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2009年  第26卷  第01期

铝合金板厚度对硼纤维/环氧复合材料单面修复效果的影响
2009, 26(01): 1-6.
摘要:
采用单向硼纤维/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复不同厚度含中心裂纹铝合金板,测试了修复试件的热学及准静态力学性能,并采用三维有限元模型分析了修复试件的残余热应变和应力强度因子。结果表明:修复试件的弯曲挠度随铝合金板厚度增大而减小;修复试件铝合金板下表面裂纹尖端附近的残余热应变随铝合金板厚度增大而增大,补片上表面的残余热应变则随铝合金板厚度增大而减小,这与有限元分析结果吻合较好。含中心裂纹铝合金板的应力强度因子随铝合金板厚度增大而减小,而单面修复试件的应力强度因子随铝合金板厚度增大而增大。采用相同长度和宽度的单向硼纤维/环氧复合材料补片单面修复后,铝合金板厚度为1. 76 mm修复试件的承载能力保留率为 93. 85 %,而厚度为 10. 20 mm修复试件的只有 84. 01 %;修复试件的刚度得到了完全恢复,等效刚度均大于完好试件的刚度。
B4C改性酚醛树脂粘接SiC陶瓷的高温性能
2009, 26(01): 7-12.
摘要:
以酚醛树脂为基体,B4C为改性填料制备出高温粘结剂,并对 SiC陶瓷进行粘接。对粘接样品热处理之后测试各试样的室温剪切强度。结果表明,700 ~800℃ 热处理后,胶层剪切强度超过 20 MPa。利用扫描电镜以及能谱仪研究粘接试样的断面形貌及其结构特征 , 并借助裂解色谱/质谱联用仪研究了酚醛树脂及B4C改性酚醛树脂 750℃ 裂解的主要挥发分。研究表明,B4C与CO等挥发分之间的改性反应可以有效地改善粘结胶层高温下的结构致密性、稳定性。反应产物B 2O 3高温熔融,具有良好的润湿/粘附性,可在一定程度上愈合、修补树脂热解产生的收缩缺陷;B2O3与树脂基体活性部位形成化学键合,提高了树脂基体的高温稳定性和结合强度,从而实现高温下的良好粘接。
一种耐高温加成固化型酚醛树脂作为复合材料基体的评价
2009, 26(01): 13-18.
摘要:
制备了烯丙基化程度可达 173%的烯丙基酚醛树脂(AN173),并与双马来酰亚胺(BMI)以 1 ∶1 的质量比进行共聚,制备了双马改性的烯丙基酚醛树脂(BMAN173) 。研究了该树脂工艺性,确定了其固化制度,考察了该树脂石英布复合材料层合板的耐热性和力学性能。实验结果表明,BMAN173 树脂具有良好的工艺性,适合于RTM、模压成型等多种成型工艺。BMAN173树脂固化物表现出良好的耐热性,其储能模量起始下降温度约为390℃, 起始热分解温度超过430℃。与传统酚醛树脂相比,该树脂的复合材料的高温力学性能优异,350℃弯曲强度和层间剪切强度保留率分别约为57%和62%;复合材料具有优异的热性能,其储能模量起始下降温度约为410℃,玻璃化转变温度超过了450℃。BMAN173树脂是耐高温复合材料的理想候选基体树脂。
金属氧化物对PLLA降解性能的影响
2009, 26(01): 19-23.
摘要:
将分别添加微量金属氧化物CaO、MgO、ZnO 的生物可降解聚酯聚乳酸(PLLA)薄膜放入陕西当地土壤的提取液中进行微生物兹化反应,以研究薄膜中金属氧化物对PLLA降解性能的影响,并通过红外光谱中官能团吸收强度的变化,表征了其降解前后的化学结构。研究结果表明:添加金属氧化物的PLLA在陕西当地土壤的提取液中能够降解,添加微量的 CaO、MgO加快了PLLA的降解速度,而添加ZnO对PLLA 的降解没有太大影响。用显微镜对降解前后膜的观察发现:纯 PLLA 薄膜降解后的膜表面变得明显粗糙,有显著的微生物侵蚀痕迹;而添加微量金属氧化物的薄膜中,由于均匀分散金属氧化物的存在,导致降解后膜表面出现了更大的缺陷和侵蚀痕迹。
羟基磷灰石/聚己内酯-壳聚糖复合材料的制备与表征
2009, 26(01): 24-30.
