等参化FVDAM在复合材料湿热应力分析中的应用

在等参化有限元体积直接平均法（FVDAM）中引入等效湿胀系数,建立了复合材料湿热耦合的细观应力场分析模型。计算了湿热环境中不同纤维体积含量和湿含量复合材料的细观应力场。结果表明：湿热环境中复合材料界面径向应力最大值发生于纤维密集区的相邻纤维间的界面处,最小值出现在基体富区;初始吸湿对热残余应力有释放作用,最终吸湿的影响将超过热残余应力,界面应力状态也随之改变。计算所得细观应力场与有限元（FEM）法有较好的一致性。     

炭纤维增强聚合物基复合材料的热氧老化机理

从基体、纤维和纤维/基体界面的角度,探讨了炭纤维增强聚合物基复合材料(CFRPMCs)的热氧老化机理。总结了纤维性能、纤维取向、纤维体积含量、织物结构、树脂性能、纤维/基体界面强度等因素对CFRPMCs热氧老化性能的影响规律,并简要分析了目前提高CFRPMCs热氧老化性能的方法。研究指出,立体织物增强的聚合物基复合材料能够很好地克服传统层合复合材料热氧老化后易分层的缺点,采用立体织物来增强聚合物,将会是今后提高CFRPMCs热氧稳定性的一个主要发展方向。     

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℃。     

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。     

耐高温纤维增强陶瓷基复合材料

本文综述了国外陶瓷纤维和基体的发展状况,并对纤维增强的陶瓷基复合材料的力学性能进行了介绍,描述了陶瓷基复合材料在航空、航天工业方面的应用前景.最后针对我国的研究现状,作者提出了加强纤维增强陶瓷基复合材料研究工作的几点建议.     

纤维复合材料设计优化与工艺因素

纤维增强树脂基复合材料设计容许值的优化,要比金属复杂的多。文中将复合材料与金属加以比较,以了解复合材料设计容许值优化的特殊问题。讨论了各种因素对设计容许值的影响,包括材料、试验、工艺、模具、质量控制和环境老化等因素。在此基础上对各种复合材料设计容许值的优化提出了建议。     

关于纤维增强复合材料力学性能可设计性的分析

纤维增强复合材料是一种多相结构材料,主要由增强纤维和树脂基体材料组成。其性能可设计性是指可按照设计要求进行选择不同的增强材料和树脂基体材料以及它们的含量和各种铺层形式,可组成具有不同性能的各种复合材料。这给复合材料可设计性提供更大的自由度。该文结合工程应用需要,主要对其力学性能可设计性进行了分析研究。     

表面改性碳纤维增强树脂基复合材料研究进展

界面是处于连接增强纤维和基体之间的极其重要的微观结构,良好的界面结合能有效地传递载荷,从而提高材料的力学性能,由于碳纤维表面呈惰性,比表面积小,表面能低等缺点导致材料界面层结合强度低,因此有必要通过某种途径改善其上述缺陷.目前,改善碳纤维表面缺陷的方法是对碳纤维表面进行表面改性处理,从而提高其界面力学性能.在界面的研究中,提高其碳纤维与基体的结合强度是改善复合材料力学性能的关键.因此,对碳纤维复合材料界面结合强度的各种影响因素进行分析,综述了碳纤维增强树脂基复合材料界面构筑方法及其对复合材料力学性能的影响.     

关于纤维增强复合材料力学性能可设计性的分析

纤维增强复合材料是一种多相结构材料，主要由增强纤维和树脂基体材料组成。其性能可设计性是指可按照设计要求进行选择不同的增强材料和树脂基体材料以及它们的含量和各种铺层形式，可组成具有不同性能的各种复合材料。这给复合材料可设计性提供更大的自由度。该文结合工程应用需要，主要对其力学性能可设计性进行了分析研究。     

纤维混编CMC-SiC的残余热应力计算

将SiC纤维引入到C/PyC/SiC中,有望减少因C纤维与SiC基体热膨胀系数不匹配而导致的基体残余热应力。研究了C纤维和SiC纤维混编方式和混编比例对复合材料残余热应力的影响规律。采用有限元法建模、计算了纤维混编接触分布和相间分布复合材料的残余热应力,结果表明:(1)与C/PyC/SiC比,C纤维和SiC纤维混编增强SiC基复合材料可减少SiC基体的残余拉应力;(2)相同混编比例时,纤维混编接触分布((x C-y SiC)/PyC/SiC)复合材料的基体轴向残余应力比纤维混编相间分布((x C×y SiC)/PyC/SiC)复合材料基体的小;(3)以纤维混编接触分布为例,SiC基体的轴向残余应力随混编复合材料中SiC纤维的增加而减小,但当C纤维和SiC纤维的混编比例由1∶2变为1∶4时,基体的轴向残余热应力仅从174 MPa下降到170 MPa。     

