苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料的湿热性能研究

通过模压工艺制备了苎麻纤维织物增强酚醛树脂基复合材料层合板,研究了模压层合板在不同湿热环境下的水吸收与扩散及力学性能。研究表明:在20℃,40℃和60℃三种温度下,相对湿度的上升使层合板瞬时吸湿速率增大很明显,而在50%相对湿度下,温度对层合板的饱和吸水率的影响不大。当吸湿份数在0.5以下时,层合板在50%的相对湿度和20℃,40℃和60℃三种温度下,水扩散系数分别为2.16×10-6cm2/s,2.94×10-6cm2/s和6.61×10-6cm2/s。层合板的力学性能随吸水率的增加而下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,层合板力学性能下降的主要原因是水分破坏了纤维和树脂的界面,同时进入纤维的空隙中,影响了复合材料中的应力传递,使复合材料力学性能下降。     

T700/9916复合材料层合板恒温吸湿行为研究

研究T700/9916碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在湿热环境下的吸湿行为.通过测试CFRP层合板在T=70℃恒温水浴和T=70℃相对湿度为98％,91％和84％的环境下的吸湿性能,获得吸湿曲线.结果表明水浸试样相对质量增量趋于平衡时,其他各组试样的相对质量仍线性增加.使用一维Fick模型对实验结果进行分析,得到材料的理论吸湿数据比实验结果整体偏小.通过实验和有限元模拟相结合的方法计算获得材料的扩散率和溶解度,并对不同条件下的吸湿行为进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,说明通过模拟能够获得材料的长期吸湿动力学曲线和试样内部的水分分布情况.     

树脂基复合材料T300/5405的吸湿性能及湿热环境对力学性能的影响

研究了单向铺层的T300/5405复合材料在六种湿热环境中的吸湿行为,并利用扫描电镜研究了材料吸湿过程中的形貌变化。同时计算了在不同湿热条件下的水分扩散系数。结果表明在较高的温度和湿度下会使水分的扩散速率增加。老化后试样的剪切强度、弯曲强度和压缩强度随着老化时间的延长均有所下降,同时在相同的温度条件下,提高湿度会使材料的力学性能下降更快。     

GFRP 层压板挖补修理后的吸湿行为

对采用不同台阶比率挖补修理的玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板进行了吸湿实验,获得了 各种台阶比率试样的吸湿规律以及损伤行为。通过面内剪切强度测试以及形貌观察,研究分析了导致吸湿试 件强度降低以及层间开裂的主要因素。实验发现:玻璃纤维增强树脂基复合材料的孔隙率是影响层合板吸湿 率和层间开裂的重要影响因素,孔隙率越高,吸湿率越高,但层间开裂倾向却降低;台阶比率对长时间吸湿试件 的强度保持率有较大的影响,恰当选择台阶比率不但有助于提高强度恢复率,还可减小因吸湿而产生的强度降 低幅度;吸湿会导致玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板的面内剪切强度大幅度下降,导致这种结果主要原因 之一是吸湿会严重劣化纤维/ 树脂界面粘结状态。     

复合材料厚板双轴非线性刚度特性分析

基于非线性本构关系与厚板理论,研究了一种采用增量步迭代法对复合材料厚层合板渐进失效过程进行双轴刚度特性分析的方法。以三维Hashin失效准则为单层板失效判据,当层合板中有一层或多层被检测到失效时,对失效层进行刚度折减,并在增量过程中不断更新刚度矩阵。采用有限元软件MSC.Patran自带的编程语言PCL,编写了计算程序。应用该程序分别对不同材料和不同铺层的层合板算例进行非线性刚度计算,给出了不同的铺层和材料组合下层合板在不同载荷比下的应力-应变曲线,展示了层合板渐进失效过程中应力-应变的变化关系,为复合材料厚板失效分析过程中的刚度变化提供理论与计算依据。     

含分层损伤复合材料层合板压缩剩余强度计算

本文针对含分层损伤复合材料层合板,基于三维复合材料累积损伤分析方法,应用了非线性有限元技术,考虑了子层屈曲对层合板剩余强度的影响,提出了一种含初始分层损伤的复合材料层合板压缩剩余强度计算方法。在ANSYS软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,对五块含不同初始分层损伤的复合材料层合板进行了压缩剩余强度计算和结果分析,计算结果与试验结果相比较,吻合良好。     