摘要:
为提高复合材料的力学性能和生物活性以聚己内酯(PCL) 、壳聚糖(CS) 、羟基磷灰石(HA)为原料,用Hakke流变仪挤出成型制备了不同 HA含量的HA/ PCL-CS复合材料,并对其进行了拉伸性能的测试,考察了复合材料浸渍于模拟体液(SBF)中的生物活性及其在生理盐水中的降解性能,用X射线衍射(XRD) 、傅里叶变换红外光谱(FTIR) 、扫描电镜(SEM) 、接触角测试仪对材料进行了表征。结果表明:复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随 HA含量的增加而降低,而杨氏模量随 HA含量的增加而升高;亲水性能随着HA含量的增加而提高; HA/PCL-CS复合材料在模拟体液(SBF)中浸渍 14d后,在表面形成一层弱结晶的碳磷灰石(CHA)覆盖层 , 显示出良好的生物活性; PCL 的分子量随着降解时间的延长而降低,溶液pH值和质量损失率却增大,浸渍28d后,溶液pH值达到9. 54,失重率达到5.86%,显示出良好的生物可降解性。
PET-MFIAA/ PP原位成纤复合材料的形态结构及力学性能
2009, 26(01): 31-35.
摘要:
用钉挂预埋多功能界面活化剂(MFIAA)的PET(PET-MFIAA)与PP共混 - 挤出 - 拉伸,制备了PET-MFIAA/PP原位成纤复合材料,采用扫描电镜、偏光显微镜观察和力学性能测定的方法,研究了PET-MFIAA/PP的PET微纤形态、试样断面形态及力学性能,并与PET/PP、MFIAA/PET/PP两种原位成纤复合材料进行对比。结果表明: PET-MFIAA/PP PET微纤与PP基体间具有强的相互作用,PET微纤呈粗细不均匀、凹凸不平的异形形态及柔性界面等结构特征,形成了强的界面结合,其刚性、韧性均比纯 PP明显提高,含7.00% MFIAA的PET-MFIAA/PP复合材料的拉伸屈服应力、弯曲弹性模量和悬臂梁缺口冲击强度分别达到了纯PP的1.04倍、1.23倍和1.79倍。
粒子填充聚合物基复合材料导热性能的数值模拟
2009, 26(01): 36-42.
摘要:
根据电镜照片中观察的微观结构信息,基于两套新设计的算法建立了代表体积元(RVE)模型,基于此模型研究了粒子填充聚合物基复合材料的导热性能与微观结构的关系。通过对电镜照片的处理得到两个参数即稀疏区比重和稀疏区半径,建立了与实际体系相符的具有非均匀粒子分布结构的 RVE模型。制备了氧化铝/高温硫化硅橡胶导热复合材料,并测试了不同填充量下体系的热导率,用以验证模型的有效性。采用有限元方法求解RVE模型得到的热导率预测值与实验值进行对比,结果表明:填料用量在宽范围内预测结果与实验值均吻合很好; 与均匀分布或随机分布相比,存在稀疏区和富集区的非均匀分布的体系具有更高的热导率,这种差异在高填充量下当颗粒间形成导热网链时更为显著;在相同填充量下,不同的粒子空间分布结构可使体系热导率差别很大,是影响体系热导率的关键因素。
亚麻落麻纤维增强可降解复合材料的拉伸强度预测
2009, 26(01): 43-47.
