层合板斜面形胶接挖补修理力学性能试验研究

对斜面形胶接挖补修理后层合板的拉伸性能和弯曲性能进行了试验研究,分析了挖补斜度、铺层角度对修理后层合板拉伸和弯曲强度及破坏形貌的影响,修理后试件强度与完好试件进行对比,了解影响因素的作用及挖补修理的恢复效率。试验结果表明:[0/90]_(4S)铺层试件拉伸强度恢复率为16.63%～50.75%,弯曲强度恢复率为39.50%～62.58%;[±45]_(4S)铺层的试件拉伸强度恢复率为45.55%～69.89%,弯曲强度恢复率为77.45%～109.88%。不同铺层角度和挖补斜度的试件表现出不同的破坏形貌,各类型试件主要的失效模式为胶层失效和纤维撕裂,挖补斜度较小时,表现为胶层失效;挖补斜度较大时,并伴随有纤维撕裂;随着挖补斜度的增大,撕裂现象愈加严重,撕裂方向主要沿着原试件铺层方向。试验结果可为实际挖补修理工艺优化提供依据和指导。     

阶梯式胶接连接复合材料连接效率评价

对阶梯式胶接连接复合材料层合板的拉伸性能和弯曲性能进行了试验研究,分析了铺层角度、搭接长度对胶接连接后层合板拉伸和弯曲强度连接效率及失效模式的影响。试验结果表明,搭接长度对试件的刚度影响较小,强度影响较大,随着搭接长度的增加,连接效率逐渐增大;[0/90]4S铺层试件拉伸和弯曲强度的最大连接效率分别为23.5%和34.7%,[±45]4S铺层试件拉伸和弯曲强度最大连接效率分别为37.2%和106.0%;与斜接式胶接连接复合材料相比,阶梯式胶接连接效率低于斜接式胶接连接效率,[±45]4S铺层试件连接效率优于[0/90]4S铺层试件连接效率;拉伸试件主要的失效模式为胶层失效、分层失效和纤维撕裂。搭接长度较小的弯曲试件容易在胶接处断开,出现胶层失效和纤维撕裂,搭接长度较大的弯曲试件胶接处未完全断开,出现分层失效。     

铺层结构对复合材料层合板固有频率的影响

搭建四角简支的复合材料层合板的模态振动实验平台。使用锤击单点激励法获取层合板不同测点位处的频响函数;利用DHDAS动态信号分析系统测得不同铺层结构复合材料层合板的前三阶固有频率,及对应的振型;进一步分析铺层结构对复合材料层合板的振动特性的影响。结果表明,改变测点位置对层合板整体的固有频率影响较小;复合材料层合板的铺层结构对固有频率有很大影响;[0°/90°/±45°]s4铺层结构的层合板的抗冲击性最强、结构整体的刚度最高。     

炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头拉伸失效实验

对炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头的拉伸失效损伤进行了实验研究,分析了搭接长度、粘接体厚度、胶层缺陷、层合板铺层方式对失效载荷、接头强度和失效模式的影响。实验结果表明,失效载荷随着搭接长度的增加而增大,接头强度随着搭接长度的增加而减小;粘接体厚度增大2倍时,接头强度与粘接体厚度并不成正比关系。在胶层内设置微小缺陷对接头强度影响较小,随着搭接长度的增加,影响变得越来越小;增加层合板单向纤维的铺层数,可提高接头的失效载荷和接头强度;各类型试件主要的失效模式为分层失效,有时并伴随有胶层失效和纤维撕裂现象。     

某天线支承筒阻尼减振设计与分析

为减小某卫星天线支承筒的振动,根据阻尼减振原理,采用约束阻尼层方法进行减振处理。以ZN-1丁基橡胶为粘性阻尼材料,T700S层合板为约束层,在约束层厚0.4 mm,铺层数为4的条件下,设计了三种不同铺层角的减振方案。有限元计算结果表明,在天线支承筒上附加约束阻尼层可明显降低支承筒指定点处的频率响应。在给定条件下,给出的三种方案均满足工程要求,其中以铺层角45°/-45°/0°/90°方案的效果最佳。     

