全缠绕碳纤维树脂基复合材料方杆的工艺研究

传统的碳纤维复合材料方杆成型是采用预浸料铺层加缠绕方式,为改善其工艺性,采用小角度缠绕实现全缠绕的方式代替传统方法成型。通过全缠绕制备方杆的工艺方法和辅助工装设计,测试了全缠绕法和传统方法制备的方杆的力学性能。工艺研究表明:全缠绕的方杆力学性能和离散系数均优于传统方法的方杆,特别是采用4°缠绕的方杆拉伸强度和模量分别为899.74 MPa和235.22 GPa,弯曲强度和模量分别为823.57 MPa和220.22 GPa,离散系数为2.8%,是代替0°铺层的最佳选择。     

预浸带缠绕过程缠绕层温度场变化研究

为了研究工艺参数对复合材料缠绕层的温度分布的影响，采用经典热力学理论针对预浸带缠绕过程中的传热机制进行分析；基于缠绕过程中的周期性变化规律，同时以变化的旧层初始温度为传热模型的初始边界条件，构建预浸带缠绕温度分布模型，并通过Matlab编程获得一维热传递模型的精确数值解。理论分析了缠绕初始温度、缠绕速度及芯模温度对缠绕层温度变化的影响。结果表明，对缠绕层温度影响程度依次为芯模温度＞缠绕速度＞缠绕初始温度；而且无论影响参数如何变化，缠绕层的温度分布始终为内层温度较低，并随着径向位置增大，缠绕层温度也在逐渐升高，直到外层最高温度。此外，通过实验对比分析，说明该温度分布模型满足工程要求，可为缠绕工艺研究提供指导。     

纤维缠绕角度对CFRP-Al混合圆管横向受载性能影响

基于准静态横向弯曲试验对缠绕工艺下制备的CFRP/Al混合圆管进行抗弯性能和吸能特性研究,分析了混合圆管的破坏模式,基于不同纤维缠绕角度的碳纤维复合材料-铝合金混合圆管三点弯曲试验结果,通过有限元仿真方法研究了内层纤维缠绕角度对其横向抗弯与吸能特性的影响。试验结果表明,CFRP-Al混合圆管横向载荷下的失效形式、损伤模式与纯铝管基本保持一致,但受纤维缠绕角度的影响失效形貌略有差异。纤维缠绕角度越小,CFRP-Al混合圆管的抗弯性能和吸能性越好,同时压溃效率(CFE)明显降低。基于验证的有限元模型,研究不同角度纤维缠绕内层对于表层纤维层的应力传递影响,小角度缠绕内层对于管件的轴向拉伸变形抑制增加了管件整体峰值载荷与吸能作用,大角度缠绕内层对于管件环向刚度的提升增加了整体压溃效率。依此分析可为合理设计CFRP-Al混合管提供有效依据。     

湿法缠绕树脂的应用研究

选用环氧树脂与潜伏性固化剂,按二定比例配制成适用于湿法缠绕的无溶剂树脂.研究了树脂的基本性能及工艺性,通过湿法缠绕工艺制成单向预浸料和复合材料管件.结果表明,该树脂在室温下黏度低、适用期长,具有高的强度、模量和韧性,断裂伸长率与高模量碳纤维相匹配,对纤维的润湿性好,用其制成的单向层合板和复合材料管件性能良好.     

预浸带的快速热压接技术及其搭接性能研究

为解决预浸带缠绕过程中手工搭接效率低的问题,针对原有缠绕设备,设计了一套预浸带自动快速热压接系统。首先分析了预浸带搭接面张力的重要性,并结合基体树脂的粘流特性,从热力学、动力学角度分析了影响搭接界面层搭接性能的主要因素,通过物理实验,分析了时间、温度及搭接长度对预浸带拉伸剪切强度的影响机制。据此,获得适于热压接系统的工艺参数;并对比手工缝接实验,说明该方案的优越性,对复合材料的自动化成型技术具有一定的指导意义。     

大载荷缠绕杆件的拉伸和压缩性能

采用缠绕成型的方法制备了碳纤维/环氧树脂复合材料杆件,对杆件进行了拉伸、压缩试验,并且对缠绕用原材料的性能进行测试。结果表明:缠绕原材料的拉伸及层剪性能优异,缠绕成型的复合材料杆件力学性能较高,压缩与拉伸强度分别大于400与240 MPa,杆件端头是应力集中区域,端头的设计连接以及复合材料的层间性能是影响复合材料杆件拉伸、压缩性能的重要因素。     

不同碳黑填料含量2D—SiCf／SiC复合材料介电及雷达吸波性能研究

对先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备的含碳黑填料2D-SiCf/SiC复合材料介电以及雷达吸波性能进行研究.研究表明,由于KD-Ⅰ型SiC纤维表面具有连续碳涂层,不能直接用于吸波材料,需通过空气热处理手段将其除去.对纤维表面去碳后制成的不同碳黑填料含量2D-SiCf/SiC复合材料微波介电常数进行测试,结果表明,随碳黑含量增加,复合材料介电常数明显增大,但由于碳黑的高比表面和先驱体溶液粘度的限制,复合材料中碳黑体积分数最大仅能达到7%～8%,介电常数难以继续增大,介电损耗低于0.3,并且介电常数频散效应不理想.对不同碳黑填料含量复合材料反射率进行计算,结果表明,单层复合材料在某一频段内具有较好的吸波性能,但由于复合材料介电常数频散效应较差,宽频吸波性能不理想,采用不同吸收剂含量复合材料层铺工艺可能可以解决吸波性能带宽问题.     

