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2009年  第26卷  第5期

甲基丙烯酸缩水甘油酯改善木塑复合材料性能
2009, 26(5): 1-7.
摘要:
选用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为偶联剂,探索了对杨木/塑料复合材料的力学性能和耐久性的改善;并利用SEM和FTIR分析了GMA加入苯乙烯单体(St)前后,高聚物与木材的界面复合效果与反应机制。SEM和FTIR的分析结果表明:GMA借助其自身的环氧基团,实现了与木材细胞壁上羟基的化学键合,且通过自身的双键实现了与单体St的共聚合,最终使高聚物与木材细胞壁较充分地实现了化学键联;高聚物以立体交联的形式填充于细胞腔中,与细胞壁紧密接触,无明显缝隙,复合效果良好。综合性能测试结果表明:GMA的加入,使改性木塑复合材料的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)、顺纹抗压强度和硬度较未改性前分别提高45%、52%、71%和141%;尺寸稳定性较未改性前提高3倍;耐腐性较未改性前提高8.56倍。
热固性预浸料凝胶特性的固体扭转测试方法
2009, 26(5): 8-13.
摘要:
采用固体扭转法研究了一种玻璃纤维织物/环氧预浸料和2种碳纤维织物/环氧预浸料的流变特性,为测定凝胶点和研究凝胶化过程提供了一种可行的表征方法。在此基础上考察了试样尺寸和纤维织物结构对预浸料凝胶特性的影响。结果表明:试样宽度对测试结果基本没有影响,而试样厚度增加会引起预浸料动态模量的降低,凝胶点不易判定;纤维织物结构对预浸料凝胶点有很大影响,说明预浸料流变特性反映的是树脂流变特性与纤维网络可变形性综合作用的结果。
变厚度复合材料热压罐工艺层板厚度控制的实验研究
2009, 26(5): 14-19.
摘要:
针对2种碳纤维织物/环氧预浸料,采用热压罐工艺在不同条件下制备了变厚度层板,并通过层板内部形貌、层板厚度、纤维含量、吸胶量、织物渗透率的测试分析,研究了变厚度层板的密实过程和纤维分布的影响因素。结果表明:密实过程中树脂的二维流动导致2种织物变厚度层板厚板区的纤维含量高于薄板区;G0827单向织物的面内渗透率与厚度方向渗透率比值大于G0803缎纹织物,造成G0827织物变厚度层板的纤维分布不均匀性更大;无吸胶材料的条件下层板内纤维分布均匀,说明吸胶材料内树脂的面内流动对层板的纤维分布有很大影响。
BMI-QC130双马树脂拉挤工艺
2009, 26(5): 20-26.
摘要:
为了研究分析双马树脂的拉挤工艺特性和工艺参数,采用差示扫描量热法(DSC)研究了BMI-QC130双马树脂的固化反应动力学,建立了该BMI树脂的固化度预测模型,通过该预测模型得到的固化度预测值与试验值较为吻合,采用双Arrhenius方程建立了该BMI树脂的黏度预测模型,该黏度预测模型在温度低于120℃范围内具有很高的预测精度。根据所建立的固化度预测模型和黏度预测模型确定了BMI-QC130双马树脂的拉挤工艺参数为:胶槽恒温95℃,拉挤模具温度控制在200℃,出模后经过温度为280℃的烘道进行后固化。在此工艺条件下,成功地连续拉挤出碳纤维增强BMI-QC130复合材料样品。
三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性
2009, 26(5): 27-32.
摘要:
将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。
苯乙烯原位聚合改性氢氧化镁/聚丙烯复合材料的流变特性
2009, 26(5): 33-38.
