抗层间剪切性能进行了测试与对比研究。结果表明:在现有生产条件下,国产CCF300 3k碳纤维最多可以代替4轴向NCF中66.7%的进口T700 12k碳纤维;国产碳纤维NCF层合板各方向归一化后的抗拉伸强度比进口碳纤维NCF层合板低18.7%～26.1%,而其他性能没有显著差别;两种NCF层合板的抗拉伸和抗层间剪切破坏模式相似。     

汽车复合材料层合板准静态力学性能的试验测定

以应用于某新能源电动汽车的复合材料层合板为研究对象,利用万能试验机和静态应变测试分析系统等提出了可靠的复合材料层合板准静态拉伸和压缩力学性能试验测定方法,从而为复合材料结构在汽车轻量化中的设计和应用提供了试验依据。该层合板结构采用±45°交叉铺层方法,由2层碳纤维、1层芳纶纤维和2层玻璃纤维层叠构成。试验结果表明,该复合材料层合板在准静态拉伸时呈现沿±45°方向和层间分离挤压的断裂失效模式,这与其内部纤维铺层方向是一致的。同时,由于在复合材料板材中加入了增韧和板材失效时起连接作用的芳纶纤维和玻璃纤维铺层,该复合材料层合板的整体力学性能较常见碳纤维增强复合材料板材,其弹性模量和强度性能均有所降低。     

玄武岩纤维增强不饱和聚酯层压复合材料低速冲击损伤性能

研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料低速冲击试验,得到载荷-挠度曲线和载荷-时间曲线,用于分析三种不同铺层方式玄武岩纤维增强不饱和聚酯树脂层压复合材料低速冲击加载力学性能。通过观察层压复合材料破坏形态来分析其破坏方式。实验结果表明:0°/90°交错层压复合材料和平纹织物增强层压复合材料抗低速冲击性能优于0°单向层压复合材料;0°单向层压复合材料破坏方式为裂纹沿着纤维方向伸展,而0°/90°交错层压复合材料和平纹织物层压复合材料破坏只发生在冲击点附近局部区域。     

PE-UHMW/PE-LD层合板损伤声发射信号频率特征研究

为揭示聚乙烯自增强复合材料(PE-UHMW/PE-LD)不同损伤模式的声发射信号频率特征,通过对基体、单纤维复合材料、90°单向板+45°/-45°层合板的拉伸破坏,分别诱导产生基体损伤、纤维断裂、纤维/基体界面损伤和层间损伤的AE信号,并和非损伤AE信号(环境噪声、断铅模拟)频率特征进行对比。实验结果表明,非损伤AE信号和损伤AE信号之间均具有不同的峰值频率和频率分布特征。     

改性热塑性淀粉的制备及其与PBAT复合薄膜的性能

利用十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）对淀粉进行偶联改性后,通过熔融挤出得到热塑性淀粉（TPS）,并将其与聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）复配后吹膜,制备了PBAT/TPS复合膜材料,并探讨了HDTMS含量与TPS耐热性能、流变性能及PBAT/TPS复合膜疏水性能和力学性能的关系。结果发现,加入HDTMS后TPS加工性能得到改善、淀粉基体耐热性能更高,但增塑剂更易析出;加入1份HDTMS后,PBAT/TPS复合膜材料疏水性能得到改善,接触角提高到113.2°,再继续增加HDTMS含量后,接触角基本保持在104°～106°;PBAT/TPS复合膜材料拉伸强度随HDTMS含量的增加先提高后降低,当HDTMS含量为3份时拉伸强度达10.29 MPa。     

盐雾环境对玻璃纤维-铝合金层合板力学性能的影响

通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在盐雾环境下不同老化周期后的力学性能及复合材料层红外光谱,分析了层合板在盐雾老化条件下的性能变化。在加速盐雾老化条件下,树脂基体发生了降解,树脂-纤维界面及表面铝合金发生腐蚀破坏,随老化时间的延长,0°及90°层合板的拉伸、压缩及面内剪切强度均呈现出明显的下降趋势,90°层合板内部受到的损伤更为严重,盐雾环境会降低层合板内热固性树脂基体的交联程度,并破坏树脂-纤维及树脂-铝合金的界面,影响应力在玻璃纤维-铝合金层合板层间的传递,使材料力学性能发生衰减。     

Strength degradation and fractographic analysis of carbon fiber reinforced polymer composite laminates with square / circular hole using scanning electron microscope micrographs

In this article, experimental study has been carried out to obtain comparative information intended for designing and assembly of structural components made of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite. Investigation on tensile strength has been done on unidirectional CFRP composite laminates with hole. Effect of stacking sequence, hole size, and hole shape on tensile strength has been examined independently by open hole tensile (OHT) test. Reduction in OHT strength is observed when stacking sequence is changed from [0]₈ to [0/90]_2s and when the hole size is increased. However, OHT strength is noticed to get increased when hole shape is changed from circular to square. Laminates containing square shaped hole demonstrate less sensitiveness towards tensile strength and show negligible effect of stacking sequences on the normalized strength than the circular hole. Fractographic analysis figures out the failure mechanism of tested specimens by correlating their mechanical properties. SEM micrographs and data analysis reveal that axial splits and local delamination effectively blunt the stress concentration around the hole resulting in higher OHT strength and less notch sensitiveness towards tensile strength.