涤纶纤维增强聚乙烯复合管承压性能模拟

针对纤维增强塑料复合管实物承压性能测试工作量大、成本高以及影响因素不明确等问题,采用有限元模拟分析法研究了复合管生产工艺对承压性能的影响。依据公称直径150 mm、公称压力2.5 MPa涤纶纤维增强塑料复合管的结构及材料特征,采用Halpin-Tsai模型法建立了复合管的有限元模型,研究了纤维铺层数量、纤维缠绕角度以及内衬层壁厚等工艺参数对复合管承压性能的影响。结果表明,采用建立的复合管模型模拟计算的管材爆破压力为11.105 MPa,与实物管材水压爆破值10.75 MPa的相对误差仅为3.302%。增加纤维层的数量、纤维缠绕角度以及内衬层壁厚均可提高复合管的承压性能。综合考虑制造成本和生产效率,分析获得涤纶纤维增强聚乙烯复合管最佳生产工艺参数为纤维铺层数为4层、纤维缠绕角为56°、内衬层最小壁厚为9 mm。     

CFRP/Al复合管的制备及吸能特性研究

纤维/金属超混杂复合管作为吸能结构材料具有良好的应用前景和优势,基于旋压成形工艺制备2/1结构碳纤维复合材料/铝合金(CFRP/Al)复合管,采用无损检测和层间剪切强度试验来表征CFRP/Al复合管的层间结合性能,并且通过准静态压溃试验研究CFRP/Al复合管的吸能特性。研究结果表明,所制备的CFRP/Al复合管层间分层缺陷少,层间结合性能沿管轴向和径向方向分布稳定,平均层间剪切强度可达31.04MPa。准静态轴向压溃下CFRP/Al复合管内铝合金层变形模式为钻石式模式,外铝合金层变形模式为手风琴式模式,中间CFRP层在内外铝合金层和层间界面结合作用下发生渐进式失效,破碎程度充分;CFRP/Al复合管吸收能量比对应单一铝合金管和CFRP管之和提高了35%,具有优异的吸能性能。     

缠绕角对碳纤维增强复合材料输电杆塔力学性能的影响

通过材料的选择和纤维的缠绕方式提高了复合材料输电杆塔的力学性能,利用有限元分析法对玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）杆塔、碳纤维增强GFRP杆塔在标准检验荷载下的受力和变形情况进行对比分析。结果表明,碳纤维的加入可以有效提高复合材料杆塔的刚度,杆塔最大位移相对减小20 %;在此基础上,设计了纱丝螺旋缠绕结合单向布纵向缠绕的线型缠绕方式,计算不同缠绕角度复合材料杆体的等效模量,分析纤维取向对碳纤维增强GFRP输电杆塔力学性能的影响,确定最优纤维缠绕设计角度为纵向缠绕角20 °,螺旋缠绕角50 °~55（°）。     

管束集装箱Ⅳ型储氢瓶筒体CFRP层抗弹冲击数值模拟

利用Abaqus/Explicit有限元仿真软件建立了管束集装箱Ⅳ型储氢瓶筒体碳纤维增强复合材料(CFRP)层子弹冲击模型,重点探讨了当子弹以不同冲击初始速度穿透均衡CFRP储氢瓶筒体时的纤维缠绕角度与筒体CFRP层抗弹冲击性能的变化规律。结果表明:在模拟条件下,当子弹以250～500 m/s的较低速度冲击储氢瓶筒体时,筒体CFRP层抗弹冲击性能伴随纤维缠绕角度的递增呈现先增强后减弱的趋势,在缠绕角度为±45°左右时的筒体CFRP层抗弹冲击性能最好;当子弹以500～850 m/s的较高速度冲击筒体时,筒体CFRP层抗弹冲击性能同纤维缠绕角度的关系不明显。该研究可为管束集装箱Ⅳ型储氢瓶的抗冲击设计及优化提供参考。     

多向GF/CF混杂复合材料拉压力学性能研究

采用工程上常用的铺层角度,设计7组不同的铺层方式,通过拉伸与压缩实验研究了多向玻璃纤维(GF)/碳纤维(CF)混杂复合材料的拉伸和压缩性能,得到了拉伸与压缩过程中力–位移曲线图及相应的破坏形貌。提出了铺层角度混杂比(CF相对体积分数)的概念,研究了不同铺层角度的混杂比对复合材料拉伸和压缩性能的影响。结果表明,多向纤维混杂复合材料的拉伸与压缩性能与总混杂比无明显关系,而与不同铺层角度各自的混杂比有关。其中,0°铺层混杂比对其影响最大,90°铺层混杂比影响最小,±45°铺层混杂比的影响介于两者之间。当0°铺层混杂比为100%时,复合材料的拉伸与压缩性能最高,拉伸破坏表现为一次破坏,破坏时层间分离的程度最低;当0°铺层混杂比低于100%时,复合材料的拉伸破坏表现为二次破坏。复合材料的压缩破坏大多表现为一次破坏,且在破坏时GF的破坏大多表现为"屈曲失稳"的形式,从而减缓了CF的脆性断裂程度。     

