基于桥联模型预测层合板分层萌生载荷

层合板本质上由基体树脂将单层板粘在一起,其分层萌生必然从基体树脂破坏开始。基于此,通过分析基体树脂的破坏来预测层合板的分层萌生载荷,通过有限元计算出轴向拉伸载荷下层合板的应力场,沿厚度方向平均来消除自由边缘处层间应力的奇异性,之后根据桥联模型计算纤维和基体树脂应力,并用Mohr判据来判断基体树脂是否破坏。预测了T800/914层合板[±θn]s的分层萌生载荷,与实验结果吻合良好;本工作的最大优点是只需组分材料的性能即可预测层合板的分层萌生载荷。     

混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能

为了考察混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能,采用碳纤维织物或玻璃纤维织物与芳纶纤维织物复合材料层共固化的方式,利用热压罐成型工艺制备了几种具有不同面密度及铺层结构的混杂纤维复合材料层板,并进行抗弹冲击性能测试、表观形貌观察和无损检测分析。结果表明:纯芳纶纤维及混杂纤维复合材料层板的钢弹冲击破坏模式相同,均为表层剪切破坏,中间层分层破坏,背层拉伸断裂破坏;层间混杂顺序对复合材料层板的分层缺陷面积有较大影响,当碳纤维层作为背层时,层板的分层缺陷面积为12 863. 6 mm2小于玻璃纤维层作为背层时(17 400. 5 mm2);当芳纶层作为背板时,混杂纤维复合材料层板冲击后分层缺陷面积与纯芳纶的相当(14 151. 0～14 927. 0 mm2)。混杂纤维复合材料对层板的抗弹冲击性能有较大影响,混杂后复合材料的弹道极限速度(v50)均有一定程度的提高,其中玻璃纤维/芳纶复合材料的v50从纯芳纶复合材料层板的193. 08提高至204. 33 m/s。将碳纤维层或玻璃纤维层作为着弹面层的混杂纤维复合材料层板具有更优异的抗弹冲击性能,其贯穿比吸能(BPI)均优于纯芳纶复合材料层板。     

树脂含量对F-8H3/602 芳纶复合材料性能的影响

探索研究了F-8H3/602芳纶织物增强树脂基复合材料层合板不同树脂含量对其冲击韧性、层间剪切强度及弯曲性能的影响,并采用显微镜及扫描电镜对破坏试样形貌进行观察。结果表明芳纶复合材料的树脂含量对其冲击韧性、层间剪切强度及弯曲性能影响较为明显,树脂含量为46.02wt%的芳纶复合材料层合板的0°冲击韧性为22 J/cm2、0°层间剪切强度为49.1 MPa、0°弯曲强度为506 MPa;在一定的树脂含量下,芳纶复合材料的0°冲击韧性、层间剪切强度及弯曲性能较90°的性能更优异;破坏试样的形貌表明纤维与树脂界面结合较为薄弱。     

热压罐成型变厚度层板缺陷研究

以S-2玻璃纤维／环氧648变厚度层板为研究对象，采用热压罐工艺成型，考察了不同铺层方式和阶梯宽度下缺陷的形成情况。研究结果表明，由于厚度梯度的存在，层板中容易产生纤维分布不均、富树脂、孔隙和分层缺陷，这与树脂的二维流动、纤维的滑移和结构的不对称性有关，铺层方式对各种缺陷影响显著。变厚度层板成型过程中倾角减小使得尺寸难以预测和控制，成型过程中应尽量避免树脂的流动。     

