美国纺织复合材料在航空结构上的应用研究(二)

纺织复合材料具有整体性能好,力学结构合理,高的损伤容限和显著的抵抗裂纹扩展的能力,为复合材料应用于主承力结构件提供了广阔的前景。本文介绍了美国在航空结构上对纺织复合材料的应用研究情况。     

RTM/纺织复合材料孔隙率非线性超声方法研究

由于RTM/纺织复合材料在物理性能上呈现显著的各向异性,给材料的缺陷检测和评价带来困难,提出了一种用于RTM/纺织复合材料孔隙率的非线性超声检测方法.从非线性理论出发,运用非线性超声的二次谐波非线性系数进行RTM/纺织复合材料孔隙率检测.分析结果表明,二次谐波非线性系数的改变与试块的孔隙率之间存在着良好的线性关系,有助于建立RTM/纺织复合材料孔隙率的超声检测模型.     

三维纺织技术在航空航天领域的应用

在航空航天领域对高性能复合材料新需求的推动下,从20世纪80年代起,三维纺织技术得到了迅速发展。采用三维纺织预成型体增强的复合材料,具有优异的综合力学性能、更高的损伤容限以及卓越的抗烧蚀性能,为复合材料应用于主承力结构件和多功能结构件提供了广阔的前景。     

带缝合复合材料力学性能试验研究

对缝合复合材料的性能测试方法及应变计尺寸的选取进行了研究，初步确定了适用于缝合复合材料力学性能测试的最小应变计尺寸，并且初步给出了缝合参数对复合材料基本力学性能的影响趋势，为今后进行纺织复合材料的研究提供了必要的技术储备。     

纺织复合材料预制体变形研究综述

以具有良好整体性能的织物作为增强体的纺织复合材料克服了传统复合材料层间剪切强度低、抗分层能力差、开裂敏感等缺点,且具有优异的近净成形能力,易于成型。这些优点使得这种复合材料被越来越广泛地应用于航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。纺织预制体的可变形性对其渗透率及最终复合材料构件的力学性能有着重要的影响。简要介绍了二维和三维织物的结构特点;阐述了织物的拉伸、横向压缩、面内剪切和弯曲变形机理;基于数值模拟和试验方法,综述了国内外预制体变形研究的进展;最后,展望了预制体变形数值模拟的发展方向。     

二维和三维纺织结构复合材料弹性性能的研究

提出了预测纺织结构复合材料弹性模量的理论方法,该法考虑了结构中实际存在的纬向纤维束和经向纤维束的曲屈对纺织结构复合材料弹性性能的影响,建立了复合材料弹性性能与织物结构参数——纬向和经向纤维束平均取向角之间的关系;并通过实验测试考察了以二维和三维织物制备的碳纤维织物／环氧树脂复合材料的弹性性能,将弹性模量的理论计算结果和实验数据相比较,证明了所提出的计算模型是精确的     

缝合／RTM复合材料及其计算分析的工程方法

简要介绍了纺织复合材料及其计算分析的研发现状,介绍了缝合/RTM复合材料及其应用上的优越性。提出了缝合/RTM复合材料计算分析的工程方法,在对NASA的相关工作进行分析的基础上,得出了该方法工程可用的结论。最后,指出了我们今后要开展的相关工作。     

陶瓷/复合材料装甲板防弹机理分析

分析了纺织复合材料和陶瓷的低速冲击性能,并以此为理论基础,剖析陶瓷/复合材料装甲板受弹头冲击时的防弹机理,并建立此过程的动态分析模型,讨论和预测复合装甲的损伤和破坏,为复合材料在复合装甲上的应用和防弹能力预测提供理论分析依据。     

复合材料维编织工艺计算机辅助设计

复合材料三维编过近几年的发展，得到了显著的提高。本文论述运用计算机进行一维四步法纺织工艺辅助设计，主要包括纺织技术纱运动分析，织物结构模型和工艺计算三部分，文章分别从设计原理，设计思想，程序流程三方面进行说明。     

三维编织复合材料制造技术及力学性能研究进展

三维编织复合材料是利用纺织技术,通过编织形成干态预成形件,将干态预成形件作为增强体,采用树脂传递模塑工艺(RTM)或树脂膜渗透工艺(RFI),进行浸胶固化,直接形成复合材料结构。作为一种先进的复合材料,已成为航空、航天领域的重要结构材料,并在汽车、船舶、建筑领域及体育用品和医疗器械等方面得到了广泛应用。传统复合材料经典层合板理论已无法满足其力学性能分析,国内外学者建立了新的理论和分析方法。     

纤维缠绕的基本理论

本文总结了纤维缠绕复合材料中最基本的缠绕理论:定理十四条、推理与引理二十八条。它是由若干缠绕原则的实践上升为理论的。该理论与缠绕中使用的原材料、机械设备之先进程度无关。 可供从事纤维缠绕复合材料与纺织专业的设计、工艺、机械工程师、研究生、高校师生参考。     

