Analysis on the Bonding Failure Mechanism of High Modulus Carbon Fiber Composites

In order to explore the bonding failure mechanism of high modulus carbon fiber composite materials， the tensile experiment and finite element numerical simulation for single-lap and bevel-lap joints of unidirectional laminates are carried out， and the stress distributions， the failure modes， and the damage contours are analyzed. The analysis shows that the main reason for the failure of the single-lap joint is that the stress concentration of the ply adjacent to the adhesive layer is serious owing to the modulus difference， and the stress cannot be effectively transmitted along the thickness direction of the laminate. When the tensile stress of the ply exceeds its ultimate strength in the loading process， the surface fiber will fail. Compared with the single-lap joint， the bevel-lap joint optimizes the stress transfer path along the thickness direction， allows each layer of the laminate to share the load， avoids the stress concentration of the surface layer， and improves the bearing capacity of the bevel-lap joint. The improved bearing capacity of the bevel-lap joint is twice as much as that of the single-lap joint. The research in this paper provides a new idea for the subsequent study of mechanical properties of adhesively bonded composite materials.     

复合材料双钉胶螺混合连接接头多参数优化设计北大核心CSCD

为提高复合材料双钉胶螺混合连接接头的承载能力,本文结合实验和有限元方法,利用ABAQUS建立了有限元模型并验证了其可行性,基于代理模型和遗传算法,对碳纤维复合材料板与钛合金板双钉混合连接结构的板宽、端距和孔距等参数开展了多参数优化设计。结果表明:二次多项式代理模型的预测结果精度最高;与优化前试验得到的常规混合连接接头的载荷性能相比,优化后的结构承载能力提升了44.35%。     

PBO纤维复丝制备与可靠性分析

通过PBO纤维复丝浸胶树脂配方研制与设计试样规格等方法,进行了PBO纤维复丝制备与可靠性研究。采用扫描电子显微镜(SEM)表征PBO表面形貌;利用X射线光电子能谱表征纤维表面与树脂配方化学特征;通过差示扫描量热法(DSC)对树脂配方进行固化动力学分析;利用动态热机械分析(DMA)对树脂配方热稳定性进行了表征;通过浇铸体力学性能分析树脂配方机械性能;通过PBO纤维复丝拉伸性能进行可靠性分析。结果表明:研制的FS-J树脂配方与PBO纤维匹配性高,浸润均匀,存储适用期长,端头补强牢固,制样周期短,复丝拉伸强度、弹性模量和延伸率数据平稳,波动性低,拉伸强度离散率3%,测试可靠性高,可保证高质量、高效率、高稳定性的进行PBO纤维力学性能评价。     

TG800碳纤维/双马树脂基预浸料等温固化动力学

为复合材料成型工艺参数制定提供准确信息,采用动态力学分析法(DMTA)对国产TG800碳纤维/802双马树脂基预浸料等温固化动力学进行研究,根据损耗模量E″在恒温扫描过程中出现的拐点可准确确定固化凝胶点。以储能模量E′相对增长率为固化反应速率指标,考察不同恒温阶段反应程度增长模式,并建立了固化反应动力学模型。分别采用Hsich非平衡热力学涨落理论和Avrami方程对预浸料固化反应过程中活化能变化规律进行分析。结果表明:Hsich理论得出TG800/802预浸料反应活化能为49. 5 kJ/mol;Avrami方程得出恒温阶段前期活化能均小于后期,且温度越高对应活化能越低。TG800/802在200℃恒温时前期活化能为78. 8 kJ/mol,小于后期109 kJ/mol,温度升高至240℃后活化能降至32. 4 kJ/mol。通过计算不同恒温阶段固化度佐证了双马树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h的可行性,为TG800/802预浸料的工程化应用提供了技术支撑。     

后处理温度对邻苯二甲腈基复合材料高温性能的影响

制备了MT300/邻苯二甲腈复合材料,分析了不同后处理温度对其在室温和400℃下力学性能的影响。结果表明,复合材料的后处理温度由315℃提高到330℃,会使其室温下的弯曲强度和模量明显提高;但继续提高后处理温度至375℃,室温下的弯曲强度则不断下降而弯曲模量未出现显著变化;在400℃的测试温度下,复合材料的弯曲强度、模量和压缩强度则均随后处理温度提升逐步提高。复合材料的室温压缩性能随后处理温度升高呈下降趋势,但在350℃处理后其室温压缩强度又出现明显上升。室温、400℃下层间剪切强度则均随后处理温度由315℃升高至375℃而呈先下降后上升趋势。     

