HD03环氧树脂粘-温关系研究

为了掌握HD03树脂固化过程中粘度与温度的关系，实现对以该树脂为基体材料的先进复合材料结构制造工艺过程的监测、控制与优化，利用两种粘度测试仪器测定了HD03树脂在不同温度范围内的温度变化，并就贮存时间对树脂粘-温关系的影响进行了试验与讨论，实验结果表明，该种树脂的粘-温关系符合阿累尼乌斯公式，该种树脂的加压点应选择在120～130℃之间，贮存时间对树脂粘-温关系有重要影响。     

超低温介质对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

针对超低温介质液氮和液氧对碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)力学性能的影响进行研究,将T700碳纤维和CFs/EP在液氮和液氧中处理120h,采用X射线光电子能谱(XPS)和SEM分析碳纤维表面元素和表面形貌的变化;并研究液氧和液氮处理后碳纤维和复合材料试样的力学性能。结果表明,在经液氮处理后的碳纤维表面,上浆剂有明显损伤产生,而经液氧处理后的碳纤维表面则没有损伤出现;两种超低温介质处理对碳纤维单丝拉伸强度、表面元素及其含量的影响几乎没有区别;经液氮和液氧超低温介质处理后,CFs/EP拉伸强度均有所下降,且两者下降率接近,分别约为15.26%和14.38%;弯曲强度均有大幅提高,且提高率接近,分别约为56.18%和57.81%。因此,液氧和液氮处理对CFs/EP力学性能的影响基本没有区别。     

电阻法预报CFRP层板疲劳损伤演变过程

通过类比方式,以电阻变化作为复合材料的损伤参数,建立了用电阻损伤参数预报CFRP层板疲劳损伤的数学模型,通过拉-拉疲劳试验,对CFRP层板的疲劳损伤与疲劳寿命预报进行研究,建立了累积损伤中电阻与疲劳损伤状态之间的关系.研究表明,在疲劳损伤过程中,电阻损伤参数的变化同材料的疲劳损伤过程密切相关,电阻损伤规律可分为下降阶段、平稳阶段和破坏阶段;碳纤维材料的电阻变化能够反映纤维的损伤程度和破坏形式,可以作为表征复合材料纤维损伤的有效参数.     

厚截面树脂基复合材料的温度场研究 Ⅰ :模拟

研究了厚截面树脂基复合材料制造过程中的内部温度场发展变化。从含有非线性内热源的瞬态热传导方程出发,建立了用于分析复合材料热传导的有限元公式。以通用有限元软件包为基础,开发了能够模拟复合材料整个制造过程中复杂物理化学变化的软件。并用该软件对两种不同厚度树脂基复合材料的制造过程进行了模拟计算,发现现有的固化一般厚度复合材料的固化历程不适合固化厚截面复合材料。      

一种多层厚微叠层材料再结晶行为的研究

在1050℃的真空条件下,对一种NiCoCrAl/ZrO2-8Y2O3(质量分数,%,下同)(YSZ)多层厚微叠层材料试样分别进行了0.5,2和4h热处理,以研究其再结晶行为。该微叠层材料除了含有金属/陶瓷薄叠层结构外,还包含5层厚度在5~25μm之间的厚金属韧性层。研究表明,在热处理过程中,厚度小于13μm金属层较容易发生再结晶,而且再结晶的晶粒尺寸随着层厚的增加而增加;而厚度超过20μm的金属层则较难发生再结晶。此外,结合对试样中热应力的有限元分析,探讨了金属韧性层厚度对其再结晶行为的影响机理。     

基于导波技术的小口径管网实时检测系统

基于超声导波无损检测技术,发展了一种用于小口径管网实时检测的新型诊断系统。系统包括以压电陶瓷晶片为敏感器件的柔性传感器阵列,导波激励接收硬件子系统及分析软件。柔性传感器阵列能表面贴装于任意尺寸的管线外壁,并可在管线中激励和接收轴对称模态导波。与现有导波激励接收系统不同,诊断系统包含有多通道的信号转换开关矩阵,能实现管网中不同管线检测所需信号通道的快速自动切换。检测实验表明,分析软件能有效辨识大于3%管线横断面积的腐蚀损伤,并能实时检测管线的状态变化,如腐蚀损伤扩展等。诊断系统具有检测效率高,使用灵活的特点,为小口径管网的实时检测提供了有效手段。     

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究Ⅰ:前向响应模型

先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、 航天结构工程中有着广泛的应用前景。本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究。本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型。考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e, 对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进。基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论, 建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式, 应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应, 并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性。该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构 Ⅱ : 逆向重构的研究提供前提条件和理论基础。      

考虑纤维随机分布的复合材料热残余应力分析及其对横向力学性能的影响

建立了考虑纤维随机分布并包含界面的复合材料微观力学数值模型,模拟玻璃纤维/环氧复合材料固化过程中的热残余应力。通过与纤维周期性分布模型的计算结果进行对比,发现纤维分布形式会对复合材料的热残余应力产生重要影响,纤维随机分布情况下的最大热残余应力明显大于纤维周期性分布的情况下。研究了含热残余应力的复合材料在横向拉伸与压缩载荷下的损伤和破坏过程,结果表明:热残余应力的存在显著影响了复合材料的损伤起始位置和扩展路径,削弱了复合材料的横向拉伸和压缩强度。在横向拉伸载荷下,考虑热残余应力后,复合材料的强度有所下降,断裂应变显著降低;在横向压缩载荷下,考虑热残余应力后,复合材料的强度略有下降,但失效应变基本保持不变。由于热残余应力的影响,复合材料的横向拉伸和压缩强度分别下降了10.5%和5.2%。      

基于分布式光纤传感的隔热层脱粘识别研究

基于分布式光纤传感技术提出了应用高密度应变信息识别胶接结构中的脱粘缺陷,且以隔热泡沫胶接铝合金结构作为研究对象,开展了脱粘缺陷识别方法的研究。该文利用布设在金属悬臂梁结构的光纤传感器网络及考虑光纤和隔热泡沫相对位置、应变水平及隔热泡沫脱粘面积等影响因素,对脱粘缺陷的识别效果进行了研究;利用隔热泡沫胶接铝合金悬臂板弯曲试验对结论进行了验证。研究结果表明,埋设于胶接层的分布式光纤传感器对脱粘缺陷较敏感,脱粘前后所采集的高密度应变信息有明显的差异,且应变差值曲线在脱粘部位边界存在明显的振荡现象。因此,利用埋设于胶接结构胶接层的分布式光纤传感器网络能够有效识别布设路径上的脱粘缺陷。     

黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术

对光纤光栅波长变化与应变的关系进行了理论分析,并通过材料试验和等强度梁试验加以验证;研究了光纤光栅的布设工艺,并在黑龙江省呼兰河大桥预应力箱形梁的施工过程中成功地布设了12个光纤光栅应变传感器与3个温度传感器;布设的传感器监测了预应力箱形梁张拉过程的钢筋应变历程,以及箱形梁静载试验的钢筋应变增量与分布;大桥建成后,利用布设的光纤光栅应变和温度传感器对呼兰河大桥进行了阶段性运营监测,监测了车辆荷载下的应变历程和大桥温度变化过程。监测结果表明埋入的光纤光栅可以方便地监测汽车的流量及其可能的疲劳损伤,为桥梁结构的健康诊断提供依据。一年多的考验表明,光纤光栅的稳定性与耐久性满足钢筋混凝土桥梁结构长期健康监测的要求,性能明显优于传统的电阻应变片。