摘要:
采用非织造结合热压成型工艺制备了亚麻落麻纤维增强聚乳酸(PLA)基可降解复合材料(亚麻落麻/PLA),研究了纤维体积分数对材料拉伸强度的影响,并利用 Kelly-Tyson拉伸强度预测模型及相关修正理论,提出了非连续植物纤维增强可降解复合材料(D-NFRBC)强度预测模型,该模型考虑了纤维长度、取向角、直径、强度概率分布及材料界面剪切强度与材料中纤维临界长度、纤维极限拉伸强度三者间制约关系对复合材料强度的影响。结果表明;亚麻落麻/PLA拉伸强度在纤维体积分数为39.6%时达到最大,应用本文建立的强度预测模型所得亚麻落麻/PLA拉伸强度预测值与实验值吻合良好。
表面修饰纳米SiO2增强增韧聚氯乙烯
2009, 26(01): 48-53.
摘要:
用过量的2 , 4-甲苯二异氰酸酯(TDI)对纳米SiO2表面进行修饰合成含—NCO 的功能化SiO2,再用丙烯酸羟丙酯(HPA)对其表面进行修饰合成出HPA修饰纳米SiO2(SiO2-HPA)。用共混法制备了SiO2-HPA/PVC纳米复合材料,研究了不同 SiO2含量及不同界面特性时复合材料的力学性能。结果表明: SiO2-HPA/PVC复合材料的力学性能和加工性能等方面均优于未修饰的样品。在纳米SiO2质量分数为0%~5%时,SiO2-HPA/PVC的拉伸强度和冲击强度随着填充量的增加呈先上升后下降的趋势并在3%~4%达到最大值。表面修饰纳米SiO2与PVC基体之间具有很强的界面结合作用,其相容性得到大大改善,填充表面修饰纳米SiO2达到了增强增韧双重效果。此外,对纳米粒子增强增韧机制进行了深入的探讨。
三维编织超高分子量聚乙烯纤维-碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料摩擦磨损性能
2009, 26(01): 54-58.
摘要:
以超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)-碳纤维(CF)三维混杂编织体为增强体,环氧树脂(ER)为基体,通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织混杂复合材料,研究了其摩擦磨损性能了,并采用混合正压力模型对摩擦系数进行了预测。结果表明,在纤维总体积含量一定的情况下,随着CF体积含量的增加,复合材料的摩擦系数增大,而其比磨损率降低。UH3D/ER复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,CF3D/ER复合材料则以磨粒磨损为主,混杂复合材料的磨损机制主要取决于CF与UHMWPE纤维的相对含量 ,通过调节UHMWPE纤维和CF的体积比例可实现对复合材料摩擦磨损性能的有效调控。采用的计算模型可较好地预测UH3D/ER的摩擦系数。
一种用于锂离子电池的无机复合隔膜
2009, 26(01): 59-64.
摘要:
为了替代传统的聚烯烃微孔膜,对用于锂离子电池的Al2O3/SiO2/PAN (聚丙烯腈)复合隔膜进行了研究。复合膜具有高度多孔性和良好液体电解液湿润性。由于高的毛细吸附作用,通过吸附液态电解液,膜极易传导锂离子。膜中Al2O3/SiO2的两性特征,将电解液中的酸性HF(氟化氢)消耗掉,而HF作为现在锂离子电池所用电解液中的杂质是不可避免的。复合膜作为隔膜制备的碳/正极材料锂离子电池不仅具有优良的容量保持性、高温安全性,也显示出良好的倍率放电性和耐过充电保护性能。
热压釜成型复合材料波纹梁工艺工时估算
2009, 26(01): 65-73.
摘要:
成本估算是目前复合材料领域开发研究的关键问题之一,而工艺工时估算又是制造成本估算的核心。本文中建立复合材料制造工艺工时估算模型,以热压釜成型复合材料波纹梁为研究对象进行理论分析和实验研究,给出此估算模型中估算变量和方程参数的确定方法并应用最小二乘法将所得数据进行拟合,其结果与实验结果基本一致。介绍了估算模型中参数随制件曲度变化的修正方法,为实现不同结构设计的工时估算提供指导。
反应等离子喷涂TiC/ Fe-Ni复合涂层及其耐冲蚀性能
2009, 26(01): 74-79.
