玄武岩纤维增强复合材料板簧设计与制备

以某轻型货车用板簧为研究对象,以玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料代替弹簧钢减轻车辆板簧质量为目的,通过材料优化设计、结构优化设计,确定了复合材料设计方案,利用ANSYS仿真设计软件对复合材料板簧进行了力学性能分析,采用树脂传递模塑(RTM)制备工艺制备了玄武岩增强复合材料板簧。结果表明,优化后的玄武岩纤维增强复合材料板簧静态强度、动态疲劳寿命能够满足设计和使用要求,通过了静载和台架疲劳试验,且质量相对于弹簧钢板簧减重55%。     

高模玻纤单向布在风电叶片上的应用

本文对某兆瓦级叶片进行结构分析,对比了使用E玻纤单向布和高模玻纤单向布对叶片重量、刚度、频率和正应力安全系数的影响。结果表明,在保证叶片刚度基本不变的前提下,使用高模玻纤单向布可以使叶片大梁显著减重,提高安全性。     

复合材料板簧与传动轴的研制

介绍汽车用聚合物基复合材料板簧和传动轴的原材料、成型工艺及性能研究。研制的复合材料板簧的重量是多片钢板簧的1/5,而疲劳寿命远高于多式钢制板簧。研制的混杂复合材料传动轴经强度和疲劳试验证明是合理可行的。     

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.     

树脂基体对玻纤单向复合材料力学性能的影响

采用玻璃纤维增强聚氨酯(PU)树脂与环氧树脂(EP)分别制备了两种单向复合材料,通过动态接触角与纤维拔出法表征了玻纤与树脂的润湿性和界面强度,并研究了单向复合材料静态与动态力学性能。结果表明,与环氧树脂相比,聚氨酯树脂黏度低和表面张力小,与玻纤之间具有更低的动态接触角和更高的界面强度,使得PU/玻纤复合材料具有更优异的静态力学性能;但在动态测试下,与EP/玻纤复合材料相比,PU/玻纤复合材料具有较低的储能模量、较高的损耗模量和玻璃化转变温度。     

探究缝编工艺参数对玻纤复合材料性能的影响

通过设计并制备6种不同编织工艺参数的单轴向玻纤经编织物,探究涤纶丝缝编针距、缝编线粗细旦数、缝编线针脚长度以及缝编方式和纬线的交叉与平行铺纬方式对玻纤复合材料的厚度、纤维质量分数和静态力学性能的影响。研究结果表明：不同编织工艺参数对玻纤复合材料的厚度与纤维质量分数的影响主要取决于单轴向玻纤经编织物中涤纶丝体积分数高低,涤纶丝体积分数高者其玻纤复合材料厚度偏厚,反之偏小,但是对玻纤复合材料静态力学性能影响微乎其微。     

长纤混杂增强复合材料注塑成型的微观结构演化

采用熔体浸渍拉挤工艺(LFT-G)制备长碳纤/玻纤混杂增强聚丙烯(LCF/LGF/PP)复合材料。首先研究了纤维表面处理、微观形貌、界面结合状态对复合材料力学性能的影响,并研究了纤维不同混配比对复合材料力学性能的影响。结果表明,纤维经表面处理,增加了与基体的机械啮合作用,改善了界面结合形貌,提高了复合材料的力学性能。与单一纤维增强复合材料相比,混杂增强纤维更易形成随机取向的三维骨架结构。且碳纤和玻纤混合质量比为2∶1时,其注塑制品获得相对较高的强度、韧性和刚度,同时具有相对较低的成本。     

复合材料点阵结构优化设计

点阵结构能够很好地发挥纤维增强复合材料单向力学强的优势。本文研究了复合材料点阵结构的拓扑优化及尺寸优化方法,以空间机械臂为背景,利用有限元分析软件对空间机械臂杆进行优化。首先,利用拓扑优化进行概念设计,优化出结构中的基本杆件;其次,利用尺寸优化确定各杆件的具体尺寸。最后优化出的十六边形点阵结构,与传统的层合管进行相比,结构减重效果明显,对复合材料点阵结构的设计研究具有一定的参考价值。     

