复合材料剪切试验方法述评

抗剪性能差是复合材料结构的共同弊病。因此正确测定剪切性能对有些结构,特别是航天结构来说至关重要,多年来已发展了许多种复合材料剪切试验方法。其中短梁剪切(三点)试验法、四点剪切试验法、[±45】_(ns)层板轴向拉伸试验法、约赛佩斯库(Iosipescu)剪切试验法和二轨道剪切试验法是目前常用的剪切试验方法。文中对这些方法的优缺点作了分析比较,最后提出约赛佩斯库剪切试验法是目前剪切试验的最佳方法之一,值得推广应用。     

纤维表面处理对碳纤维复合材料剪切性能影响

采用活性涂层，刚性涂层，柔性涂层分别对HTA－P30碳纤维进行表面处理，研究了不同涂层对HTA－P30／AE4环氧NOL环复合材料剪切强度的影响，试验结果表明，活性涂层可显著改善复合材料的剪切性能，而且涂层浓度对性能的影响非常敏感，当浓度为1％－2％时，剪切强度可以提高20％，此外，在复合材料破坏微观形貌分析基础上，提出了活性涂层对碳纤维的改性机理。     

循环吸湿对炭纤维复合材料界面性能的影响

通过对炭纤维增强复合材料进行70、85、100℃下的循环水浸吸湿试验,研究了复合材料在不同水浸温度下的吸湿-脱湿行为规律。同时,对循环吸湿-脱湿过程中的试样进行层间剪切强度测试和动态力学性能测试,并结合扫描电镜观察循环吸湿各个阶段的纤维基体结合状态。结果表明,水浸温度越高,水分的扩散速率越快,饱和吸湿率越大。经过循环吸湿后复合材料的吸湿行为仍满足Fick第二定律,吸湿后层间剪切强度下降,湿热循环次数越多下降的越明显。脱湿后层间剪切强度有所恢复,水浸温度越高造成的不可逆破坏越大,层间剪切强度恢复的越少。干态时的玻璃化转变温度为231℃,吸湿后下降了37℃。     

F—12芳纶纤维表面处理对复合材料剪切性能的影响

初步研究了Ｆ－１２芳纶纤维表面接枝处理对Ｆ－１２芳纶／环氧复合材料层间剪切强度的影响，结果表明：经接枝处理后，Ｆ－１２芳纶／环氧复合材料层间剪切强度能达８４．６３ＭＰａ处理效果明显，对接枝改性机理进行了探讨。     

碳纤维/PBO纤维层间混杂复合材料性能

分别采用HTA-P30碳纤维、T800碳纤维与PBO纤维进行了层间混杂,研究了不同的混杂比、不同性能的碳纤维以及不同的粘接界面对PBO/碳纤维复合材料的拉伸性能和层间剪切性能的影响。试验结果表明,T800与PBO纤维混杂后,复合材料的强度表现出混杂负效应,而模量和层间剪切强度表现出混杂正效应,且均随混杂比的增大而降低。PBO纤维经过表面处理后,提高了混杂复合材料的弱界面层粘结性能,从而强度、模量、层间剪切强度的混杂效应系数均有不同程度的增大,尤其是层间剪切强度的混杂效应系数提高程度很大,并且与纤维的表面状态密切相关。随着PBO纤维的混入,可降低复合材料性能的分散性(离散系数),提高质量可靠性。     

M40/648碳纤维环氧复合材料热循环效应研究

空间热循环作用的耐受性是决定碳环氧复合材料在轨服役寿命的重要因素之一。文章以M40/648碳纤维环氧复合材料为研究对象,开展了热循环(温度区间:-150~+150℃)效应试验研究,分析了试验前后的材料质量损失率、层间剪切性能、微观形貌和表面成分的变化。结果显示:热循环作用后材料的质量损失率在0.04%~0.07%之间;200次热循环使材料层间剪切强度提高,而300次热循环导致材料层间剪切强度下降1.16%;热循环作用对材料断口形貌影响较大,同时造成材料表面碳元素含量降低。     