摘要:
采用乙烯基硅烷在纳米氢氧化镁(MH)表面引入乙烯基后与苯乙烯进行原位聚合,制备了苯乙烯原位聚合改性氢氧化镁 (MMH)。将改性前后的MH分别与聚丙烯(PP)熔融复合制备了不同的MH/PP复合材料,采用扫描电镜和毛细管流变仪研究了复合材料的形态结构和流变特性。结果表明:MH/PP复合材料为剪切变稀的非牛顿流体,其表观黏度、非牛顿指数大于PP。随着填充量的增加,MH/PP复合材料表观黏度增大,非牛顿指数总体上也表现出增大的趋势。低的填充量降低了PP的黏流活化能,随着MH填充量的增加,复合材料的黏流活化能明显增大。然而,MH的苯乙烯原位聚合改性显著改善了复合材料的分散性,改性后MH的“滚珠”效应明显降低了复合材料的表观黏度,非牛顿指数和黏流活化能也比 PP熔体的小,且黏流活化能随改性MH填充量的增加而进一步减小。
炭黑分散状态对炭黑/环氧树脂导电复合材料电阻率和力电性能的影响
2009, 26(5): 39-46.
摘要:
通过实验研究了搅拌时间和炭黑表面改性对炭黑/环氧树脂导电复合材料电阻率和力电性能的影响。实验结果表明,随着搅拌时间的延长,炭黑在环氧树脂中的分散性提高,炭黑在环氧树脂中形成的一些导电链被破坏,从而导致复合材料的电阻率提高,电阻率变异系数减小及同批试件的电阻随应变的变化率趋于一致。但进一步延长搅拌时间并不能提高分散性,炭黑仍是以较大聚附体的形式存在。炭黑经偶联剂表面改性后,在环氧树脂中的分散性得到进一步的提高。改性后炭黑以小的聚附体甚至单颗粒的形式分散于环氧中,从而减小了复合材料中分布于炭黑颗粒间环氧树脂间隙的宽度,使复合材料的电阻率和电阻随应变的变化率减小。
短纤维增强发泡橡胶复合材料高低温拉伸性能
2009, 26(5): 47-53.
摘要:
为开发新型耐高温和耐低温材料提供理论依据,对同一发泡率、不同纤维体积分数和同一纤维体积分数、不同发泡率的锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料(以下简称 SFRFRC)在213~398 K温度下的拉伸性能进行测试。结果表明:常温下,增大短纤维体积分数和减小发泡率均能提高材料的拉伸性能;在不同温度下,短纤维增强发泡橡胶复合材料的初始模量、断裂强度均随着温度的升高而减小,而断裂伸长率随着温度的升高先增大后减小,玻璃化转变温度在213~233 K之间。同时,短纤维的添加虽未改变SFRFRC的玻璃化转变温度,但使玻璃化转变温度范围变宽。温度为398 K时,SFRFRC的初始模量、断裂强度、断裂伸长率均达到最低值,这与橡胶的硫化温度有关,橡胶的硫化温度为423 K,越接近硫化温度,SFRFRC的拉伸性能就越差。
UHMWPE/PA1010塑料合金的制备及性能
2009, 26(5): 54-59.
摘要:
采用共辐照接枝法合成UHMWPE-g-AA接枝共聚物;采用共混技术制备UHMWPE/PA1010合金。以UHMWPE-g-AA接枝共聚物作为UHMWPE/PA1010合金增容剂。由于PA1010与UHMWPE-g-AA有较强的相互作用,UHMWPE/PA1010合金的冲击强度和断裂伸长率提高,韧性得到改善;同时,这种相互作用限制了A1010的结晶,使PA1010中正常的结晶含量减少,结晶温度升高。SEM结果表明,增容作用使基体与分散相间界面张力减小,粘结性增强,从而使分散相的粒子尺寸减小,分布更加均匀,拉伸断面显示明显的牵拉现象。共混体系的摩擦系数与纯PA1010相比明显降低,摩擦时在 PA1010表面形成完整UHMWPE的润滑膜,使磨耗量减小,摩擦系数降低。
可生物降解纳米羟基磷灰石/聚酯型弹性体复合材料的制备及性能
2009, 26(5): 60-67.