铺层对复合材料层合板力学性能影响的研究

为了研究不同铺层角和铺层厚度对复合材料层合板力学性能影响,通过转换复合材料刚度矩阵,得到复合材料层合板等效弹性常数,利用Matlab软件将计算复合材料层合板等效为计算等厚度各向异性板,研究不同铺层角对层合板力学性能影响;基于此等效方法,利用Fortran程序计算机翼剖面刚度,研究不同铺层厚度对层合板力学性能影响。结果表明:铺层角对复合材料层合板有较大影响,其中以45°铺层角作为最外层的层合板力学性能最佳,其次为90°和0°铺层角;随铺层厚度增加,机翼剖面的剪切刚度、弯曲刚度和扭转刚度几乎呈线性增大。研究成果为分析与设计飞机复合材料结构提供参考。     

不同冲击能量对层合板损伤及剩余强度的影响

基于三维逐渐损伤理论和全程分析方法,对复合材料层合板在冲击载荷及冲击后静载荷下的损伤过程进行分析,重点研究不同冲击能量对两种不同铺层参数、不同几何尺寸的T300/BMP-316复合材料层合板的损伤产生与扩展过程以及剩余强度的影响规律.结果表明:复合材料层合板存在可使其剩余强度急剧下降的冲击能门槛值.对于T300/BMP-316复合材料层合板而言,其冲击能量的门槛值介于5.0～5.5J之间;在冲击过程中,冲头下落速度具有一定的波动性,且不同铺层参数将影响冲击后复合材料层合板表面的凹痕深度.      

考虑复合材料层合板就地效应的强度理论

为了能准确预测复合材料层合板的失效起始和破坏过程,发展了一种考虑层合板就地效应(In-situ Effect)的强度理论,方法包括就地强度的确定、失效起始判定和材料性能退化。介绍并推导了基于断裂力学假设的就地强度计算方法,将层合板内的铺层分为内嵌厚层、内嵌薄层和外表面层3种类型,不同类型的层分别对应不同的计算方法。建立了一种考虑就地强度的面内失效起始准则,提出了相应的强度分析方法流程。对单向和多向层合板的失效包线进行了预测,计算结果表明发展的强度理论能很好地预测结构的失效起始,充分反映材料从失效起始到最终破坏的试验现象和规律,与传统Hashin准则相比预测精度明显提高。通过对准各向同性层合板失效包线预测发现,在进行层合板强度分析时考虑就地强度能明显提高预测失效起始的准确性和精度,在复合材料结构强度分析过程中考虑层合板的就地效应十分必要。     

单钉机械连接孔边应力及失效分析

采用非线性Gap单元建立了复合材料层合板单钉连接有限元分析模型,并对五种不同铺层比例的层合板进行了计算,同时,还运用Hoffman失效判据对层合板进行了失效分析.根据计算结果分析了铺层比例对孔边应力分布、钉孔接触力分布和孔边失效系数的影响,得出最优铺层比例方案,其结论对复合材料层合板单钉机械连接设计具有一定的工程参考价值.     

混杂纤维复合材料吸湿行为研究

 本文采用80℃水浸的方法,研究了不同类型混杂复合材料层压板的吸湿行为,找到描述混杂复合材料吸湿规律方程。同时,从理论上对混杂复合材料的平衡吸湿量及湿扩散系数进行了分析,建立了数学表达式,理论与实验较好吻合。     

BA9916-Ⅱ/CCF300复合材料加筋板吸湿特性

为研究BA9916-II/CCF300复合材料加筋板的吸湿特性,在70℃/85%RH湿热环境中开展了吸湿实验,提出了基于厚度划分的Fick吸湿模型M_t=∑ni=1v_i[G_iM_(∞i)+M_(0i)(1-G_i)],并采用质量扩散模块进行了吸湿行为的有限元仿真。结果表明:提出的基于厚度划分的Fick吸湿模型能较好地描述该型结构的吸湿行为,具有较高的分析精度;但由于复合材料加筋板在吸湿后期存在阶段吸湿现象,Fick吸湿模型在该结构吸湿行为后期的描述上存在一定偏差;有限元仿真得到的吸湿动力曲线和水浓度分布结果验证了基于厚度划分吸湿模型的合理性,更好地还原了真实的吸湿过程与水分分布情况。     

碳纤维/ 氰酸酯复合材料尺寸稳定性能

对碳纤维/氰酸酯复合材料的吸湿、空间放气、吸湿变形性能进行了研究,并与传统碳纤维/环氧复合材料的性能进行对比。研究表明:氰酸酯基复合材料的吸湿性能优于碳纤维/环氧树脂复合材料,且其各项空间环境性能均与环氧树脂基复合材料相当。     

碳纤维/ 环氧树脂层压板的孔隙问题

总结了国内外关于碳纤维/环氧树脂层压板孔隙的形成机理、检测方法、影响因素及孔隙对复合材料力学性能的影响.结果表明,孔隙对复合材料层合板的强度和疲劳寿命有不利影响,并且孔隙对水的渗透和环境因素非常敏感,孔隙的存在促进了水分的吸收,且吸湿可导致材料强度下降.提出湿热环境下孔隙对复合材料性能影响是未来研究方向之一.     