T800碳纤维/PEEK热塑性复合材料的拉伸与剪切失效行为研究

采用T800碳纤维/聚醚醚酮(T800/PEEK)预浸料，以高温、模压方式制备了热塑性单向复合材料，通过拉伸、面内剪切试验方法对其模量和强度进行了测试分析，得到了不同载荷形式作用下的宏观失效破坏模式。针对T800/PEEK复合材料的微细观结构特点，建立了有限元代表性体积单元模型(RVE)和碳纤维、PEEK基体以及纤维/基体界面三种材料的本构关系，基于渐进损伤失效模型和内聚力模型得到了单轴拉伸/压缩、面内剪切载荷作用下单元模型的应力应变曲线和微细观失效模式。相比于试验测试结果，有限元模型预测得到的拉伸模量/强度相差最大为11%,剪切模量/强度相差最大为5%。     

表面氧化处理对提高碳/酚醛材料性能的影响

采用次氯酸氧化和ＫＨ５５０偶联剂对碳纤维表面进行处理，研究了其对提高碳纤维及碳布增强钡酚醛材料力学性能和烧蚀性能的影响，并对氧化处理后碳纤维的表面性能进行了表征。得出，该方法是提高复合材料层间剪切强度和持有效方法，它可 间剪切强度提高了１７．５％，线烧蚀率减小５８．６％。     

碳／环氧复合材料的剪切性能测试方法

单向碳／环氧复合材料的平面和层间剪切性能有几种不同的测试方法。文章讨论了各种剪切测试方法的优缺点，适用于性和可靠性，并分析比较了不同方法测试数据的精确度。文中还介绍了试样在测试过程中出现的剪切耦合现象。     

微结构对轴编C/C复合材料界面力学性能的影响

通过实验研究了轴编C/C复合材料纤维束/基体的界面剪切强度和试样厚度的关系,形成了轴编C/C复合材料的界面表征方法；通过扫描电镜分析了具有不同界面性能的微结构特征,并确立了微结构特征和界面剪切性能的相关性;通过拉伸实验获得了不同界面强度下该材料的拉伸性能.研究表明,轴编C/C复合材料界面剪切强度测试试样厚度以4倍纤维束...     

空间高稳定碳/碳蜂窝夹层结构制备及性能

针对空间高稳定结构在极端环境下的灵敏度和稳定性需求，提出一种新型高稳定、高承载的轻质碳/碳(C/C)蜂窝夹层结构方案。碳/碳蜂窝夹层结构由化学气相渗透(CVI)致密化获得的整体碳/碳蜂窝和面板经胶粘剂粘接集成，通过评价蜂窝、面板以及夹层结构的内部质量、力学性能及热物理性能，展示了碳/碳蜂窝夹层结构在承载和尺度稳定性方面的优势。研究结果表明,典型特征碳/碳蜂窝承载性能稳定，平压强度＞10 MPa，L/W向剪切强度＞4 MPa，典型特征碳/碳蜂窝夹层结构热膨胀系数低，满足空间环境条件下面内热膨胀系数绝对值低于 1×10 -7 /℃的高稳定设计需求。     

在中面载荷作用下正交各向异性矩形板后屈曲行为分析

本文利用摄动法和广义傅氏级数法分析了在中面载荷作用下正交各向异性矩形板后屈曲行为,对几种典型的纤维增强环氧复合材料矩形板后屈曲行为给出了结果,可供工程设计应用参考。     

复合材料层合锥壳非线性稳定性的有限元分析

本文根据稳定性分析的前屈曲完全理论和修正型的Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ非线性本构关系，采用有限元法分析了复合材料层合回转壳的非线性稳定性，讨论了屈曲产壳体法向与面内支承条件和复合材料的横向和剪切非线性性能对壳体结构总体稳定性的影响，为工程结构设计者们提供了一些有益的参考意见。     

