CFRP二面角电磁散射特性分析

用时域有限差分(Finite difference-time domain,FD-TD)法分析计算了由碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)单向板组成的二面角的电磁反射特性.计算结果表明,碳纤维二面角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)对纤维方向和极化方向敏感.当两块板的纤维方向垂直时,对极化方向敏感度降低.     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

海水干湿循环对初始损伤RC梁力学性能的影响

沿海环境下的钢筋混凝土(RC)结构处于荷载作用和环境作用同时存在的工作状态且在正常条件下会出现不同程度的荷载损伤。为了在实验室内模拟其工作状态,对RC梁试件施加幅值分别为0.3P_u、0.4P_u、0.5P_u、0.6P_u和0.7P_u(P_u为单调加载梁的极限荷载)的初始荷载造成不同程度的损伤,经历120次海水干湿循环作用后,进行单调加载试验测试剩余力学性能,并对梁试件钻芯取样测试不同位置及深度处混凝土的氯离子含量。试验结果表明,不同程度初始损伤RC梁经历120次海水干湿循环后,其屈服荷载、极限荷载和延性均随初始荷载幅值的增加而降低;与无损伤梁试件相比,当初始损伤荷载为0.4P_u时,梁试件的屈服荷载和极限荷载降幅分别为10.4%和7.9%,随着初始荷载增大,屈服荷载和极限荷载快速下降,当初始损伤荷载为0.7P_u时,屈服荷载和极限荷载降幅分别达33.7%和32.4%。氯离子含量测试结果表明,梁试件混凝土受拉区氯离子含量均大于受压区氯离子含量;当初始损伤荷载小于0.5P_u时,受拉钢筋表面混凝土的氯离子含量差别不大且小于0.1%,当初始损伤荷载为0.7P_u时,钢筋表面氯离子含量最大达到0.14%。可见,初始荷载损伤与海水干湿循环综合作用对RC梁力学性能及耐久性劣化影响显著。     

HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的湿热行为

通过对低温固化HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料进行不同湿热环境处理以及3次循环吸湿-脱湿处理,研究其湿热行为。结果表明:复合材料在70℃水浸以及70℃/95%RH两种环境吸湿31 d饱和吸湿率分别为0.71%和0.11%,说明该低温固化氰酸酯树脂基复合材料有很好的耐湿热性;研究复合材料的循环吸湿-脱湿行为,发现复合材料在70℃水浴锅中第1次水浸10 d的吸湿率为0.69%,尚未达到饱和,而第2、3次水浸10 d后的吸湿率分别提高到0.72%和0.74%;复合材料的层间剪切强度随着循环次数的增加,降低更为明显,经过3次循环吸湿-脱湿之后试样的层间剪切强度较干态试样降低了50.77%,连续吸水60 d的试样层间剪切强度较干态试样降低了58.98%。     

海洋环境下三电极的电偶腐蚀仿真

为研究三电极的电偶腐蚀行为,测量了CF8611/AC531复合材料（CFRP）、7B04-T74铝合金（7B04）和镀锌30CrMnSiA钢（GSB）的极化曲线;开展了搭接件在模拟海洋环境下的全浸试验;设计了圆形三电极,推导了稳态腐蚀场和参数化扫描方程,建立了三电极和搭接件的电偶腐蚀模型。结果表明:稳态腐蚀场中的电势分布符合Laplace方程;电位最高的CFRP为阴极,最低的GSB为阳极,中间的7B04阴/阳极角色会随某一电极面积变化而转变,给出了转变的临界面积比,各电极表面电偶电流服从指数分布,相关系数近于1,拟合精度高;在搭接件中,搭接区电位和电流密度最高,并向两端对称递减,7B04和GSB均为阳极,电流密度分别提高约210倍和328倍,电偶腐蚀效应显著;搭接区7B04板全面腐蚀,厚度损失约1.011%;仿真所得点蚀敏感区宽度范围为3.9~7.6mm,实测所得宽度范围为4.667~8.872mm,二者范围、形状及变化规律吻合较好,表明模型有效、可靠。      