摘要:
通过熔融缩聚法制备了纳米羟基磷灰石(n-HA)/聚1,2-丙二醇-癸二酸-柠檬酸酯(1,2-PPSC) 生物弹性体复合材料。用红外光谱(FTIR)和固体核磁共振光谱(13C NMR) 对复合材料的化学结构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜 (TEM)对n-HA的形态及其在基体中的分散性进行表征。结果表明,n-HA与癸二酸没有发生化学反应,n-HA与1,2-PPSC基体无明显化学键生成,n-HA均匀分散在1,2-PPSC基体中。动态力学性能(DMA) 的测试结果表明,n-HA与1,2-PPSC基体之间生成了良好的界面结合。差示扫描量热(DSC)分析和DMA的测试结果表明,n-HA/1,2-PPSC复合材料玻璃化转变温度(Tg)随着n-HA质量分数的增加而降低,这是由于n-HA影响了聚合物酯化反应的进行,导致化学交联密度降低。n-HA的加入提高了复合材料的亲水性,降低了复合材料的吸水率,减缓了复合材料的降解速率。复合材料的力学性能与基体相比有明显的提高,当n-HA质量分数为20%时,复合材料的弹性模量提高11.4倍,拉伸强度提高8.2倍,且断裂伸长率基本不变。
表面改性对Cf/HA-PMMA混杂生物复合材料的结构及性能的影响
2009, 26(5): 68-73.
摘要:
采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维(Cf) 增强纳米羟基磷灰石(HA)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料。重点研究了短切碳纤维和纳米HA粒子表面改性前后对Cf/HA-PMMA复合材料微观结构和力学性能的影响。采用XRD、FTIR、XPS和SEM等对纳米HA粒子、碳纤维和复合材料的组成结构及断面的微观形貌等进行测试和表征,使用万能材料试验机测试其弯曲、压缩性能。结果表明:经表面氧化的碳纤维和用卵磷脂改性后的纳米HA与PMMA基体的界面结合性明显得到改善;采用卵磷脂表面改性后的纳米HA及表面预氧化后的碳纤维制备的Cf/HA-PMMA复合材料的弯曲性能得到显著提高,与采用未表面改性纳米HA和未表面氧化碳纤维所制备的Cf/HA-PMMA复合材料相比,弯曲、压缩强度和弹性模量分别提高1.6倍、2倍和4.3倍。
固化阶段环氧树脂表面能及其极性变化的表征
2009, 26(5): 74-79.
摘要:
采用座滴、吊片等间接表面能测试方法,表征分析了固化阶段2种典型环氧树脂体系的表面能变化规律,并对座滴法测得的总表面能极性、色散分量进行了深入研究。结果表明:2种方法测得的环氧618-咪唑体系和环氧5224体系的总表面能随固化时间延长均呈下降趋势,座滴法测得的树脂表面能高于吊片法;座滴法结果表明2种环氧树脂体系表面能极性分量均随时间延长而降低;红外分析表明,环氧618-咪唑体系表面能的极性分量的降低是由于羟基及环氧官能团的减少。
弯曲载荷下碳纤维/双马复合材料湿热特性实验研究
2009, 26(5): 80-85.
摘要:
研究了碳纤维/双马复合材料单向层板在三点弯曲载荷作用下70℃水浸的湿热特性,测试分析了层板的吸湿量、玻璃化转变温度、弯曲性能及其破坏模式随湿热时间的变化,通过对比研究弯曲载荷作用和无外载荷条件下层板湿热性能的差异,探讨了应力对复合材料湿热行为的作用规律。结果表明:弯曲载荷作用下试样整体的吸湿规律、剩余弯曲性能等方面与未加载情况相比没有显著差异,但弯曲加载试样吸湿饱和前相同吸湿率时玻璃化转变温度下降更多;弯曲加载试样受压应力部分吸湿速度小于受拉应力部分,同时弯曲断口的扫描电镜照片显示,与未加载情况相比弯曲加载试样受拉应力部分树脂与纤维粘结较弱,说明应力会对复合材料湿热性能产生影响,并且不同方向应力的作用规律不同。
气液相聚合制备蒙脱土/聚吡咯的结构特征及其导电性能
2009, 26(5): 86-92.