三螺杆挤出玻纤增强PPO复合材料

采用短切玻纤制备纤维增强聚苯醚(PPO)复合材料,研究了三螺杆挤出机的加工工艺对玻璃纤维增强PPO性能的影响。结果表明,加工工艺参数对复合材料的力学性能有一定的影响,适宜的加工工艺能使玻纤和基体本身的优良性能充分表现出来。对比等剪切强度的双螺杆,三螺杆挤出机因中心区拉伸场的存在,进一步促进了玻纤的分布,进而提升了复合材料的性能。     

基于Moldflow的汽车中央控制面板中玻纤取向的分析

采用Moldflow分析软件对某汽车中央控制面板进行注塑工艺优化,得出了最佳的成型工艺条件。借助Filling+Pack模块对玻纤增强聚丙烯(GFRPP)复合材料进行玻纤的取向模拟分析,得出了纤维在制品中的取向规律,预测了制件的拉伸模量和产品的力学性能。     

动车内饰侧顶板三明治结构轻量化研究

为实现对轨道交通车辆实际重量的有效减轻,可从其内饰产品着手,选用新材料、新结构、新工艺同步优化。基于轨道交通行业各项要求,可采用热固性树脂基复合材料代替金属材料来实现轨道交通车辆质量减轻。三明治结构是一种重要的热固性树脂基复合材料结构形式,与实心结构相比,其具有更大的弯曲刚度/质量比。针对动车内饰侧顶板三明治结构的轻量化问题进行了研究,制品采用热压成型工艺,主要原材料为玻璃纤维增强复合材料和泡沫夹芯。对比四种不同材料、工艺所生产制品的重量,分析减重原因,以期为轨道交通车辆轻量化开发提供借鉴。     

长玻璃纤维增强尼龙66力学性能的研究

采用自行研制的熔体浸渍包覆长玻纤装置,制备了长玻纤增强尼龙66(LFT-PA66)复合材料.研究了玻纤用量、预浸料粒料长度和相容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-G-MAH)对长纤维增强尼龙66的拉伸强度和冲击强度的影响.结果表明:长玻纤增强尼龙66的力学性能明显优于短玻纤增强尼龙66(SFT-PA66),相容剂PP-G-MAH的加入增强了界面黏结强度,提高了长玻纤增强尼龙66复合材料的拉伸强度和冲击强度.     

短玻纤填充聚丙烯复合材料的动态黏弹性及剪切流变行为

研究了短玻纤填充聚丙烯(PP)复合材料的剪切流变行为,特别是纤维长度、纤维长度分布、纤维含量等因素对复合材料的黏弹性能的影响。结果表明,复合材料的稳态剪切黏度、储能模量和损耗模量随着玻纤含量的增加、玻纤长度的增加、玻纤长度分布的增加而提高,这与材料中纤维形成的结构松弛时间变长有关。     

长玻纤增强PET复合材料的力学性能研究

采用自制的浸润装置，以PET浸渍长波纤，经切粒后得到长度为6mm的长纤维增强PET预浸料切片，经一定温度热处理，可得到长纤增强PET复合材料。研究了注塑样条中玻纤含量对其力学性能及玻纤长度分布的影响，并采用SEM观察了长玻纤增强PET注塑样条的断面形貌。结果表明，复合材料力学性能随玻璃纤维含量的提高均有不同程度的提高，当玻纤的质量分数在40％～50％时，力学性能基本达到最佳，且由本方法制备的长玻纤增强PET复合材料的力学性能已达到并超过了国外同类产品的水平。     

玻纤增强玻璃复合材料抗弯和抗热震性能研究

采用"三明治"结构法将玻纤与硼硅酸盐玻璃基体复合成为玻纤增强玻璃复合材料,并对其抗弯性能以及抗热震性能进行了测试和分析。结果表明:在纤维体积分数为50%时,复合材料的抗弯强度较高,韧性更好;玻纤增强玻璃复合材料的抗热震性能相较于玻璃有显著地提高。     