含中心孔复合材料变刚度板孔边应力解析法分析

利用经典层合板理论分析变刚度板孔边应力很困难,为此提出一种基于流场函数设计变刚度铺放轨迹,由获得的铺放轨迹函数进行解析分析的方法。首先,采用带有一个构造参数的流场函数来描述变刚度铺层的曲线轨迹。然后,通过建立目标函数去拟合变刚度铺层内最大主应力方向。确定构造参数后,离散优化流场函数获得变刚度铺放轨迹。利用含孔偏轴拉伸孔边应力求解法及经典层合板理论,确定变刚度板孔边的应力解析解。同种工况下,变刚度板的最大应力比0°板的应力峰值下降了11.90%。最后,对解析法与有限元法进行了对比,解析法与有限元法的最大误差发生在应力集中处,最大误差为5.63%,验证该解析法的有效性。     

炭/环氧3D机织复合材料轴向和非轴向拉伸性能的实验研究

炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料是很有应用潜力的材料,但目前这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。通过一系列的实验、分析,客观地评价了4种不同结构炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸强度和拉伸模量。实验结果表明,4种材料均具有明显的正交各向异性特点,拉伸强度和拉伸模量的极值均出现在轴向,非轴向的拉伸强度和拉伸模量明显低于轴向值;带有衬经和衬纬结构的织物具有最佳的拉伸性能;4种材料的非轴向拉伸强度和拉伸模量彼此之间差异不是很大,拉伸过程伴随着剪切过程一同出现。     

纤维缠绕压力容器的爆破强度研究

本文采用纤维缠绕管状试件测试的基本性能常数和引进的退化系数(实验已测出了退化系数),用层合板理论研究了纤维缠绕压力容器的爆破强度,理论计算与实验结果比较表明,计算的容器爆破压力与实测的爆破压力,其相对误差不超过5%。     

穿刺结构参数对C/C复合材料拉伸性能的影响

采用不同间距、不同根数的纤维束穿刺成型炭纤维预制体,经进一步化学气相沉积、沥青浸渍-高压炭化致密制备穿刺C/C复合材料。拉伸性能测试结果表明,穿刺间距2.1mm、穿刺束纤维根数为12K的C/C复合材料获得高的拉伸强度,Z向拉伸强度131.4MPa,XY向拉伸强度111.3MPa;随着穿刺间距减小、穿刺丝束纤维根数增加,Z向纤维含量增加,Z向拉伸强度明显提高。穿刺C/C复合材料1800℃真空条件下的拉伸强度与室温相当,拉伸模量低于室温,延伸率高于室温;常温拉伸断口较平整,且纤维/基体间的裂纹明显,而高温拉伸断口参差不齐,纤维及基体断面粗糙,呈现出假塑性断裂特征。     

碳纳米管增强层合板胶接接头力学性能

为了增强碳纤维复合材料层合板单搭接胶接接头的力学性能,试验研究了将CNTs分散到胶粘剂中对提升胶接接头力学性能的影响。试验过程中设置了CNTs的4种不同的质量分数,分别为0%、1.5%、2.0%、2.5%,之后对不同质量分数的CNTs胶粘剂的胶接接头进行单向拉伸试验和三点弯曲试验。试验结果表明,对于受到单向拉伸载荷的试件,当CNTs的质量分数为2.0%时,接头的失效载荷最大,与CNTs的质量分数为0%时相比,接头的失效载荷提升了84.74%;对于受到三点弯曲载荷的试件,当CNTs的质量分数为2.0%时,接头的失效载荷最大,与CNTs的质量分数为0%时相比,接头的失效载荷提升了55.86%。由此表明,胶粘剂中加入碳纳米管(CNTs),不仅可提升胶粘剂的拉剪强度,而且增强了胶粘剂与接头表面的粘接性。     