摘要:
以FeCl3为氧化剂,与钠基蒙脱土(MMT)以不同比例进行离子交换后所得悬浮液与吡咯(Py)单体进行气液相聚合,制备出蒙脱土/聚吡咯(MMT/PPy)复合材料。XRD、FTIR和SEM分析表明,Py单体在MMT的片层间发生了聚合反应,MMT的层间距随PPy含量增加不断变大。MMT/PPy复合材料呈现出 MMT和PPy的红外特征吸收峰,但某些吸收峰出现蓝移。SEM 观察显示MMT/PPy呈片状形态特征。当其中的MMT去除后,PPy仍为片状结构,与纯 PPy的球粒形貌不同。电导率测试表明,MMT/PPy复合材料的电导率随PPy含量增加而提高,至40.9 wt% PPy含量时,MMT/PPy的电导率已达到PPy 的电导率水平(10-1S/cm),含54.3 wt% PPy的MMT/PPy电导率甚至略高于PPy。
钠基蒙脱土的有机改性及其表征
2009, 26(5): 93-99.
摘要:
为了改善蒙脱土的层间结构,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)对钠基蒙脱土进行有机插层改性,并且考察了有机阳离子种类、反应温度、pH值及有机阳离子加入量对插层效果的影响。使用X射线衍射仪 (XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)对样品进行了系统的分析。结果表明,OTAC插层效果比CTAB好,适宜的改性温度为80℃,在一定的范围内,pH的减小有利于插层,有机阳离子加入量为2倍于阳离子交换容量(CEC)时插层效果最理想。在此条件下,成功制备了有序高层间距纳米有机蒙脱土,晶面间距达到4.12 nm,甚至有部分片层剥离。
表面改性处理对气相生长碳纤维的微观结构影响
2009, 26(5): 100-104.
摘要:
为了使气相生长碳纤维(VGCF)能更好地作为高分子基体的增强材料,采用双氧水和硝酸(H2O2和HNO3)二步处理法、硅烷偶联剂处理法及H2O2和HNO3处理后再用硅烷偶联剂处理的联用改性法分别对VGCF进行表面改性处理,研究表面改性对VGCF微观结构的影响。利用AFM、FTIR、TG和XRD比较分析了改性处理对VGCF的表面微观结构、官能团、热稳定性和晶格等的影响。结果表明:3种处理方法对VGCF晶格无明显影响;H2O2和HNO3二步处理法能在纤维表面接枝羧基等含氧基团;硅烷偶联剂处理法能使纤维表面接枝硅氧烷低聚物;H2O2和HNO3处理后再用硅烷偶联剂处理联用改性VGCF,能使其表面接枝上更多的硅氧烷低聚物,有利于提高VGCF与高分子材料的亲和性。
三维针刺C/SiC复合材料显微结构演变分析
2009, 26(5): 105-111.
摘要:
以三维针刺碳毡作为预制体,采用树脂浸渍-热解工艺制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渍法(Reactive melt infiltration,RMI)对C/C多孔体分别浸渗Si和Si-Mo合金制备C/SiC复合材料。首先研究了C/C多孔体制备过程中的显微结构演变。结果表明,浸渍过程中树脂主要填充在纤维束内小孔隙中,热解后裂纹增多,生成网格状C/C亚结构单元;高温热处理使C/C复合材料裂纹进一步扩展,石墨化度提高,束内闭气孔打开,从而为RMI渗Si提供通道。然后对C/C多孔体分别渗Si和Si-Mo合金所得材料的物相组成和显微结构进行对比分析。发现纯Si浸渗得到的复合材料残余Si较多,束内纤维受损严重;而浸渗Si-Mo合金可以减少残余Si含量,束内纤维受损轻微,仍保持着完整的C/C亚结构单元。
C/SiC复合材料的定量红外热波无损检测
2009, 26(5): 112-119.