复合材料缠绕后置处理方法研究

利用芯模表面的离散落纱点,依据空间几何和微分几何理论,针对纤维缠绕过程提出纤维缠绕出纱点轨迹的网格后置处理方法。该方法首先通过纤维缠绕轨迹的落纱点,以及缠绕过程中等悬纱长约束条件来求取出纱点,然后通过计算相邻出纱点的各坐标差得到机床运动轨迹,最后分别通过对三通管和组合回转体的缠绕成型实验,来验证该网格后置处理方法在处理非回转体和回转体缠绕出纱点轨迹的可行性和准确性。     

多层结构设计在吸波材料中的应用

简述了多层结构吸波材料设计的理论模型、设计原则及优化设计方法,从吸收剂材料的电磁特性方面总结了多层结构吸波材料的特点,详细论述了多层结构设计对吸波材料性能的影响,最后提出了多层吸波材料的技术难点和发展趋势。     

高性能PBO纤维复合材料成型工艺参数研究

研究了PBO纤维与环氧树脂复合成型工艺参数如树脂配方、浸渍张力、缠绕张力对PBO纤维缠绕成型复合材料力学性能的影响,同时优化了这些工艺参数。研究结果表明,PBO纤维复合材料的拉伸性能很好,但其纤维表面呈惰性,对树脂系统的拉伸性能、韧性和弯曲性能均要求较高,缠绕张力大约占其股纱强力的3 5%左右时,PBO纤维的NOL环层间剪切强度达到最高（29MPa）,才能发挥PBO纤维的高强特性。     

高模量碳纤维低损伤一步预浸缠绕技术

介绍了针对采用高模量碳纤维缠绕时损伤严重而研制的一项新技术。通过无辊浸胶系统和纤维浸胶后烘道加热装置 ,不但降低预浸纱制备和退纱缠绕所造成较大的纤维损伤 ,而且可以实现预浸纱含胶量精确控制及连续浸胶和缠绕 ,同时大大提高了缠绕效率。     

纤维缠绕的曲面架空分析及其应用

针对诸如壳体－喷嘴一体化的固体火箭发动机过渡段、环壳燃料箱等复杂型面的缠绕，应用曲面理论和力学分析方法，研究了纤维缠绕的成型压力与曲面几何的关系，进而确定了一般曲面、负荷斯曲面、环壳以及过渡段缠绕过程的纤维架空条件与判据，为复杂型面的缠绕成形奠定基础。     

基于非测地线理论的回转体缠绕成型的数学模型

根据非测地线缠绕的有关理论，详细分析了微机控制纤维缠绕机的丝嘴运动规律，推导出了丝嘴运动方程和芯模的转角方程，为复杂芯模的缠绕以及微机控制纤维缠绕机的推广应用奠定了基础。     

基于FBG 传感器的复合材料固化监测

温度和内应力是影响复合材料固化过程和结构性能的重要因素,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、黏度和内应力变化,并简要分析了固化后的残余应变。实验证明FBG传感器可有效监测复合材料结构固化过程的温度、黏度和内应力,能够作为智能固化控制依据,且固化结束之后,相同的传感器可以被用于提供结构使用过程中产生的温度/机械变化的信息。     

圆筒纤维缠绕变张力神经网络动态控制

 缠绕张力作为纤维缠绕成型中的关键影响因素,其波动直接影响缠绕精度和制品的性能。针对缠绕张力的动态变化,且保证制品等环向残余应力,提出神经网络动态控制缠绕变张力方法。考虑芯模变形影响,基于各向异性缠绕层弹性变形及各向同性内衬厚壁筒理论,给出外压作用下缠绕层的径向应力及环向应力;在弹性范围内采用应力叠加原理建立剩余张力与缠绕张力之间的解析算法。基于制品环向残余应力叠加特点,采用给定输出层权值的神经网络算法,通过误差反向传播及放大方法,对等环向残余应力制品纤维缠绕过程中的缠绕变张力进行动态更新。仿真与实验结果表明:该控制方法对纤维缠绕变张力起到动态优化作用,可以达到预期要求,且更符合实际缠绕过程。     

计入纤维交叉影响的缠绕复合材料等效模量计算方法

本文提出一种用于分析纤维缠绕结构（宏观）的等效弹性模量方法，该方法具有较好的准确性。本文首先基于纤维缠绕微观结构的特点建立代表性体积单元（RVE），并在此模型中计人纤维束交织现象的影响，对各个工艺参数（缠绕角、纤维束起伏区、交叉面积）的影响进行了计算分析；然后对经典层合板理论与等效模型计算结果进行了对比，指出经典层合板理论计算存在的误差与纤维束起伏区几何参数具有很大关系；最后利用等效均匀化理论得到缠绕结构的宏观弹性模量，并与试验值进行对比，验证了本计算模型和分析方法的准确性。     

CAD/CAM技术在复合材料缠绕成形工艺中的应用

将CAD/CAM技术应用于纤维缠绕成型工艺过程中,介绍了其整体架构和实现过程。同时,在分析了成形工艺过程特点的基础上,对CAD/CAM系统各个组成模块和功能进行了深入的分析和研究。     

凹回转曲面纤维缠绕架空分析及应用

针对诸如带喷管固体火箭发动机的凹曲面过渡段等负高斯曲率面的缠绕,应用微分几何曲面理论推导出了凹回转曲面的纤维缠绕架空条件及判据,并对不同的过渡段曲线进行了分析,分别给出了判别公式。通过缠绕实验验证了架空判据的正确性和实用性,表明采用单叶双曲面比采用凹圆曲线回转曲面具有更好的缠绕工艺性,且其直纹线的缠绕角恰好为不架空的临界缠绕角;缠绕时,为了保证运动的平稳性,需要剔除奇异点,进行平滑处理。