碳纤维/双马树脂复合材料整体成型过程分层扩展行为实验研究

针对复合材料构件热压罐成型过程中常见的分层缺陷,考察了整体成型工艺温度对分层扩展、QY8911双马树脂基体韧性及T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性的影响,并通过分层扩展断面形貌深入分析了复合材料整体成型工艺中分层扩展的路径和断面破坏模式,给出了复合材料整体成型工艺和结构设计的优化建议措施。结果表明,随着整体成型最高温度的升高,分层扩展程度增大,QY8911双马树脂基体的拉伸强度和拉伸模量逐渐降低,T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性逐渐增大;对分层扩展断面进行SEM扫描电镜分析发现分层扩展沿着层间开裂,断面内存在基体断裂和基体/纤维界面脱粘两种破坏模式,Ⅰ型层间断裂是复合材料整体成型工艺中分层扩展的典型微观特征。     

含分层损伤国产碳纤维CCF300与T300碳纤维复合材料层合板压缩失效模式

对含单个分层损伤国产碳纤维CCF300与T300碳纤维复合材料层合板进行压缩试验,通过对同种中等厚度含不同分层大小、不同分层位置的层合板压缩失效后的宏微形貌及超声波C扫描检测结果的分析,研究了分层大小及分层位置对于国产碳纤维及T300纤维复合材料层合板失效模式造成的影响,比较了两种纤维复合材料失效模式的异同.结果表明,预制分层在压缩过程中都发生了扩展,而分层位置是影响其压缩失效模式较为重要的因素.对于分层位置较深的层合板,其失效模式往往为首先发生分层扩展,进而子层板剪切屈曲失效.总的分析表明,国产碳纤维复合材料与T300纤维复合材料含分层损伤层合板的压缩失效模式基本相同.      

含金属预埋件碳纤维层合板在单向拉伸载荷作用下的强度分析

基于工程中金属预埋件在复合材料层合板中的应用情况,建立了含圆柱形金属预埋件和含阶梯形金属预埋件碳纤维/环氧树脂层合板的三维分析模型.层合板中的单层板简化为三维正交各向异性材料.采用有限元方法对单向拉伸载荷下含金属预埋件层合板进行了应力分析,给出了单层板各主方向应力分布和金属预埋件的VON MISES应力分布.基于复合材料单层板的最大应力强度准则给出了两种分析模型的极限载荷.分析结果表明,两种预埋件层合板模型的首次破坏均发生在90°铺层,破坏模式均为树脂基体拉伸断裂.圆柱形预埋件层合板的损伤位于中心孔边约12点钟位置,阶梯形预埋件层合板的损伤位于铺层与金属预埋件台阶面边缘约6点钟位置.由于不连续纤维含量较大,阶梯形预埋件的极限载荷比圆柱形预埋件小18.03％.     

Z-pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析

针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析.拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板:[0]6;[90]12;[45/0/-45/90]2S.模拟分析将根据引入Z-pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行,通过调整单元材料坐标系的1方向来模拟Z-pin周边纤维偏转.通过试验研究和模拟分析得出了Z-pin对3种层合板拉伸强度的影响程度.研究表明Z-pin引入造成的面内纤维含量降低(由树脂富裕区引起)和纤维方向偏转(包括纤维面内偏转和厚度方向卷曲)是层合板拉伸性能降低的主要原因.通过模拟分析进一步得出:对于[0]6铺层层合板,Z-pin插入引起的纤维面内偏转是面内拉伸强度降低的主要因素;对于准各向同性层合板,Z-pin插入产生的树脂富裕区(降低了纤维含量)是面内拉伸强度降低的主要因素.     

含孔复合材料层合板孔边应力集中的近似计算

针对含圆孔有限大复合材料层板的应力集中间题,提出一种计算孔边应力分布及应力集中系数的方法:先利用经典层板理论,将复合材料层合板化归为各向异性板;再将各向异性板等效转换为一偏轴拉伸的单向纤维层板;最后利用含圆孔偏轴单向板的孔边应力计算公式来分析一般铺层层合板孔边应力集中情况.根据所推导的含孔有限宽度复合材料层合板应力集中系数的表达式,分析讨论了板宽/孔径比、铺层比例、铺层方式、材料性能参数等因素对孔边应力集中的影响.     