摘要:
在C/SiC复合材料板上钻直径和深度不同的盲孔,模拟材料表面下的孔洞缺陷。利用红外热波检测技术对C/SiC缺陷试样盲孔缺陷的孔径和深度做定量检测,并与X射线照相及CT检测结果相比较。结果表明:红外热波检测适合C/SiC复合材料内部缺陷的检测,可同时定量检测C/SiC复合材料中缺陷的大小和深度,并能弥补X射线照相及CT检测的不足。缺陷直径测量误差随着缺陷孔径的增大而减小,随着缺陷深度的增加而增大;缺陷深度测量误差随着缺陷孔径的增大而减小,但在一定范围内随着缺陷深度的增加而减小。红外热波检测C/SiC复合材料孔洞缺陷存在定量测量的下限。
疲劳氧化环境中3D SiCf/SiC复合材料损伤演变
2009, 26(5): 120-126.
摘要:
研究了疲劳氧化环境中3D SiCf/SiC复合材料损伤演变,并对该环境中SiCf/SiC复合材料的失效机制进行了分析。结果表明,疲劳氧化环境中3D SiCf/SiC复合材料的损伤主要为:基体开裂;热解碳界面相脱粘、氧化及取向性排列;纤维断裂、氧化及其结构的改变。这些损伤使氧化性气体通过基体开裂形成的裂纹不断氧化复合材料内部;界面相脱粘和取向性排列使纤维更容易拔出;纤维的氧化、纤维中无定形碳的增多以及SiC晶粒的长大导致纤维强度降低。
先驱体转化法制备SiCO陶瓷粉体的氧化性能
2009, 26(5): 127-131.
摘要:
以先驱体转化法制备的SiCO陶瓷粉体为原材料,采用热重法研究了粉体在干燥空气中的氧化性能。采用液态聚碳硅烷裂解制备的SiCO 陶瓷粉体平均粒径为7μm,氧化处理温度分别为:900℃、950℃、1000℃、1050℃,氧化时间均为4 h。结果表明:液态聚碳硅烷裂解制备的SiC1. 12O0. 12陶瓷粉体在1173~1373 K、干燥空气中,氧化增重表现为典型的2阶段变化规律:900℃ 下的前80 min至1050℃下的前20 min时间内,材料氧化表现为快速增重趋势;随后较长的氧化时间里,材料内部气孔的氧化由于封孔而停止,氧化反应主要由扩散控制,样品增重不太明显。经计算SiCO陶瓷粉体的氧化活化能为121 kJ/mol,并在此基础上推导了热重法与厚度测量法获得的2种氧化速率常数的转变公式。
陶瓷基复合材料界面结合强影响断裂过程的有限元研究
2009, 26(5): 132-136.
摘要:
提出了纤维增强复合材料断裂有限元模型,该模型既用弹簧单元考虑了基体与纤维之间的分离,又用接触单元考虑了基体与纤维之间的摩擦,较真实地模拟了纤维增强复合材料的断裂过程。通过有限元计算,预测了基体与纤维之间的界面结合强度对整个复合材料断裂模式的影响。还对强弱两种不同基体弹性模量的材料进行进一步的探讨。对比其他文献 , 本文中预测结果与真实情况较为吻合。结果表明,对于纤维增强复合材料,不论是强基体还是弱基体,适中的界面结合强度有助于提高其韧性及整体抗拉强度。
 
热压制备硅酸铝纤维/TCP生物FGM的微观结构与性能
2009, 26(5): 137-142.
摘要:
采用热压工艺制备了硅酸铝纤维/TCP生物功能梯度材料(FGM)。采用X射线衍射分析、扫描电镜、EDAX线扫描能谱分析、密度分析及洛氏硬度分析对FGM进行了研究,结果表明:纤维含量分布呈轴向对称梯度变化。FGM整体完好,无破损或裂纹出现。FGM在宏观上呈现较模糊的梯度分布,微观上则表现出成分的连续变化。TCP基体与纤维结合紧密。FGM中TCP与硅酸铝纤维及热压模之间均未发生化学反应生成杂质化合物,HA至TCP的相变是因为羟基磷灰石的分解产生。随纤维含量增加,FGM各梯度层的断裂形式由脆性断裂逐渐转变为韧性断裂,且韧性程度随纤维含量增加而增强。各梯度层硬度和相对密度随纤维含量的增加而提高,且在纤维含量为60 vol%时达到最高,分别为92.7 MPa和86.5%。
凹凸棒土吸附相变储能复合材料制备及其热物理性能表征
2009, 26(5): 143-147.