纤维包覆对环氧树脂/碳纤维复合材料弯曲性能的影响

采用聚对苯撑苯并噁唑纤维(PBO)长丝缠绕增强碳纤维(CF)束,并通过真空辅助树脂转移成型法制备了环氧树脂/PBO-CF复合材料。采用三点弯曲试验法对包覆纤维增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量进行了测试,并利用扫描电子显微镜观察材料的弯曲破坏模式,研究了包覆纤维对材料压缩破坏过程和界面性能的影响。结果表明,纤维包覆可以提升CF复合材料的弯曲强度,其中单向、双向旋转缠绕方式可分别提高20%、36%;三点弯曲的破坏都是在压缩面产生的,纤维包覆复合材料的破坏过程是由于一束纤维的整体压缩屈曲造成了破坏,而非单根纤维的屈曲破坏;PBO-CF和环氧树脂的界面性能较差,阻碍了长丝缠绕增强纤维束复合材料弯曲性能的进一步提升。     

基于非经典梁理论的复合管道抗弯刚度特性分析

含薄壁内衬的碳纤维增强复合管道的抗弯刚度主要由碳纤维增强层决定,由于单向纤维复合材料多角度铺层引起的复杂耦合效应,复合管道的抗弯刚度难以精确计算。本文根据高压气体输送管道的结构特点和受力特性,基于复合材料力学、弹性力学进行复合管道的抗弯刚度计算,并进行了复合管道有限元模拟,对比分析了理论计算和有限元法在纯弯曲状态下,缠绕角、铺层顺序对复合管道抗弯刚度的影响。     

低成本中温固化湿法缠绕用树脂基体及其国产碳纤维复合材料

针对国产T700碳纤维、中温固化及湿法缠绕的特点,制备了一种适合国产T700碳纤维湿法缠绕用的低成本树脂基体,研究了树脂基体热性能、力学性能、使用期和成本,测试了该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料的力学性能。结果表明:该树脂体系耐热性良好且力学性能优异,适宜中温固化,粘度和使用期满足湿法缠绕工艺要求,成本降低超过65%;该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料力学性能优异,0°拉伸强度为1988.15 MPa,0°压缩强度为821.02 MPa,弯曲强度为1839.94 MPa,剪切强度为89.51 MPa。     

PBO/T700层间混杂复合材料弯曲及压缩性能研究

研究了PBO纤维与T700碳纤维层间混杂复合材料的弯曲性能和压缩性能。利用材料万能试验机研究了混杂复合材料的弯曲强度和弯曲模量、压缩强度和压缩模量随混杂比的变化情况,同时对混杂复合材料的弯曲破坏和压缩破坏模式进行了研究。研究结果表明,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料的弯曲强度从542MPa增大到1120MPa,压缩强度从233.2MPa增大到702MPa;PBO纤维复合材料和T700碳纤维复合材料弯曲和压缩试样的破坏模式分别表现为典型的韧性破坏和脆性破坏,PBO/T700层间混杂复合材料的弯曲和压缩破坏模式随着混杂比增大,逐渐从韧性破坏转变为脆性破坏。     

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。     

雷达波吸收性聚氨酯泡沫塑料的研究

通过对碳纤维、碳纤维/纤维Ⅰ和碳纤维/纤维Ⅱ分别填充的硬质聚氨酯泡沫塑料的吸波性能的研究,探讨了纤维类型、纤维含量、样品厚度的相关变化对塑料样板吸波性能的影响。结果表明,填充碳纤维的硬质聚氨酯泡沫塑料的吸波频带较窄;纤维Ⅰ和纤维Ⅱ分别与碳纤维混杂均可展宽频带;吸波性能随塑料样板厚度的增加而增强,随纤维Ⅱ含量的增加,吸收峰向低频移动,峰值增大。     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性分析及试验研究

首先,本文采用各向异性弹性力学的方法,结合复合材料层合理论,研究了纤维缠绕层合圆管的应力分析和变形分析方法;其次,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度;而后,对纤维缠绕成型的两种尺寸的CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究了CFRP圆管在这两种受力状态下直至破坏的应力-应变关系、极限强度以及材料宏观破坏模式.     

混凝土结构用纤维增强塑料筋的力学性能Ⅰ.实验研究

纤维增强塑料筋的较差延伸性及其脆断的破坏模式是从材料性能上阻碍其替代传统的钢筋而广泛应用于混凝土结构中的一个主要原因.本文以解决这个问题为目标,提出了一种简单的成型方法:即在纤维拉挤芯材的外面按一定角度缠绕一定层数的纤维,制成新的FRP缠绕筋.这种FRP缠绕筋的拉伸性能呈明显的双线性,即应力在通过名义屈服点后,继续按线性规律随应变的增加而增加,直至应变达到极限.极限强度和应变都高于屈服点的应力和应变.本文还考察了纤维缠绕角度和缠绕层数对FRP筋拉伸性能的影响 .     