缝合复合材料单层板的弹性常数分析

根据缝合层合板的细观几何特征,考虑因缝线穿过纤维导致纤维弯曲的近似正(余)弦曲线情况,建立了反映缝合复合材料层合板细观结构形式的单层板有限元模型。在此模型的基础上分析了T700/QY8911缝合单层板的有效弹性常数,并与未缝合模型进行了比较。有限元模型和实例分析说明利用有限元途径分析缝合单层板的有效常数是切实可行的,同时为缝合层合板/壳的有关常数的有限元分析奠定了理论基础。     

氰酸酯/线性酚醛/环氧树脂三元体系的研究

 在氰酸酯树脂/ 环氧树脂体系中引入了线性酚醛树脂,得到氰酸酯树脂/ 环氧树脂/ 线性酚醛树脂三元共聚体系。采用差示扫描量热法(DSC) 研究了三元共聚体系的反应动力学,根据Kissinger 方程和Ozawa 方程得到体系的表观活化能( Ea) :62. 94kJ / mol,确定了体系的反应速率常数K。比较了纯氰酸酯树脂、氰酸酯/ 环氧树脂体系和三元树脂体系玻璃布层压板的力学性能、介电性能以及吸湿率。结果表明,线性酚醛树脂用量为15wt %的三元体系复合材料的弯曲强度和层间剪切强度分别比氰酸酯/ 环氧树脂体系复合材料提高了6 %和15 %,介电损耗和吸水率分别降低了33 %和8 %。     

苯并噁嗪/ BMI/ 环氧树脂的固化动力学

制备了苯并噁嗪树脂/BMI/环氧树脂三元体系,采用动态DSC分析了三元体系的固化反应过程。并用Kissinger和Ozawa方法分别求得三元体系的反应活化能为89.5 kJ/mol。由Crane理论计算得到该体系的固化反应级数n=0.93级反应;根据计算的动力学参数,建立了三元体系的固化动力学模型。利用所建立的固化动力学模型分别预测了等温和动态条件下,三元体系的固化反应特性。得到了三元体系的固化工艺为180℃/1 h+200℃/2 h+230℃/2 h,后处理工艺为250℃/2 h。     

纳米晶Ni-Zn 铁氧体/ 环氧树脂复合材料的磁性能

采用喷射-沉淀法制备了纳米晶Ni-Zn 铁氧体粉料。在10 ~110 MHz 通过Agilent 阻抗仪测量纳

米晶Ni-Zn 铁氧体/ 环氧树脂复合材料磁导率。结果表明:600益下煅烧1. 5 h,喷射-共沉淀法制备Ni-Zn 铁

氧体晶粒尺寸约为30 nm;随着环氧树脂含量减少和成型压力增大,纳米晶Ni-Zn 铁氧体/ 环氧树脂复合材料

磁导率实部滋忆逐渐增大、虚部滋义逐渐减小;相同工艺条件下, Ni-Zn 铁氧体晶粒尺寸增大,磁导率实部滋忆逐渐

增大而虚部滋义减小,纳米Ni0. 4Zn0. 6Fe2O4 具有最佳磁导率。

     

芳纶纤维/环氧树脂的湿热老化

分析了芳纶纤维/环氧树脂分子链结构与聚合态结构,论述了湿热对芳纶纤维/环氧树脂性能的影响,指出了研究芳纶纤维/环氧树脂老化的方法。     

液体树脂灌注成型工艺中树脂流动前沿特性的估测和分析

 近年来树脂浸泡成型工艺(RIP)越来越多地应用到了航空复合材料制造业上。作为树脂浸泡成型工艺中一种新型的有着良好运用前景的液体树脂灌注 (LRI)成型工艺开始进入了人们的视野。为了增加对LRI工艺的认知和提高对其的监控能力,着重介绍如何在LRI工艺进程中监测树脂流体的流动前峰。树脂流体流动前峰的检测将依赖于一组放置在纤维层中的微型热电偶传感器来完成,通过与光纤传感器测量结果的比较,表明微型热电偶传感器可以利用测量纤维层中不同处的温度变化来监测树脂流体到达该处的时间。测量与分析结果大大提高了对LRI工艺中树脂流体在纤维层层面和沿纤维层厚度两个方向上流动特性的认识,并为将来的模拟计算和对此工艺的进一步研究奠定良好的基础。     