固化压力对炭纤维复合材料层压板的孔隙和力学性能的影响

孔隙的存在是炭纤维复合材料层压板加工过程中不可避免的缺陷,并且会对炭纤维复合材料结构的性能产生很大的损害.针对[(±45°)/(0,90°)_2/ (±45°)]_S炭纤维复合材料层压板,详细分析了层压板内孔隙的尺寸、形状及分布特征.通过施加不同的固化压力制备了不同孔隙率含量的试件.采用显微图像分析技术和性能测试对炭纤维复合材料层压板内孔隙的形态及其对炭纤维复合材料层压板力学性能的影响进行了研究,采用图像分析软件对孔隙的形状和尺寸进行了定量的表征.结果表明,对于铺层为[(±45°)/(0,90°)_2/ (±45°)]_S层压板,孔隙主要分布于层间,且都沿着平行于铺层的方向发展.随着固化压力的减小,孔隙率增大、层间剪切强度和压缩强度下降.     

固体推进剂的变角剪切力学试验研究

利用改进的Arcan夹具对HTPB固体推进剂在0°～90°之间的10个角度进行了剪切试验,研究了固体推进剂在不同剪切角度下的应力应变关系.结果表明,随着加载角度的减小,拉伸作用逐渐被剪切作用取代,导致拉断应力、拉伸曲线斜率、断裂应变的减小;当拉伸角度为0°时,蝶形试件完全承受剪切作用,推进荆的剪切模量可通过对此时的数据进行相应转化得出.     

加捻z-pin与层合板的界面粘接性能试验

通过小孔模具成型并在升温固化前对纤维束加捻的方法制备了5种捻度（捻度t分别为1、2、2．5、3和4 n／cm）的z?pin。观察了各种捻度z?pin的外观形态，测试了各种z?pin的拉伸性能。通过单根z?pin从层合板中拔出的试验方法表征了z?pin与层合板之间的界面粘结性能。结果表明，加捻使z?pin主干发生扭曲，捻度越大，扭曲的程度越大；加捻使z?pin的拉伸强度及伸长率降低了50％左右，使拉伸模量降低了30％左右；加捻可显著提高z?pin与层合板之间的界面粘结性能，捻度越大，界面剪切强度τd、最大摩擦力Ff、拔出功Wp 越大；随着捻度的增大，z?pin与层合板间脱粘位置逐渐从z?pin自身的纤维与树脂之间的F?R型细观界面向z?pin外层树脂与层合板树脂之间的R?R型细观界面转移。当捻度t＝3 n／cm时，与无捻z?pin相比，τd 提高了61％，Ff 和Wp 均提高了2倍。     

[0/90]s层合板双轴载荷强度特性研究

本文提出了一个新的层合板最终失效强度准则,并在Ⅰ、Ⅳ象限应力空间对玻璃纤维增强环氧酚醛[0/90]s层合板进行了内压—轴载实验研究。实验结果表明:所提出的准则是可行的,该准则为开辟层合板唯象学强度准则的研究领域提供了一定的参考依据。     

复合材料(结构)粘接质量检测的错位散斑技术

系统地分析了错位散斑条纹的形成机制,并在多种条件(真空荷载、热流荷载、音频扫描荷载等)下对各种复合材料结构粘接质量进行了检测及评估,可检测出厚1mm层合板内直径>5mm的缺陷,夹芯结构内直径>10mm的缺陷;对于包覆层结构可检测出深度在12mm以内、直径>5mm的空隙脱粘缺陷,而零粘接力缺陷也能检测出厚度为2mm、直径>30mm的缺陷。同时引入相移技术使错位散斑检测方法不仅具备非接触、高精度和全场实时观测等特点,而且也实现了复合材料结构粘接质量的定量无损检测。     