碳纤维复合材料电导率改性与抗雷击性能

传统碳纤维复合材料(CFRP)中的树脂基体电阻率大,在强电流下会产生大量阻性热从而造成损伤,增强其电导率能够有效提高CFRP的雷击防护性能。在树脂基体中添加银粉颗粒进行电导率改性,通过有限元仿真分析银粉含量对雷击防护性能影响,确定CFRP基体中的最佳银粉含量为38%。沿厚度方向电导率的改性效果最佳,提高了217.3倍。使用不同峰值的D波形雷电流对改性CFRP层压板进行模拟雷击实验,并对未改性以及表面铺设铜网的层压板进行相同能级的对照实验,通过目视损伤观察和透视超声扫描比较损伤特征和损伤面积,评估基体改性CFRP的抗雷击性能。结果表明:基体改性可以阻碍表面铺层被击穿,降低纤维断裂翘曲以及分层损伤;峰值电流20 kA、40 kA和60 kA下,铜网防护能使雷击透视损伤面积分别下降100%、86.61%和37.46%,基体改性整体防护能使雷击透视损伤面积分别下降84.02%、81.03%和40.91%。     

Laser joining of CFRTP to titanium alloy via laser surface texturing

Grid pattern was textured on Ti-6Al-4V alloy (TC4) substrate surface by nanosecond laser system. Laser joining of carbon fiber reinforced thermoplastic composite (CFRTP) to TC4 joints were performed, and the effect of texture grid depth was investigated. The contact angle of molten CFRTP on textured TC4 surface was measured and the tensile-shear force was tested. The fracture surface and interface morphology were observed. The results indicated that the wettability of molten CFRTP on TC4 surface improved remarkably after laser textured TC4. Shear force of CFRTP/TC4 joints was increased by 156% after laser textured TC4 surface. When the depth of grid was deeper than 100 μm, contact angle increased and incomplete filling of molten CFRTP in grid occurred, the shear force thus decreased gradually. Resin-carbon fibers mixture was adhered on the fracture surface of TC4, and the variation tendency of adhesion ratio was consistent with that of shear force. TC4 matrix was exfoliated from substrate and adhered at the fracture surface of CFRTP, indicating stronger mechanical interlocking occurred at the joining interface after laser textured TC4 surface. Beside mechanical interlocking, compound layer consisted of CTi_0.42V_1.58 carburization phase was also confirmed at interface, suggesting that chemical bonding also occurred at the joining interface.     

芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料的吸湿应力分析

利用Ansys有限元软件,采用纤维随机分布模型,对在环境温度t=80℃、相对湿度RH=90%条件下的芳纶纤维/环氧树脂复合材料吸湿后的水分分布进行了模拟计算,计算结果与从材料吸湿实验中所得到的结果基本一致。根据模拟计算得到的水分浓度场对复合材料内部的吸湿应力进行了研究。结果表明:有限元方法可以比较准确地模拟复合材料在湿热环境下的水分吸收过程;复合材料内的水分浓度随老化时间延长而增大,吸湿应力也随之升高,在纤维和基体界面处的应力最大,可达50 MPa以上。     

桥梁结构基于校验系数损伤程度的研究

利用ANSYS结构有限元动力分析计算,研究了完好及不同破损程度下混凝土粱的校验系数和频率的变化规律。通过对混凝土梁施加相同荷载等级在不同损伤程度情况下混凝土梁从完整到破坏校验系数的变化规律,建立了校验系数与损伤程度、粱的跨度之间的数学模型关系式,实现了简支混凝土粱无损快速检测。     

碳纤维复合材料低温热导率的实用计算方法

探讨和验证了碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）低温传热及低温热导率的一般规律、影响因素和计算方法;在分析讨论的基础上,总结归纳了热导率计算方法,并将计算结果与测试结果进行了比对,为设计、推算ＣＦＲＰ材料的低温热导率提出了实用的计算方法。