摘要:
以TiFe粉、Ni粉和蔗糖(碳的前驱体)为原料,通过蔗糖的热分解碳化制备Ti-Fe-Ni-C系反应热喷涂复合粉末,并利用等离子喷涂制备了TiC/Fe-Ni复合涂层。复合涂层主要由TiC颗粒均匀分布于(Fe、Ni)固溶体中形成的复合强化片层构成,片层中TiC颗粒呈球形或近球形,粒度为亚微米级和纳米级。TiC/Fe-Ni复合涂层的耐冲蚀磨损性能研究表明:涂层冲蚀失重率随攻角的增大而增加,表现出脆性材料冲蚀特性,但冲蚀失重率对攻角不敏感,涂层具有较好的塑性与硬度的配合;复合涂层的耐冲蚀磨损性能优于相同工艺条件下制备的Cr2C3/Ni-Cr复合涂层,约为20G钢的2倍以上。
电场激活燃烧合成( TiB2)PNi/Ni3Al/ Ni功能梯度材料
2009, 26(01): 80-85.
摘要:
采用电场激活压力辅助合成技术(FAPAS)制备了(TiB2)PNi/(TiB2)PNi3Al/Ni3Al/Ni梯度材料,主要研究电场激活燃烧合成过程中电场对材料合成及层界面扩散连接的作用。分析了梯度材料各层的界面微观组织及相组成和材料的硬度分布。结果表明,采用FAPAS 技术结合机械合金化工艺制备的(TiB2)PNi/(TiB2)PNi3Al/Ni3Al/Ni 功能梯度材料具有快速、简便和组织均匀密实的特点。梯度材料的陶瓷复合层、Ni3Al层和Ni板的界面区产生成分的互扩散,形成了良好的冶金结合。从Ni板到陶瓷复合层的硬度呈梯度分布。
新型锌基复合粉体的制备及其电化学性能
2009, 26(01): 86-90.
摘要:
利用超声浸渍技术在10g·L-1Ce (NO3)3溶液中成功制得含有铈化合物的锌基复合粉,探讨了铈化合物在锌粉基体上的形成机制,并研究了锌基复合粉中铈化合物对锌电极的循环放电性能的影响。通过扫描电镜(SEM) 、能谱分析(EDS) 、X射线光电子能谱(XPS)和充放电循环测试对锌基复合粉进行表征与性能分析。结果表明:由Ce (OH)3/Ce (OH)4和Ce2O3/CeO2组成的铈化合物以颗粒形式良好地分散在锌粉基体上,用这种锌基复合粉作为模拟锌银电池的负极材料 , 其锌电极的容量衰减得到明显抑制,放电容量和循环寿命得到显著提高,尤其是其锌电极在50周期的放电容量仍可达到 231.4mAh·g-1,表明在锌粉基体上形成的铈化合物可以改善锌电极的电化学性能。
碳纳米管增韧超细Ti(C, N)基金属陶瓷
2009, 26(01): 91-95.
摘要:
Ti(C,N)基金属陶瓷的低韧性限制了其广泛应用于切削刀具领域。为探究碳纳米管对超细Ti(C,N)基金属陶瓷断裂韧性的影响,采用化学镀工艺在碳纳米管表面镀Ni,采用粉末冶金法真空烧结制备了不同碳纳米管含量的超细Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了不同含量镀镍和未镀镍的碳纳米管对Ti(C,N)金属陶瓷组织和断裂韧性的影响。扫描电镜照片表明 , 添加CNTs后,组织中出现无芯晶粒及微孔洞。压痕法测试断裂韧性的结果表明,纳米管的加入使超细Ti(C,N)金属陶瓷的断裂韧性提高 29. 4 %~62. 7 % , 碳纳米管增韧机制为裂纹偏转和桥接增韧、无芯晶粒增韧及微孔洞增韧。此外,随着碳纳米管含量的增加,超细CNTs/Ti(C,N)金属陶瓷复合材料的相对密度和硬度均有轻微下降。添加镀镍和未镀镍碳纳米管对超细Ti(C,N)金属陶瓷都具有很好的增韧作用。
掺杂纳米CeO2对ZrO2-Y2O3热障涂层隔热性能的影响
2009, 26(01): 96-102.