湿热老化后碳纤维复合材料层间剪切强度实验方法对比研究

通过短梁法和双切口法研究湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响,讨论两者吸湿规律随老化时间的变化关系,并对试件断口形貌进行分析。结果表明:两种试件吸湿规律均符合Fick第二定律,但两者平衡吸湿率和吸湿时间有所差别,双切口法试件的吸湿速率和平衡吸湿率均比短梁法试件高;双切口试件所测层间剪切强度受湿热老化影响比短梁明显,短梁试件每隔500 h层间剪切强度保持率为74.5%,61.0%,53.2%,50.6%,双切口每隔500 h层间剪切强度保持率为60.9%,38.3%,42.6%,33.0%;短梁试件失效模式随着湿热老化时间的增长变化比双切口更为复杂。     

二维编织层压板湿热环境下冲击后压缩性能的实验研究

实验研究了二维编织环氧树脂基玻璃纤维复合材料层压板在室温和湿热条件下的冲击后压缩性能。结果表明,该体系复合材料平衡吸湿量平均达到2.2%。吸湿过程中材料性能发生退化,退化程度与试件厚度有关。材料达到平衡吸湿后,室温环境下的冲击能量平均下降19.2%。摄氏70℃,相对湿度85%环境下,冲击后压缩破坏应力平均下降54.3%。     

Effect of hygrothermal aging on moisture diffusion and tensile behavior of CFRP composite laminates

Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites are widely used in aircraft structures, because of their superior mechanical and lightweight properties. CFRP composites are often exposed to hygrothermal environments in service. Temperature and moisture can affect the material properties of composites. In order to make clear the moisture diffusion behavior and the properties degradation of composites, the TG800/E207 composite laminates with four stacking sequences [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s are designed and manufactured. Moisture absorption tests are carried out at 80 ℃, 90 %RH. It is shown that the moisture absorption curves of composite laminates present a three-stage. A modified Fickian model was proposed to capture the diffusion behavior of TG800/E207 composite laminates. The relationships among the non-Fickian parameters, the environmental parameters and the stacking sequences of CFRP were correlated and compared. Results showed that the modified Fickian curve is sensitive to the diffusivity of Stage I and Stage II. Compared with unaged specimens, the maximum tensile stress for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s decreased by 14.94 %, 28.15 %, 11.96 %, and 26.36 %, respectively. The strains at failure for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s decreased by 55.38 %, 62.65 %, 46.41 %, and 31.71 %, respectively. The elastic modulus for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s increased by 90.93 %, 94.57 %, 49.22 %, and 8.22 %, respectively. [90]₁₆ sample has the minimum saturated moisture content and the maximum strength degeneration.     

Effect of curing condition on bonding quality of scarf-repaired composite laminates

Both single-face vacuum bag curing (SVC) and double-face vacuum bag curing (DVC) can be used in scarf repair of composite structures. But different curing conditions caused by the sealing state may affect the bonding quality of scarf-repaired structures. In this paper, the effect of curing condition on bonding quality of scarf-repaired laminates was experimentally investigated in terms of surface profiles, moisture absorption curves and section profiles. In order to further explore the moisture absorption mechanism, finite element model of the repaired laminates using DVC was established with moisture diffusion of both the adhesive and composite laminates considered. This model was verified by experimental results. Based on the model of DVC case, the model of SVC case was built by changing moisture absorption parameters of the adhesive. Results show that SVC reduces the bonding quality, mainly reflecting in more adhesive inner voids and patch-to-parent dislocation. And SVC increases moisture absorption rate and moisture equilibrium content of the adhesive, and its effect on the former is far greater than that on the latter.     

复合材料层压板稳态湿度场及应力场分析

1.前言 复合材料湿热效应问题一直困惑着设计人员。60年代末到70年代中期,发表大量有关复合材料湿热效应的文献。近年来仍有不少这方面的研究资料,但具有工程实用价值的资料不多见。本文提供的复合材料层压板稳态湿度场及应力场分析方法,向工程实用化迈出了可喜的一步。     

纳米SiO2基复合隔热材料吸水性能

考察了纳米SiO2基复合隔热材料各组分添加量对吸水率的影响,同时针对复合材料吸水率高的问题,通过热处理和添加疏水纳米SiO2的方式来降低吸水率.结果表明:纳米Al2O3和无碱超细玻璃纤维对复合材料吸水率影响不大,添加锆英石会使材料吸水率升高.高温热处理会在一定程度上降低吸水率,但温度应控制在800℃以下.添加疏水纳米S...