摘要:
基于凹凸棒土对有机物的良好吸附性能,以凹凸棒土为吸附介质、石蜡为吸附对象,制备有机/无机复合相变材料。由于有机相变材料被吸附到微孔中,使其相变在固定的空间内进行,从而避免了材料在液相状态下的流动和渗漏问题。试验结果显示,坡缕石占80%的凹凸棒土吸附石蜡的最优质量比为2∶1。DSC的测试显示,复合相变材料的焓变值与凹凸棒土和石蜡的吸附比例相关,凹凸棒土中坡缕石的含量越高,凹凸棒土的吸附能力就越强,复合相变材料的焓变值也就越大。温度循环试验的结果显示,复合相变材料具有良好的储(放)热性能,在环境温度上升和下降的过程中,能够储存和释放热量,这不仅增加了环境温度的惰性,也使能量能够在不同的时间和空间进行迁移,从而达到一定的节能效果。
热压罐成型工艺所用框架式模具的变形分析
2009, 26(5): 148-152.
摘要:
模具在使用过程中的变形会影响到复合材料制件的固化变形,为了控制复合材料制件的成型质量,就要了解框架式模具在热压罐固化成型工艺过程中的变形情况。建立了模具变形的数值模拟预报方法,将计算结果与实际模具测量结果进行对比,本文中所提供的有限元分析计算模型可对实际情况进行较为精确的模拟。考察了平板型框架式模具在整个固化工艺过程中的变形情况,数值计算结果表明:型面翘曲变形量与模具温度的分布有关,而与模具温度的大小无关;模具翘曲变形量的峰值出现在降温阶段的中间时刻,且该变形量能够保持一段时间;最大变形时刻整个模具型面与进入热压罐前相比中心位置的变形最大,周边位置的变形最小。
含不同形状分层缺陷蜂窝夹层板的压缩性能
2009, 26(5): 153-158.
摘要:
对含面板/夹芯界面中央分层缺陷复合材料蜂窝夹层板的压缩性能进行了试验研究和理论分析,考察了一种圆形分层和2种矩形分层缺陷对其压缩强度的影响,并采用子层局部屈曲模型对压缩强度进行了计算。结果表明:无缺陷夹层板表现为总体失稳破坏,而对于含分层缺陷的夹层板,则视分层形状及其大小的不同而表现出不同的破坏机制。对于矩形缺陷的长边与载荷方向垂直的夹层板,一般情况下面板子层局部屈曲对夹层板的最终破坏不起控制作用;对于矩形缺陷的长边与载荷方向平行的夹层板,表现为总体失稳破坏。压缩破坏过程中,面板子层屈曲起控制作用的夹层板,子层局部屈曲模型能够比较精确地预测其压缩强度。
三维复合材料层合板渐进损伤非线性分析模型
2009, 26(5): 159-166.
摘要:
为有效反映复合材料层合板层间相互作用和材料损伤非线性,建立了中等尺度的三维复合材料层合板渐进损伤分析模型。非线性渐进损伤分析过程包括应力求解、材料损伤失效判据及材料性能退化方案3个方面。讨论了损伤材料性能退化方案,引入与材料损伤模式相对应的损伤变量表征材料点的损伤状态,材料的刚度矩阵按损伤变量退化。基于该模型可成功预测复合材料层合板损伤起始、扩展直至最终失效的整个过程和极限强度。经文献试验数据验证,12种不同铺层顺序层合板的计算强度与试验数据均吻合较好,表明该模型在复合材料层合板极限强度预测上的有效性。
12 vol%SiCP/2024Al基复合材料热挤压过程有限元模拟与分析
2009, 26(5): 167-172.