摘要:
以纳米ZrO2-8 wt%Y2O3(YSZ)和在纳米ZrO2-8wt%Y2O3中分别掺杂25wt%和50wt%纳米CeO2团聚处理后作为隔热层材料,NiCrAlY(Ni-25Cr-5Al-0.5Y,wt %)作为粘结层材料,用等离子喷涂(APS)方法在GH30高温合金表面制备三种材料体系的热障涂层(TBC) 。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对掺杂了25wt%纳米CeO2涂层的微观组织结构进行分析研究,测定了三种材料涂层在室温和 300、500、700℃时的热导率,并在相同边界条件下测试了它们的隔热性能。结果表明:掺杂纳米CeO2涂层组成相为稳定的t相(t-ZrO2、t-Zr0.82Y0.18O1.91、t-Zr0.82Ce0.18O2)和c相(c-CeO2) , 涂层中存在闭合的孔隙和微裂纹;掺杂纳米CeO2能够降低涂层的热导率,并且隔热性能随CeO2含量的增加而提高。对于 400μm厚的CeO2/ZrO2-Y2O3涂层(CYZ , 掺杂25wt%CeO2)对基体产生的温降比纳米YSZ涂层提高了10.7%,当CeO2的含量从25wt%提高到50wt%时,隔热性能也提高了7.1%。
ZrO2-C-ZrB2复合材料的氧化动力学
2009, 26(01): 103-107.
摘要:
通过差热-热重分析研究了ZrB2含量为10 %的ZrO2-C-ZrB2复合材料在800~1100℃下空气中的氧化动力学,根据气固相反应原理建立氧化动力学模型,计算反应表观活化能,并得到氧化速率与温度的经验关系式。结果表明,试样在 800℃时的氧化过程仅有化学反应控速阶段与化学反应和气体扩散共同作用的混合控速阶段。900~1100℃的氧化过程为前期是化学反应控速阶段,中期为混合控速阶段,后期为扩散控速阶段。三个阶段的表观活化能分别为111.7、71.5和166.0kJ·mol-1 。材料等温氧化的质量变化规律表明在900℃~1100℃内的氧化属于保护型氧化。
先驱体转化法制备 2D C/SiC-ZrB2复合材料及其性能
2009, 26(01): 108-112.
摘要:
针对高超音速飞行器、可重复使用运载器和下一代火箭发动机等超高温使用环境的工况要求,提出在2D C/SiC复合材料体系中引入耐超高温相ZrB2。采用先驱体转化法制备了不同ZrB2含量的2D C/SiC-ZrB 2新型复合材料,考察了ZrB2含量对材料力学性能、微观结构和抗烧蚀性能的影响。结果表明,材料的力学性能(弯曲强度和弯曲模量)随着材料中ZrB2含量的增加有一定的下降,材料的抗烧蚀性能明显提高。其中含ZrB2体积分数为19.4%的试样弯曲强度达到242.6MPa,弯曲模量为37.1GPa;经氧乙炔焰烧蚀考核90 s后,试样表面温度达到2329℃,线烧蚀率为0.015 mm/s,质量烧蚀率为 0.005g/s。
C/C复合材料飞机刹车盘的三维温度场
2009, 26(01): 113-117.
摘要:
针对C/C复合材料飞机(B757)刹车盘制动过程中温度测量过程复杂和温度场难于表征的问题,采用有限元方法结合惯性台实验对其温度场进行了分析研究。根据刹车盘制动原理和传热原理,确定了温度场有限元分析中的载荷、边界条件和加载过程。通过仿真后处理形象地描述了制动过程中刹车盘温度场的变化,直观地表现了温度场分布状态。结果表明;在正常着陆的能量条件下中间静盘处测温点在46s时达到最高温度659℃;承压盘和压紧盘的测温点则在48.5s时达到最高温度,整个过程各点温度先升高后降低,中间静盘的热负荷最大,温升最快,承压盘次之,压紧盘最小。对比实验测量与仿真结果,两者吻合较好,证实温度场的有效性。
Nd∶YAG激光辐照碳纤维复合材料的质量烧蚀
2009, 26(01): 118-122.