热塑性树脂改性环氧基体配方研究

对热塑性树脂聚醚酮（ＰＥＫ）改性环氧体系进行了探索性研究,结果表明,Ｅ－５１／ＰＥＫ体系有一定增韧效果,且耐热性没有下降,并对该共混体系的微观结构进行分析,从理论上初步分析了该共混体系的机理。ＱＪ１＾＃环氧／ＰＥＫ共混体系中,ＰＥＫ树脂包裹环氧树脂球形颗粒形成了网络－球粒结构,这种结构有一定的增韧效果。     

可溶性改性双马来酰亚胺树脂基体的研究

在双马来酰亚胺/二元胺/改性剂A预聚体系中加入环氧丙烯酸树脂,制备了一种可用作耐热复合材料基体的改性双马来酰亚胺树脂。用DSC研究了该树脂基体的反应特性,并制定出了合适的固化工艺参数:改性树脂基体经140℃/1 h 160℃/1 h 180℃/2 h初固化,于220℃/8 h后固化处理,其热变形温度(HDT)为245℃;该树脂与玻璃纤维制备的单向复合材料层压板的室温拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度分别为1 030 MPa、1 600 MPa和92．1 MPa;180℃下测得弯曲强度保持率为67．8%,层间剪切强度保持率为63．2%,用DMA法测得T_g为273℃。     

氧化石墨烯/多面体低聚倍半硅氧烷增强双马树脂合成及其性能表征

在酸掺杂条件下，原位合成了多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）插层氧化石墨烯（GO）的GO/POSS_C-I复合材料。通过SEM、XRD、IR等手段对合成材料进行表。征结果表明，大量具有核-壳结构的无机-有机杂化POSS纳米粒子插层至片层结构GO表面。在增强双马树脂固化过程中，GO/POSS_C-I良好分散于双马树脂基体中形成黑色均匀固化物。DMA试验结果表明，GO/POSS_C-I增强粒子对基体中有机碳链运动形成了显著的限制作用，提升材料热稳定性能，最佳玻璃化转变温度相比未增强双马树脂提升约127 ℃；同时，GO/POSS_C-I能够通过裂纹钝化或拨出效应，增强材料力学性能，弯曲强度和弯曲模量相比未增强双马树脂分别提升16.5 %和3.4 %。     

中温固化树脂／碳布复合材料工艺性能研究

采用树脂的粘度-温度曲线、凝胶时间-温度曲线、DSC法确定了树脂的固化工艺.比较了溶液法和热熔法制备的预浸料复合材料力学性能.结果表明,热熔预浸料复合材料湿热性能高于溶液预浸料.对复合材料断面进行扫描电镜分析,断面的纤维和树脂粘接良好.     

丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚AO80阻尼橡胶贮存稳定性研究

在丁腈橡胶(NBR)中添加酚醛树脂(PR)和受阻酚AO80,制备共混橡胶,采用示差扫描量热(DSC),傅立叶红外光谱(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)和粘弹谱仪(DMTA)等方法表征其结构,研究其阻尼机理.研究结果表明:在共混橡胶中,除NBR硫化交联网络外,还包含NBR/AO80的超分子氢键网络、NBR/PR的络合作用、AO80与PR分子间作用、AO80分子聚集体及在AO80相中的NBR分子等多种微观作用形式.复杂的分子作用形式使硫化胶分子间摩擦增大,提高了阻尼性能.但随贮存时间延长,AO80聚集结晶,造成硫化橡胶阻尼性能的不稳定.