基于等几何方法的功能梯度Mindlin板结构拓扑优化设计

提出一种基于等几何分析的功能梯度Mindlin板结构拓扑优化方法，实现了沿着板面内方向梯度材料渐变与结构拓扑协同设计。基于等几何分析中的非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline， NURBS)基函数，保证了板结构建模、仿真分析和优化设计的参数化统一。由于等几何方法基函数的高阶连续性、非负性、规范性等特点，建立了合理的设计变量与梯度材料相对密度的分布关系。为了克服Mindlin板仿真分析的数值闭锁问题，采用NURBS等几何分析单元的缩减积分策略。数值算例展示了该方法的有效性，且获得了具有清晰细节特征的功能梯度板新型设计方案。结果表明，相比于预先定义材料配比，该方法可以实现功能梯度材料属性与结构拓扑的协同优化设计。     

宽温度柔性接头用硅橡胶弹性材料研究

硅橡胶高低温性能优异,可作为宽温度柔性接头用首选弹性材料。通过分析补强剂、增塑剂、硫化剂等对硅橡胶性能的影响,优化硅橡胶配方,提高低模量硅橡胶力学性能。结果表明,在甲基乙烯基硅橡胶中加入35~40份(质量份,下同)高补强气相白炭黑、0.3~0.5份硫化剂,同时添加适量增塑剂,研制的硫化硅橡胶剪切模量稳定在0.25~0.30 MPa内,力学性能比4#白炭黑补强硅橡胶有较大幅度提高。采用有机硅改性环氧胶粘剂进行硅橡胶硫化胶与金属试片粘接,两板拉伸剪切强度达到3.0 MPa,改善了硅橡胶与其他材料的粘接可靠性。     

偶联涂层处理对APMOC/环氧复合材料层间剪切性能的影响

介绍了溶剂、硅烷偶联剂浓度、含胶量等对APMOC/环氧层间剪切强度(ILSS)影响的研究结果,并初步探讨了其改性机理和涂层厚度控制的一些问题。     

压剪联合载荷作用下复合材料壁板屈曲及后屈曲性能计算与优化方法研究

复合材料壁板被广泛用于航空航天结构,在外部复杂工况下壁板通常会受到面内压剪载荷的联合作用,其屈曲及后屈曲响应直接影响此类结构的极限承载能力。为此,基于改进的Koiter摄动理论,提出一种能够快速精确地开展复合材料壁板非线性屈曲分析的摄动有限元降阶方法,然后计算获得壁板的屈曲/后屈曲性能指标,即非线性屈曲载荷、后屈曲承载刚度以及承载刚度残余系数,最后将摄动降阶方法嵌套到复合材料铺层优化的分析流程中,获得压剪联合载荷下各种屈曲/后屈曲性能指标的最优铺层信息。数值算例验证了所提出方法的高效性和有效性。     

Aeroelastic characteristics of cantilever wing with embedded shape memory alloys

In this paper, the effect of embedded shape memory alloy (SMA) wires on the natural frequency, flutter, limit cycle oscillation (LCO) amplitude and aeroelastic stability margin of a rectangular cantilever wing are investigated. Wings are modeled in accordance to classical plate theory (CPT) as well as first-order shear deformation plate theory (FSDT) and large deflection Von Karman plate theory. The effects of pre-strain, temperature and number of SMA wires on aeroelastic characteristics are considered. Significant improvements in aeroelastic behaviors due to the in-plane load of the SMA wires are obtained.     

活性稀释剂对T700/BMI复合材料湿热性能的影响

采用苯乙烯作二烯丙基双酚A(DABPA)改性双马来酰亚胺(BMI)树脂体系的活性稀释,以减小树脂的粘度。为研究苯乙烯的用量对炭纤维(T700)增强改性BMI树脂基复合材料湿热性能的影响,对T700/BMI复合材料的试样在70℃水中进行吸湿实验,并检测其力学性能。结果表明,随苯乙烯用量的增加,试样的吸湿率降低;其拉伸、弯曲和层间剪切等强度保持率也随之增大;但当苯乙烯在基体树脂中的摩尔百分含量超过20%之后,试样的拉伸强度会下降。