摘要:
 通过实验研究了连续Nd:YAG激光辐照下碳纤维环氧树脂复合材料的质量烧蚀规律。结果表明:当激光功率密度大于 10 kW/cm2 时,材料烧蚀质量与激光辐照能量成正比关系;在同样激光辐照能量下,半径为0.65mm的激光辐照引起的复合材料的质量烧蚀率比半径为5.5mm的激光辐照的结果大一倍;激光功率在燃烧阈值附近时,燃烧现象引起质量烧蚀率的波动。
多维非经典热传导问题的时间-空间多尺度高阶均匀化分析
2009, 26(01): 123-133.
摘要:
采用一种时间-空间多尺度高阶渐近均匀化分析方法,模拟了热冲击载荷条件下多维微尺度多相周期性结构中的非经典热传导问题。通过引入放大空间尺度和缩小时间尺度,在不同时间尺度上获得由空间非均匀性引起的波动效应和非局部效应。根据高阶均匀化理论在空间和时间上进行均匀化,消去缩小时间尺度,确定各阶等效均匀化热传导系数的关系并对该系数进行数值求解,获得了多维非傅里叶热传导高阶非局部温度场控制方程。进而对二维周期性多相材料中的非傅里叶热传导问题进行分析,结果证明了本文中所提出的多维非傅里叶热传导高阶非局部模型的正确性与有效性。
热压工艺热-化学-应力三维数值模型及有限元分析
2009, 26(01): 134-139.
摘要:
建立了复合材料热压工艺的三维热-化学-应力耦合数学模型。该模型考虑了整个工艺周期过程中的热-化学应变、材料的黏弹性效应、各向异性及玻璃化转变温度与固化度的关系。其中热-化学模型可采用完全耦合的形式求解,而应力模型则可采用单向耦合的形式求解。对AS4/3501-6层合平板的热压工艺过程用有限元方法进行了数值模拟,得到的层合板翘曲度与实验结果相符。计算结果表明,层合板厚度减小或长度增大,都会使翘曲变形增大,而工艺压强对翘曲变形影响很小。层合板的翘曲变形随着模具与层合板热膨胀系数差距的变小而减小。
 
旋转压电复合圆柱的弹性分析
2009, 26(01): 140-145.
摘要:
针对由各向同性弹性核和压电层组成的两层复合圆柱的旋转问题,给出了弹性力学解。先从压电层的静电平衡方程出发,得到含一个待定常数的电位移形式解,并由此分别给出弹性核和压电层的位移通解,然后利用力学和电学边界条件以及界面处的连续条件确定出所有各层中引入的待定常数,最终得到原问题的解。数值结果表明:当压电层的内外表面均接地时,压电层中的径向应力幅值随弹性核材料的杨氏模量增大而增大,而环向应力则正好相反。弹性核材料的泊松比及外加在压电层内外表面上的电势对旋转两层复合圆柱内的应力响应均有显著的影响。
伪弹性合金内衬复合材料压力容器的强度分析
2009, 26(01): 146-149.
摘要:
具有伪弹性合金内衬的纤维缠绕复合材料压力容器的承载能力很大程度上取决于内衬的伪弹性特性,合理地设计合金的伪弹性范围,可使容器具有最佳的承载能力。根据伪弹性合金的相变理论和复合材料弹性力学,并结合强度理论,给出了具有伪弹性合金内衬的复合材料压力容器的强度分析方法以及承载能力的确定方法。研究结果表明:伪弹性合金内衬改变了复合材料压力容器的受力状态,将铝合金的内衬主宰变成了外壳主宰,使复合材料的功能可以得到更充分地发挥; 同时可以确保内衬工作在线弹性范围内,卸载时也不会发生受压屈曲现象。所以,具有伪弹性合金内衬的复合材料压力容器能够增加极限承载能力,延长内衬的工作寿命。
三维五向编织复合材料的力学性能分析Ⅰ:细观结构模型
2009, 26(01): 150-155.