国产高模碳纤维/环氧复合材料在太阳翼基板上的应用研究

基板是空间太阳电池阵电池电路的安装基础，“上下碳纤维复合材料网格面板+铝蜂窝芯+聚酰亚胺膜”是基板的典型结构。高模量碳纤维作为太阳翼核心关键原材料，必须实现自主可控，避免受制于人。为此，开展了国产高模碳纤维CCM40J-6K/环氧复合材料在太阳翼基板上的应用试验研究，提出了CCM40J-6K/环氧复合材料在产品应用上的宏观力学、微观网格抗拉脱、聚酰亚胺膜粘贴等三个关键环节，针对性地设计并实施了常温和高低温交变力学性能、网格面板节点结合力、聚酰亚胺膜粘贴性能以及基板结构热循环性能等5个方面的测试验证。验证结果表明：CCM40J-6K太阳翼基板各项力学性能与进口M40JB-6K相当，可以沿用原M40JB-6K相关基板成型工艺，单层及多层铺层基板试验件能够经受高低温交变及热循环恶劣环境，试验件试验前后力学性能无明显变化，且聚酰亚胺膜无脱粘现象，网格节点拉伸强度国产碳纤维网格面板相比进口碳纤维网格面板高18.9%。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳翼基板结构研制。     

基于模式分集的星地激光通信技术研究

针对星地激光通信的大气湍流导致信号光损伤这一问题，实验搭建了一种能够补偿大气湍流的空间激光通信系统，采用模式分集接收结合最大比合并方法对大气湍流进行补偿，采用相干探测技术对高阶调制信号进行光电探测。在不同湍流强度下进行了传输实验，结果表明：模式分集空间激光通信系统的性能相比较于单模光纤接收系统有较大提升，随着湍流强度的增加，性能提升更加显著。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标误码率情况下，模式分集系统相比单模光纤接收系统分别降低了约4.2 dB、5.1 dB 和 5.5 dB的链路损耗。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标中断概率下，模式分集接收系统相比单模光纤接收系统分别降低了约3 dB、5.9 dB 和 4.3 dB的链路损耗。     

碳纤维增强复合材料力学性能退化及失效过程的研究进展

碳纤维增强复合材料（CFRP）内部损伤的不确定性及异质材料多模式损伤耦合的复杂特性，严重制约了构件的低冗余设计以及在苛刻环境下的长寿命可靠应用。随着试验和数值模拟手段的不断进步，有力推动了碳纤维增强复合材料力学性能退化及失效过程的研究，本文在总结国内外复合材料损伤行为研究的基础上，概述了静态、冲击、疲劳载荷以及湿热环境对CFRP损伤演化及失效行为的影响，对CFRP的多种损伤模型、试验方法及所取得的成果进行归纳，并展望了高精度仿真预测建模分析及各向异性材料复杂损伤模式的损伤机理分析等方面的研究发展趋势。     

碳纤维陶瓷基复合材料的磨削加工研究进展

综述了磨削参数、纤维方向、不同加工方式以及其他因素对磨削力和表面质量的影响规律；总结了不同加工方式下的碳纤维陶瓷基复合材料的磨削机理；展望了碳纤维陶瓷基复合材料磨削加工的研究方向。     

空芯光子晶体光纤熔接技术研究

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)因其利用纤芯的空气导光而具有高损伤阈值、低损耗、低色散、低非线性等优点。此外,HC-PCF纤芯中空气的折射率温度系数、Verdet系数、Kerr系数远小于石英,在光纤陀螺中有独特的优势。但是在向实际应用迈进的过程中,必须要解决HC-PCF与普通单模光纤以及自身简便、低损耗的熔接问题。基于热致扩芯技术和过渡光纤两种模场匹配方法,研究了HC-PCF和普通单模光纤之间的熔接问题,将两者的熔接损耗由直接熔接的1.4dB降至0.73dB。此外,研究了HC-PCF与其自身的熔接,通过两步放电熔接法,得到高强度低损耗的熔点,熔接损耗为0.52dB。