考虑层间和界面的玻璃纤维/环氧复合材料吸湿扩散实验和仿真

为研究复合材料层间和界面对吸湿扩散系数的影响,开展单向玻璃纤维/环氧复合材料和纯环氧树脂的吸湿实验,获取复合材料的三维扩散系数。采用光学显微镜和原子力显微镜分别获取复合材料层间和界面的参数。依据实验结果,建立包含层间和界面的复合材料瞬态扩散与稳态扩散有限元模型。结果表明:复合材料沿纤维方向的扩散系数大于纯树脂的扩散系数,垂直于纤维的两个方向的扩散系数不相等。包含层间的有限元模型能更真实地反映复合材料的结构及其吸湿过程,层间对垂直于纤维方向的扩散起促进作用。纬纱对沿其方向扩散的促进作用明显。为拟合复合材料的三维扩散系数,需要考虑界面扩散性能的正交各向异性。     

复合材料帽型加筋板界面应力与失效模拟

基于内聚力模型,采用界面单元模拟筋条和蒙皮之间的粘接界面,建立了复合材料帽型加筋板结构的有限元模型,探究了复合材料帽型加筋板在四点弯曲载荷作用下的界面应力和脱粘失效问题。结果表明,胶层脱粘是复合材料帽型加筋板的主要失效形式,脱粘失效主要受剪应力的影响,脱粘导致加筋板承载能力下降,加剧了整体结构的损伤。     

夹芯复合材料耐压壳舱段仿真计算及临界环肋高度确定方法研究

本文基于Abaqus有限元仿真软件,针对夹芯复合材料耐压壳舱段有效支撑的临界环肋高度问题进行了计算分析.论文首先结合相关试验结果,对仿真计算方法进行了验证.然后建立了共3个系列15个有限元模型,对在不同腹板铺层方式、不同尺寸的T型截面舱段环肋结构支撑下的夹芯复合材料耐压壳长舱段进行了临界屈曲载荷的计算,并得到以下结论.通过设置环肋可以有效地增加夹芯复合材料耐压壳长舱段的稳定性.当环肋的支撑刚度增加到一定值时,长舱段的屈曲模态会从整体屈曲转变为被环肋边界限制在舱段范围内的的多段的单分段屈曲模态,该环肋高度称为环肋有效支撑的临界环肋高度.环肋有效支撑的临界高度可以通过屈曲载荷随腹板高度的增长趋势图中两段直线的交点位置来确定.当环肋高度大于临界环肋高度时,结构的分段屈曲载荷与环肋的属性关系不大,主要与夹芯圆柱壳自身的尺寸与材料属性有关.经计算,本文所分析的夹芯复合材料耐压壳结构其分段自身屈曲载荷可达7.0MPa.     

夹芯型吸波结构耐老化性能研究

选取紫外辐照、湿热及盐雾等典型海洋环境因素,对设计的夹芯型吸波结构开展加速老化实验,对比考核夹芯型吸波结构与吸波贴片的耐老化性能。结果表明:紫外老化15 d后,夹芯型吸波结构面层Q-GFRP的介电常数降幅最大,导致其有效带宽向高频方向削减达0.41 GHz;盐雾老化30 d后,吸波贴片的氧化锈蚀最严重,致使其吸收峰值和有效带宽较老化前分别下降达-6.59 d B,削减达2.40 GHz;得益于Q-GFRP的保护,夹芯型吸波结构的耐老化性能明显优于吸波贴片,且经加速老化处理后,仍可满足水面舰艇在X波段、Ku波段的雷达隐身需求。     

基于FEKO的夹芯型吸波材料优化研究

基于FEKO仿真软件,构建夹芯型吸波材料的反射率仿真分析模型,研究透波传输层材质及厚度对夹芯型吸波材料吸波性能的影响,进一步设计并制备了兼具良好侵彻性能的夹芯型吸波材料。结果表明:在填充导电炭黑(w=3%)和磁损耗型吸波剂MZ(w=40%)的聚氨酯基吸波芯材表面前置3 mm厚的石英玻璃纤维增强复合材料作透波传输层,可以有效提高吸波芯材的吸波性能;由3 mm Q-GFRP、5 mm PU基吸波芯材、5 mm S-GFRP和3 mm CFRP构成的夹芯型吸波材料的综合性能最佳,拥有11 mm厚的防护材料层,且对7.19 GHz~18.00 GHz频段电磁波的吸收率大于90%。