摘要:
通过观察CCD显微摄像仪获取的三维五向编织复合材料的截面图像,分析了纱线的排列规律及其截面形状的变化,建立了三维实体单胞模型,该模型合理地反映了纱线的交织状态和截面形状。基于该模型建立了编织工艺参数之间的几何关系。将预制件的外型尺寸和体积含量的计算值与实测值进行比较,吻合较好,为材料进一步的有限元分析奠定了基础。
复合材料T型整体化结构固化翘曲变形模拟
2009, 26(01): 156-161.
摘要:
针对复合材料T型整体化结构固化成型的工艺过程,分析了结构经固化而导致翘曲变形的原因;建立了整体化结构翘曲变形预测的理论模型及分析方法; 运用有限单元法计算了T型结构件的内部温度和固化度的分布,以及由于内部化学反应放热、固化引起的体积收缩和材料各个方向热膨胀系数的不一致而导致的结构翘曲变形量,同时考虑了树脂在固化过程中材料参数随着固化度的变化而变化;并研究了翘曲变形与T型结构件尺寸之间的关系。研究表明,选择合适的角材高度、宽度以及倒角半径可以有效地降低结构的翘曲变形。
点阵材料夹芯简支梁在冲击载荷下的动力响应
2009, 26(01): 162-167.
摘要:
首先给出了两端可移点阵材料夹芯简支梁受到均布冲击载荷时的刚塑性动力响应分析,然后将理论预测的夹芯梁中点的最大挠度和结构响应时间与有限元结果进行了比较,理论预测结果与有限元计算结果一致性较好。通过与质量和材料相同的单层实心梁进行对比分析,证实了点阵材料夹芯简支梁具有很好的抗冲击性能。通过对四棱锥夹芯简支梁进行拓扑构型设计,发现两端可移夹芯简支梁的最大挠度和结构响应时间对芯层的相对密度和相对厚度、面板与杆元的夹角十分敏感。随着夹芯梁所承受的单位面积冲量增大 , 夹芯梁中点的挠度增大。通过对由应变率敏感的304不锈钢制成的四棱锥桁架夹芯梁进行精细有限元分析,发现当考虑应变率效应时,梁的最大挠度小于不考虑应变率时的最大挠度。
含孔复合材料层合板孔边的应力集中
2009, 26(01): 168-173.
摘要:
针对含孔有限宽复合材料层合板的应力集中问题,提出一种计算孔边应力分布及应力集中因子的方法:先利用经典层板理论,将复合材料层合板化归为各向异性板;再将各向异性板等效转换为一偏轴拉伸的单向纤维层板;最后利用含孔偏轴单向板的孔边应力计算公式来分析一般铺层层合板孔边应力集中情况。根据所推导的计算公式,分析讨论了板宽/孔径比、铺层比例、铺层方式、材料性能参数等因素对孔边应力集中的影响。
热固性复合材料固化过程三维有限元模拟和变形预测
2009, 26(01): 174-178.
摘要:
分析了复合材料热固化过程中各种复杂的物理化学变化之间的相互影响,在此基础上建立了复合材料固化过程数值模拟和固化变形预测的三维有限元分析模型。采用整体-子模块方法将固化过程分为热-化学、流动-压实和应力-变形三个相对独立的子模块。热-化学模块的控制方程基于Fourier 热传导方程和树脂固化动力学方程建立,解决了温度和固化度之间的强耦合问题。流动-压实模块的控制方程基于Darcy定律和有效应力原理建立,反映了树脂流动和纤维网络紧密压实之间的流固耦合关系。应力-变形模块建立了考虑热载荷和固化收缩载荷时复合材料层合板的有限元方程。各模块之间的相互作用通过它们之间的数据交换来实现,以树脂在固化过程中的凝胶点和玻璃化转化点为判断依据确定是否运行各模块及其子程序。典型结构的计算结果与实验对比验证了本文三维有限元模型的有效性。
热固性树脂基复合材料固化变形影响因素分析
2009, 26(01): 179-184.