三维编织结构复合材料的编织设计

三维编织技术是近几年新兴的用于制作复合材料的纺织技术，它具有两大特点：第一，三维编织是三维四向的整体结构，使织物具有优良的力学性能；第二，工艺原理简单。这两大特点使三维编织技术在复合材料领域得到了充分的肯定，利用三维编织工敢可以提供各种各样的规则形材、异形材的预制品；可以采用混编，分层编织方法提供不同性能的材料，三维异形整体编织技术为不同形状，不同性能要求的复合材料提供了实现的手段。     

三维整体编织碳/酚醛复合材料烧蚀表面状态测试与分析

为了更好地研究三维整体纺织碳／酚醛复合材料的成型工艺对材料烧蚀性能的影响，选用不同纤维体积分数和不同编织结构的碳／酚碳复合材料试样，进行烧蚀试验，利用TalyScan150型表面粗糙度测试仪对试样烧蚀后的表面进行测试，并采用多种分析方法对测试结果进行分析。从分析结果可以看出三维四向结构的碳／酚醛复合材料随着纤维体积分数的增加，烧蚀性能变好，较低纤维体积分数（50％）的三维五向结构碳／酚醛复合材料具有较好的烧蚀性能。     

孙晋良中国著名复合材料、特种纺织材料专家

M:您长期从事碳/碳复合材料及特种纺织材料等方面的研究工作,主持研制的新材料已成功用于多种固体火箭发动机喷管系统及防热系统,可以说为我国航空航天领域做出了巨大贡献.请您具体介绍一下您的研究工作和应用情况.     

不同织构纤维增强SiC基复合材料的抗损伤性能

以四种织构纤维编织体(2.5D,三维四向,三维五向,三维六向)增强的SiC基复合材料为研究对象,研究不同织构纤维编织体损伤给复合材料结构带来的影响,并从纺织学角度分析此种现象.结果表明,2.5D织构纤维编织体结构整体性较好,在表层纤维受损的情况下,依旧保持良好的三维整体性,所制备复合材料抗损伤性良好.而三维四向、三维五向和三维六向织构纤维编织体结构整体性较差,在表层纤维受损的情况下,纤维编织体的整体性遭到致命破坏,复合材料出现低应力断裂,抗损伤性很差.     

纺织复合材料细观力学分析的一般性周期性边界条件及其有限元实现

针对纺织复合材料细观有限元分析中单胞网格的快速生成与顺利施加周期性边界条件之间的矛盾,提出了非周期性网格划分条件下,一般性周期性边界条件的数学表达形式.基于ABAQUS有限元软件平台,通过在单胞模型的相对面、相对边及相对角点施加多点约束(MPC)方程,实现了一般性周期性边界条件的施加.结合三维四向编织复合材料单胞模型,对比分析了周期性网格划分和非周期性网格划分情况下,单胞模型受载下的变形状态、应力分布及弹性性能的预测结果,验证了一般性周期性边界条件的正确性和有效性.研究表明:一般性周期性边界条件可以实现复杂细观结构单胞模型的自由网格划分,降低网格划分的难度,提高网格生成的质量.     

层合复合材料z-pinning增强技术的力学进展

z-pinning技术是自20世纪90年代中期发展起来的一种增强层合复合材料层间韧性的新技术。此项技术通过在层合板内嵌入体分比小于5%的z-pin,能使层合板的I型层间断裂韧性提高十几倍,减少50%由低能量冲击所产生的层间分层,并且只造成层合板面内拉压强度的少量退化或不退化。同时,z-pinning技术较之其他层间增强技术,如编织、纺织和缝合技术等,又具有易于加工,且便于控制工艺质量等优点。因此,这一技术在近年来逐渐受到重视,并在一些航空、航天复合材料结构中得到了应用。简要介绍了z-pinning技术的工艺特点,重点综述这一领域细观力学模型与实验测试等力学分析工作的最新进展,并对准确评估z-pin力学行为的研究工作进行了展望。     

复合材料在商用发动机作动系统中的应用分析

先进飞机及其发动机的需求是复合材料发展的强大推动力。基于复合材料的特点以及在航空中的应用情况,提出了发动机作动系统对复合材料的需求。根据商用发动机作动系统的定义与范围,详细论述了该系统未来发展方向对复合材料的应用需求。通过对比分析复合材料在国内外发动机作动系统中的应用现状,提出了钛基复合材料、Si C复合材料、变形记忆合金复合材料、压电功能复合材料等先进复合材料的应用发展方向,为中国商用发动机作动技术的发展提供相关建议。     

复合材料胶接技术的研究进展

回顾了高聚物基体复合材料胶接技术的研究进展情况。总结了用于提高复合材料胶接强度的工艺、胶黏剂材料以及影响胶接耐久性的因素。胶接材料包括热固性和热塑性复合材料以及复合材料和金属之间的胶接。复合材料胶接的性能因复合材料的种类、胶黏剂的种类、表面处理技术的不同而有较大差异。为了获得兼顾高强度和耐久性的复合材料胶接制件,应在胶黏剂和复合材料体系选择、复合材料表面处理技术、胶接体系的试验评估和胶接设计方面开展大量的工作。     

碳纳米管增强复合材料研究进展

介绍了碳纳米管的结构、性能等特点，综述了碳纳米管在金属基复合材料、聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料中的应用研究情况，并对今后碳纳米管复合材料的发展趋势进行了展望。