阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数,研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响.通过SEM观察了铝合金表面Al2O3多孔膜和层板断面形貌,分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响.结果表明,阳极氧化电压为20 V时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大,在20 min时出现最大值,继续延长阳极氧化时间,层板强度随之下降;阳极氧化时间为20 min时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大,在20V时出现最大值,继续增大电压,强度随之下降.     

碳纤维拉伸强度的离散性分析

纤维的力学性能受到纤维缺陷、晶粒大小等多种因素的影响.本文以Weibull理论为基础,对碳纤维的拉伸强度进行了概率统计分析,探讨了纤维拉伸强度与纤维单丝长度、纤维单丝直径之间的关系.     

模具对热固性树脂基复合材料固化变形的影响

热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中,由于模具的约束作用,导致构件内部产生残余应力,进而引起工件回弹变形和翘曲变形.综述和分析了影响残余应力和变形产生的各种模具因素,包括模具热传导性能、模具线膨胀系数、模具表面处理、模具角半径和模具的结构形式.     

高性能热塑性复合材料平板的厚度控制方法研究

模压工艺作为一种非热压罐成型工艺,具有设备能耗低、加工周期短、工艺窗口易控制、产品尺寸精度高等优点,是高性能热塑性复合材料低成本成型工艺未来的发展方向。根据模压工艺的基本流程,从模具设计、预浸料铺放和工艺窗口优化等方面研究了热塑性平板厚度的控制方法。考虑上述几方面因素,制造了CF/PPS平板,并利用测量工具对热塑性平板的厚度均匀性进行了检测。结果表明,制造的CF/PPS平板厚度均匀性控制在±5.7%以内,尺寸精度较高。研究成果将为热塑性平板的设计与制造提供技术支撑,也为模压工艺在高性能热塑性复合材料上的应用奠定基础。     

层合板连接结构挤压强度测试方法的研究

利用单钉单剪层合板连接结构挤压性能测试方法和单钉双剪层合板连接结构挤压性能测试方法 (ASTM D 5961A/B),对T700/5429开孔层合板螺栓连接结构的挤压性能进行试验研究,分析不同测试方法对开孔层合板连接结构挤压性能的影响。研究表明:两种试验方法中层合板连接构件均在连接孔处出现有效的挤压破坏形式,但单剪连接试验的稳定性差,影响因素较多,试验数据的离散性较大,且测得的连接结构的极限挤压强度和偏移挤压强度均低于双剪试验的结果。因此,双剪试验方法更适合用于复合材料层合板连接结构设计中挤压许用值的测量。     

基于微波透射法的硅橡胶老化检测试验分析

针对复合绝缘子伞裙及护套老化问题，提出基于微波透射法的硅橡胶材料老化检测方法。开展了硅橡胶人工加速老化试验，搭建了微波无损检测试验平台进行硅橡胶微波无损检测试验，分析了不同老化程度硅橡胶透射系数S₂₁的变化规律，并通过数值仿真揭示了微波透射法检测硅橡胶老化状态的机理。结果表明：硅橡胶老化后，由于介电特性的改变，透射系数S₂₁的幅值会发生改变，通过ΔS₂₁的大小可表征硅橡胶的老化程度。该研究对复合绝缘子老化状态检测具有重要意义。     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料叠层的面内变形行为

为了充分了解热隔膜成型过程中预浸料的变形行为，通过偏轴拉伸测试探索了热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料在高温条件下的面内变形机制。研究参数包括试验温度、拉伸速率、预热时间和铺层顺序等。利用数字图像相关技术，在测试过程中监测单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形和纤维的旋转情况。结果表明，提高试验温度或降低拉伸速率均有利于促进单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形。铺层顺序对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层的变形行为有很大影响，[45/–45/90]_S铺层方式比 [45/90/–45]_S铺层方式更有利于纤维旋转，且[45/–45/90]_S铺层方式变形阻力更小。采用铰链连接网(Pin-joined net, PJN) 理论对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层变形过程中纤维角度变化进行预测并与实验结果进行对比，结果表明，用PJN理论预测的纤维旋转角度值与测试值存在较大偏差，说明其并不适用于预测热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料变形过程中纤维角的变化。同时，80℃预加热可以提高单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形阻力。      

基于三维载荷传递机制的单向复合材料纵向拉伸的多尺度模型

首先建立了单向复合材料代表性体积单元(RVE)载荷传递的三维有限元模型,阐述了载荷传递系数和载荷传递无效长度的计算方法。其次,基于单丝拉伸强度Weibull分布,引入Monte-Carlo概率随机数,建立了渐进损伤分析和强度预报的解析模型。再次,测量了东丽T700S和T800H以及国产GCT700和GCT800等四种碳纤维单丝拉伸强度,并通过拟合得到Weibull函数,作为力学模型输入;为验证模型有效性,用热压罐成型工艺制造了与碳纤维分别对应的四种单向复合材料,并测量其纵向拉伸强度。最后,模拟了单向复合材料纵向拉伸渐进损伤过程,并对四种碳纤维增强复合材料强度的预报值和实验值进行了对比分析,表明该多尺度力学模型能较为准确地预报单向复合材料损伤过程和拉伸强度。     

基于弹塑性剪滞理论的单丝复合材料段裂过程的蒙特卡罗模拟

单丝复合材料段裂试验(SFCFT)中,随着外载荷的增加,纤维出现了随机脆断的现象,并在一定的载荷下纤维的段裂数达到"饱和"状态(即纤维段裂数目不再增加),该试验常用于表征纤维与基体间界面性能。针对该试验,本文中充分考虑了组分材料的真实性能(即基体材料的弹塑性性能),利用弹塑性剪滞理论进行纤维与基体间的应力传递分析,初步获得较真实的纤维轴向应力及界面剪应力分布形式;在此基础上,考虑纤维强度分布的非均匀性,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对试验中纤维的随机段裂过程进行了模拟预报,获得载荷与纤维的段裂数的关系。模拟预报与试验结果比较吻合,表明该应力分析及模拟方法的有效性。     

复合材料结构固化温度场精化模拟

以往的复合材料固化过程模拟,大多只是在简单外部条件下,或者针对厚尺寸复合材料构件进行的厚度方向的温度场模拟,而与实际复合材料的固化过程有一定的偏差。本文在考虑辅助材料、模具以及罐内强迫对流换热现象的情况下,建立了复合材料热压罐工艺固化温度场的精化模拟方法。在此基础上,针对常用航空复合材料结构以及材料体系,进行了相应的固化温度场模拟,并对结果进行了分析。