摘要:
采用整体-子模块化方法建立了描述复合材料固化全过程的三维有限元模型。以L 形层合板为例,分析了固化工艺、结构设计和模具等因素对固化变形的影响方式和程度。数值模拟结果表明:升温速率和对流换热系数通过改变峰值温度影响回弹角,固化压力通过改变树脂分布和含量影响回弹角;铺层方向引起的结构力学性能的变化是回弹角差异较大的主要原因,厚度对固化变形的影响需考虑其对峰值温度和结构刚度变化两方面因素的综合影响,拐角半径的变化对固化变形的影响较小;模具形式通过改变树脂分布梯度和模具对结构的作用力位置影响回弹角,模具材料和形式的选择对于固化变形控制具有重要意义。
湿热环境下考虑累积失效和分层损伤AGS结构的稳定性
2009, 26(01): 185-189.
摘要:
对湿热环境下考虑累积失效和分层损伤的先进复合材料格栅加筋结构(AGS)的稳定性进行了数值分析。基于一阶剪切理论和Von Karman非线性变形假设建立了含分层损伤复合材料 A GS结构的有限元模型,并推导了考虑温度和湿度效应的AGS结构有限元列式,同时给出了材料破坏准则。通过典型算例讨论了湿热环境、累积失效及分层损伤等因素对复合材料AGS结构稳定性的影响,数值结果表明当上述因素导致结构的屈曲模式发生突变时,其对 A GS结构稳定性能的影响是不容忽视的。
三点弯曲试验弯剪耦合效应分析及测试结果修正方法
2009, 26(01): 190-195.
摘要:
三点弯曲试验中存在着弯剪耦合效应,通过引入弯剪耦合系数,利用Tsai-Hill强度准则建立弯剪耦合方程,定量分析了弯剪耦合作用,提出了复合材料三点弯曲试验结果修正方法。研究表明:弯剪耦合效应会对复合材料三点弯曲试验结果产生比较大的影响。在弯剪耦合效应作用下,弯曲强度测试误差随弯剪强度比的增大而增大,剪切强度的测试误差随弯剪强度比的增大而减小。当弯剪耦合系数一定时,由耦合引起的测试误差的大小取决于梁的跨高比与材料的弯剪强度比的比值。对试验结果修正后,增加了不同跨高比下的三点弯曲试验结果的可比性,反映了材料的固有属性。
利用频率指纹检测复合材料层合结构的脱层损伤
2009, 26(01): 196-199.
摘要:
在复合材料固化之前,将一定尺寸的聚酰亚胺薄膜插入复合材料结构中模拟复合材料的脱层损伤。采用自由振动方法测定含有损伤和无损伤复合材料悬臂梁的前三阶固有频率,应用频率指纹对复合材料脱层损伤进行识别。识别结果表明,利用结构的频率数据可以构造出一些仅与损伤位置有关,而与结构损伤程度无关的频率指纹。利用这样一些频率指纹可以进行结构损伤的定位。该方法简单可行,为复合材料结构损伤的无损检测提供了一条有效途径。
碳湿敏元件非线性感湿特性的影响因素
2009, 26(01): 200-204.
摘要:
研究了不同配比导电炭黑和羟乙基纤维素(HEC)感湿胶制备的碳湿敏元件的感湿特性,探讨了山梨醇增湿剂对感湿非线性特性的影响。对碳湿敏元件的体积电阻率、湿敏特性和复阻抗谱的测试结果表明,炭黑含量和山梨醇含量对非线性感湿特性有很大影响,2%炭黑试样在80%湿度附近开始出现电阻的非线性增大;适量山梨醇使试样的非线性湿度响应移向较低湿度区。试样的复阻抗谱在54%湿度时为1个带拖尾的半圆弧,80%湿度时变为带拖尾的2个半圆弧,更高湿度时是拖尾拉长变形明显的2个半圆弧,表明其等效电路是由包括体电阻、炭黑粒界电阻和电极接触电阻三个阻容并联体的串联组成。半圆弧数目随湿度增加的现象,与感湿膜中水分子增加使不同极化机制的作用变得更加明显有关。