国产T1000级碳纤维性能

通过国产T1000级碳纤维表面状态、单向板、NOL环及185 mm壳体的实验研究,分析了两种国产T1000级碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明,两种国产T1000级碳纤维表面光滑,断口基本呈现为规整的圆形,国产T1000级碳纤维能获得较高的拉伸强度。两种国产T1000级碳纤维单向板0°拉伸强度均略低于进口T1000碳纤维,这是由于HF50S碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分断裂型的破坏;两种国产T1000级碳纤维单向板90°拉伸强度均略低于进口T1000碳纤维,这是由于国产T1000级碳纤维与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱,界面粘接强度较低;两种国产T1000级碳纤维缠绕壳体爆破压强是进口T1000壳体爆破压强的0.93和0.88,这是由于SYT55碳纤维和HF50S碳纤维缠绕时容易起毛和界面粘接性能较差。     

新型国产芳纶Ⅲ纤维的性能实验研究

测试了7批次新型国产芳纶Ⅲ纤维的复丝拉伸性能,且采用第07批次的芳纶Ⅲ纤维进行缠绕制作了NOL环试样和150 mm试验容器。实验结果表明,第04批、06批、07批芳纶Ⅲ纤维复丝强度平均值达到4 535 MPa以上,弹性模量大于139 GPa,这些性能与Armos(2A)纤维相当,断裂延伸率较Armos(2A)纤维低,约为2.9%~3.3%。芳纶Ⅲ纤维单向复合材料的拉伸性能也与Armos(2A)纤维相当,但层间剪切强度较Armos(2A)纤维低很多,150 mm国产芳纶Ⅲ纤维试验容器性能有高有低,表明芳纶Ⅲ纤维的成型工艺性差,线密度太低且不均匀,另外与树脂浸润性差,层间剪切强度低,有待于进一步优化成型工艺参数。     

三维编织细编穿刺炭/炭复合材料拉伸与压缩性能及试件尺寸效应研究

通过对三维编织细编穿刺炭/炭复合材料的Z向和XY向进行的拉伸、压缩宏观实验,观测了不同载荷形式下和不同几何尺寸的试件的破坏模式和断口形貌,得到了材料在拉伸、压缩载荷下不同的破坏机理及材料的力学性能与试件几何尺寸的相关性。研究表明,材料Z向拉伸破坏时为平断口,XY向拉伸破坏时为台阶状断口,压缩载荷作用下Z向和XY向都为与受力方向成45°的剪切型破坏,Z向和XY向的压缩强度随试件的几何尺寸的变化具有相同的变化趋势,但Z向变化趋势较XY向更明显。所获结论为进一步进行该材料的刚度和强度预报以及强度准则的建立奠定了必要的实验基础。     

裂纹间距及铺层角度对复合材料分层的影响

分层问题是复合材料层合板最常见问题,据统计约60%的层合板失效都与分层相关.通过基于虚裂纹闭合技术(VCCT)的重合网格法(S-FEM),分析了不同铺层角度及裂纹间距对应变能释放率的影响.由分析结果可看出,应变能释放率随铺层角度增加而减小;在裂纹尖端距离相对较小时,距离对能量释放率的影响要远大于锗层角度变化的影响.     

RFI工艺用环氧基树脂膜的研制

据RFI工艺用环氧树脂基树脂膜低温成膜性、高温流动性和浸渗性的技术性能要求,设计了在一定温度内具有低反应活性的GY6010型高粘度液态双酚A二缩水甘油醚环氧树脂、HT907型六氢邻苯二甲酸酐和DY062型苄基二甲胺树脂膜制备体系。根据等当量反应计算理论和浇注体的力学性能,确定了树脂膜制备体系的最佳混合比例,利用加热聚合、流延成膜和快速冷却方法,制备了具有低固化度的BS-1型环氧树脂基树脂膜。经测试该树脂膜成膜性、弯曲性良好;在80℃的融渗温度下粘度为645 mPa.s,低粘度区域宽度(粘度小于1 000 mPa.s)达25 m in,凝胶时间达56 m in。采用该树脂膜制备的RFI叠层板试件空隙含量(0.8%)极低,与模压试件相比,RFI试件拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度分别提高4.57%、6.26%和21.88%。