摘要:
基于MSC.Marc软件平台,建立了含SiCP体积分数为12%的SiCP/2024Al复合材料热挤压轴对称刚-塑性热力耦合有限元分析模型。利用该模型对复合材料的热挤压过程进行模拟,分析了热挤压过程中的载荷-行程曲线和材料流动状态,讨论了模具温度及挤压速度对挤压载荷的影响。模拟结果表明,该坯料在挤压比为30∶1、挤压温度为400~450℃、挤压速度为0.1~1.0 mm/s、挤压载荷为4.0 ×106~5.0 ×106N之间能够顺利挤出表面无缺陷的复合材料棒材。最后通过在 700 t水压机上采用相同工艺挤出高质量的复合材料棒材验证该工艺的可行性。
管道修复用管状非织造布复合材料的结构设计
2009, 26(5): 173-177.
摘要:
基于修复大管径管道对管状非织造布复合材料强度与厚度的要求,对管状非织造布复合材料的结构进行了设计。通过在非织造布中加筋增强了其强度;加筋非织造布设计块数在2块和2块以上,形成管状非织造布复合材料在周向接缝等距离设置的结构,这种多接缝的管状非织造布复合材料结构对称,在翻衬时避免单个接缝应力集中现象,从而防止了在接缝处出现开裂;在每块加筋非织造布覆膜时,两侧预留缝合区域,减少了缝合难度,增加了缝合效率,而且降低了缝合处的厚度,使得接缝处更容易膜焊接,保证了整个管状非织造布复合材料的密封性。最后通过实验验证了结构设计的合理性。
管道修复用管状纺织复合材料的力学性能分析
2009, 26(5): 178-185.
摘要:
管状纺织复合材料作内衬管修复受损管道,是通过气压或水压翻转衬于管道中的,在翻衬过程中,由于翻衬压强的作用,管状纺织复合材料要承受复杂的应力与应变。本文中通过有限元方法对管状纺织复合材料翻衬时的应力和应变情况进行了分析,而且有限元模拟值分别与理论值和试验值进行了比较。结果表明:管状纺织复合材料在翻转时,翻转的头端,应力和应变不稳定,有应力集中的情况,因此在翻转头端最容易发生管状纺织复合材料的破裂;在管状纺织复合材料几何参数与组分材料一定的情况下,可通过有限元方法,给出不同翻衬压强值下其可修复管道的管径范围。
Z-pins对层合复合材料非对称分层增韧作用参数分析——Ⅰ型层间韧性
2009, 26(5): 186-192.
摘要:
假设纤维Z-pins的桥联力与嵌入厚度成正比,建立适于非对称分层(分层位于层合板厚度方向上的任意位置)的Z-pin细观力学模型并构造相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含浅部分层采用Z-pins增韧的双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)有限元模型,并在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在分层前缘处的相互嵌入。通过数值算例分析了Z-pins对含非对称分层的DCB试件Ⅰ型层间韧性的增强作用。参数分析表明,当分层位置靠近层合板的表面时,Z-pins的增韧作用明显下降,其较薄分层子层的厚度是决定Z-pins对Ⅰ型层间韧性增强效果的关键参数。
Z-pins对层合复合材料非对称分层增韧作用参数分析——Ⅱ型层间韧性
2009, 26(5): 193-200.
摘要:
利用纤维Z-pins的细观力学模型构造了相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含非对称分层采用Z-pins增韧的端部开口弯曲试件(End notched flexure,ENF)的有限元模型,并在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在端部开口处的相互嵌入。通过数值算例分析了Z-pins对含非对称分层的ENF试件Ⅱ型层间韧性的增强作用。参数分析表明,当分层位置靠近层合板的表面时,Z-pins的增韧作用明显下降,Z-pins对Ⅱ型层间韧性的增强作用主要由2个分层子层中较薄子层决定,但另一分层的厚度也对Ⅱ型层间韧性有一定的影响。