在线混炼注塑一步法成型设备及制品性能研究

研究了长玻纤增强聚丙烯复合材料的成型工艺对其各项性能的影响。结果显示:LFT-S在线混炼注塑一步法成型工艺制备的制品,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度达到了135.2MPa、196.6 MPa和34.3 kJ/m~2,相较于传统LFT-G先造粒再注塑成型工艺制备的制品,分别提高了17.8%、20.6%和56.6%。主要原因是在LFT-S工艺制品中,其长玻纤平均保留长度为5~8 mm,远大于玻纤增强复合材料中纤维临界长度(3.0 mm),长玻纤所形成的缠结网络结构能更好地承受各个方向上的应力。此外,通过扫描电子显微镜对断面的分析表明:纤维增强制品在断裂过程中,需要克服纤维与基体间的粘结力,随着大量玻纤从基体树脂中拔出,大量聚丙烯树脂残留在玻纤表面,证明玻纤与聚丙烯基体界面结合力较强。     

多尺度联合仿真在复合材料注塑成型中的应用

纤维增强材料的微观取向及分布结果是影响复合材料注塑制品宏观力学性能的关键因素。然而,结合复合材料注塑制品结构性能的传统模拟分析结果,由于没有分析由注射成型加工所引起的纤维微观取向及分布结果,其分析结果难以为产品结构优化和性能评价提供准确指导。以玻纤增强复合材料注塑成型汽车电子油门踏板为研究对象,采用基于模流分析软件Moldflow、复合材料建模平台Digimat以及结构分析软件Abaqus的多尺度联合仿真技术进行结构性能分析。结果表明,微观层面的纤维取向与分布对制品的宏观性能具有显著影响,在中间肋板与踏板连杆杆体的交汇处增加过渡圆角,能够有效地改善纤维的取向与分布,从而减少应力集中现象。     

三维机织复合材料单胞模型各向异性的有限元分析

使用三维绘图软件Pro/E绘制出三维浅交弯联机织复合材料数字化结构模型,借助大型有限元分析软件ANSYS模拟单胞模型承受不同方向压缩载荷作用下的力学性能。探究在不同方向的压缩载荷作用下复合材料单胞模型的应力分布情况,并借此分析复合材料单胞模型的各向性能;以承受X方向压缩载荷的单胞模型为例,分析复合材料中纤维与树脂的受力情况。结果表明:三维机织复合材料受到压缩载荷时,表现出明显的各向异性,表现为X方向压缩性能最好,Z方向压缩性能最差;纤维作为主要承载体,承担较多载荷作用,树脂作为次要承载体,承担较少载荷作用。     

混杂增强PP/g-PP/GF复合材料的性能研究

目前玻纤增强PP复合材料在电子、汽车领域已得到广泛应用,但其性能仍无法达到AS/玻纤(GF)复合材料水平而应用于制造空调风轮叶片。在前期接枝PP改善聚丙烯(PP)/玻纤(GF)复合材料研究的基础上,引入4种粉末增强材料,研究了增强材料的种类、用量、成核剂等因素对复合材料力学性能、耐热变形温度及熔融指数的影响。结果表明所选用的四种粉末增强材料均能有效的提高复合材料的力学性能,对其他性能的影响不大,其中CaSO4晶须的增强效果最好,当CaSO4晶须与PP的重量比为1∶4时,复合材料的力学性能已完全到达AS/GF复合材料水平。向滑石粉及BaSO4增强体系加入少量成核剂能使复合材料的力学性能进一步提高。该新型混杂增强复合材料有望替代AS/玻纤增强复合材料,应用于制造空调风轮叶片。     

温度和湿热对玻纤复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM)制备了玻纤增强复合材料,测试表征了复合材料在不同温度及湿热环境下的力学性能的变化规律,简单分析了玻纤增强复合材料在不同条件下力学性能变化的原因,结果表明,在-50~150℃范围内,随着温度的升高,玻纤增强复合材料的力学性能呈下降趋势,其下降主要是由树脂的性能变化引起的;长时间的湿热环境也可引起力学性能的降低,这主要是由树脂与纤维的界面受到破坏引起的。温度和湿热对玻纤复合材料力学性能的影响研究为玻纤增强复合材料在工程上的应用提供了技术支撑。