混凝土结构用纤维增强塑料筋的力学性能Ⅰ.实验研究

纤维增强塑料筋的较差延伸性及其脆断的破坏模式是从材料性能上阻碍其替代传统的钢筋而广泛应用于混凝土结构中的一个主要原因.本文以解决这个问题为目标,提出了一种简单的成型方法:即在纤维拉挤芯材的外面按一定角度缠绕一定层数的纤维,制成新的FRP缠绕筋.这种FRP缠绕筋的拉伸性能呈明显的双线性,即应力在通过名义屈服点后,继续按线性规律随应变的增加而增加,直至应变达到极限.极限强度和应变都高于屈服点的应力和应变.本文还考察了纤维缠绕角度和缠绕层数对FRP筋拉伸性能的影响 .     

车用氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶及其生产工艺

正一种应用于新能源汽车领域中的车用氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶,整个装置由内胆、碳纤维缠绕层组成,内胆瓶嘴处为内螺纹和密封结构,碳纤维缠绕层的铺层次序为8层环向缠绕+6层螺旋缠绕+8层环向缠绕+8层螺旋缠绕+2层环向缠绕;车用氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶的生产工艺是,内胆经冲压拉伸成型,并经数     

Solvay推出新型快速固化树脂系统

正Solvay强势推出新型快速固化热固性树脂系统用于宝马MTRTM 760的M4 GTS碳纤维增强塑料罩。这个新兴树脂系统是通过纤维缠绕等过程制备树脂浸渍碳纤维,制造的树脂浸渍碳纤维具有非常良好的加工性能、快速固化、135°C热失重、优越的韧性和优良的动态加载特性。其树脂优秀的表面光洁度满足甲级漆的涂敷。为了寻找一个有效的碳纤维增强塑料轻量化的解决方案,MTRTM 760纤维缠绕预浸材料应运而生。     

纤维缠绕增强复合管爆破强度试验及理论分析

为了提高涤纶纤维缠绕增强复合管爆破载荷预测的准确性,基于管材特征及缠绕结构特性,以涤纶纤维达到极限强度为失效判据,推导出了爆破载荷理论方程.并开展了复合管水压爆破试验,考虑到HDPE与涤纶纤维非线性力学性能影响,对理论方程进行修正后验证了其准确性.结果表明:修正后理论方程将相对误差降至1.12％,最佳缠绕角度为55.0...     

碳纤维增强珊瑚混凝土抗冲击性能试验研究

为研究纤维增强珊瑚混凝土的抗冲击性能,对0.33、0.40、0.47三种不同水灰比的珊瑚混凝土试件,进行了不同碳纤维掺量条件下的抗冲击试验研究.研究结果表明:由于碳纤维的“桥接”和吸能作用,试件冲击裂缝的产生、发展、形态都发生较大变化,掺加碳纤维可显著提高珊瑚混凝土的抗冲击性能,有效降低珊瑚混凝土的脆性.在一定范围内,随着碳纤维含量的增加,初始裂纹冲击次数和破坏冲击次数呈增加趋势;在一定范围内,水灰比越大,越有利于碳纤维在珊瑚混凝土内部均匀分散,碳纤维的增韧效果更好,延性破坏特征更加明显.     

芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究

采用缠绕法制备了芳纶长丝包覆碳纤维束,利用真空辅助树脂转移成型法制备了包覆碳纤维增强环氧树脂.通过电子万能试验机测试了复合材料的轴向压缩性能,研究了长丝缠绕方式、包覆密度和碳纤维束的数量对试样压缩强度及破坏模式的影响.结果表明,芳纶包覆能够提升碳纤维复合材料的压缩强度,随着芳纶长丝包覆密度的增加,压缩强度逐渐增加;相比...     

芳纶Ⅲ纤维及其混杂碳纤维复合材料的压缩性能研究

对比研究了芳纶Ⅲ纤维复合材料、芳纶Ⅲ纤维/T800碳纤维混杂复合材料、T800碳纤维复合材料单向板压缩性能,以及三种状态下缠绕的150 mm容器轴压性能。结果表明:混杂复合材料压缩强度和模量随混杂比(VCF)的增大而增加,当VCF为28.5%时,混杂复合材料单向板压缩强度比芳纶Ⅲ纤维复合材料提高57%,压缩模量提高20.9%;混杂复合材料150mm容器(VCF=46%)轴压破坏载荷达到138.6 k N,比芳纶Ⅲ纤维复合材料150 mm容器的轴压破坏载荷提高18.5%,但仍为混杂负效应。