High precision composite pipes for SOLAR-B optical structures

The authors have been developing new high thermal conductivity and low moisture absorption composite pipes for high precision space optics applications on the Japanese Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) SOLAR-B satellite.Pitch based K13C (Mitsubishi Chemical) high modulus and high conductivity graphite fiber, and EX1515 (Bryte Technology) low moisture absorption cyanate resin, were applied to the pipes.Thermal expansion of the composite pipes was designed to be zero and more uniform in the longitudinal direction in order to obtain long term dimensional stability in the space environment.Model pipes whose length was 500 mm were fabricated and evaluated for thermal and hygroscopic deformation in a new testing apparatus. Equivalent coefficient of thermal expansion of the model pipes was essentially zero (less than 0.1 ppm/°C) and standard deviation of these coefficients was 0.05 ppm/°C. Hygroscopic deformation of the model pipes was under representative conditions 7 ppm over 3 month. The excellent thermal and hygroscopic stability were verified. In addition, thermal conductivity of the model pipes was more than 200 W/(m · K).     

树脂传递模塑(RTM)工艺树脂微观流动行为数值分析

根据树脂在纤维预制体内部的流动特点,在Darcy定律基础上建立了RTM工艺树脂微观浸润过程数学模型,并对浸润过程进行了数值模拟。借助无量纲分析,研究了RTM工艺微观浸润过程的影响因素。结果表明,随着浸润过程的进行,纤维束内压力逐渐降低;降低树脂粘度和纤维含量,能够提高纤维预制体的浸润速度。浸润过程实验证实了RTM工艺数值模拟的有效性。     

超高强度聚乙烯纤维复合材料表面改性研究

介绍了一种新型高性能有机纤维——超高强度聚乙烯(UHSPE)纤维的性能及应用，研究了其表面经电晕放电改性对UHSPE纤维-环氧树脂界面粘结强度的影响。通过单丝拔出法及NOL环试验对uHsPE纤维表面改性处理进行了表征。结果表明，经电晕法表面处理后的UHSPE纤维单丝与环氧树脂的界面粘结强度有了很大的提高。     

玻璃纤维复合材料的原子氧剥蚀效应试验研究

对两种玻璃纤维复合材料开展了原子氧效应的地面模拟试验研究。总结了试验前后试样质量及表面形貌的变化规律，计算得到了材料的剥蚀率。试验结果表明，随着原子氧累积通量的增大，玻璃纤维复合材料的质量和体积损失减慢。经分析认为，在原子氧与复合材料的作用过程中，树脂优先被剥蚀，而将纤维暴露在外，由于玻璃纤维对底层树脂基体的遮挡作用，导致在原子氧效应试验后期，玻璃纤维复合材料的剥蚀速度减缓。     

光纤嵌入法监测复合材料固化的研究

通过嵌入光纤对芳纶／五氧复合材料板及环氧树脂浇注体的固化进行初步研究，结果表明，光纤嵌入法能准确监测出浇注体及芳纶／环氧复合材料的瞬时固化情况。     

树脂含量对芳纶纤维/环氧复合材料性能的影响

研究了树脂含量对芳纶纤维／环氧复合材料的性能的影响，主要是浸胶纤维强度，压力容器中纤维强度的发挥系数，容器特性系数pV/Wc。给出了按混合定律计算复合材料强度的修正系数，提出了对容器进行表面处理以改善其内外层含胶量的均匀度，并进行了实验，实验证明，容器内外层树脂含量分布更为均匀，容器的性能得到提高。     

溶剂对石英/酚醛复合材料RTM成型浸润过程及性能影响

对比研究乙醇、丙酮和四氢呋喃(THF)溶剂对RTM成型石英/酚醛复合材料溶液浸润过程和性能的影响。采用高效液相色谱(HPLC)和X射线电子能谱(XPS)研究酚醛树脂组成及其在石英纤维表面的动态吸附行为。结果表明,溶剂与酚醛树脂分子之间在石英纤维表面形成竞争性吸附,石英纤维表面硅烷偶联剂和不同酚醛树脂溶液组分间发生界面化学反应,从而影响树脂在RTM模具内部不同位置的分布和复合材料的力学性能。随着溶剂形成氢键能力的增强,其影响程度依次为四氢呋喃、丙酮、乙醇。