纤维复合材料刚度设计的力学原理及其应用

针对航空用纤维复合材料,基于纤维与基体的协调变形规律和材料应变能密度的计算,导出了纤维复合材料的刚度表达式,研究了刚度矩阵的基本力学特性,给出了复合材料刚度矩阵元素与基体材料的刚度、纤维束的刚度及铺设方向的关系,提供了平面铺层和三维取向纤维复合材料的基本刚度设计公式和设计方法。最后给出工程应用设计方法的几个具体例子,并与其他理论和实验结果进行了对比。研究结果表明,在考虑材料制备工艺缺陷造成的刚度折减后,本文提出的设计公式及方法可应用于纤维复合材料的优化设计。     

原位合成TiB_2/6351复合材料热压缩变形特性

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对原位合成TiB2(质量分数,8%)/6351复合材料在不同变形温度和不同应变速率条件下的热变形特性进行了研究,利用透射电镜(TEM)和光学显微镜分析了压缩后试样的微观组织.结果表明, 材料的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;材料的流变行为主要表现为加工硬化、动态回复和动态再结晶;相应的显微组织特征为:位错网络、混乱的位错团和胞状结构,亚晶及等轴晶.在应变速率和变形温度均较低时,增强体颗粒周围的基体中形成高密度位错区,但随变形温度的升高而减少;在应变速率较高时,增强体颗粒和基体的界面处开裂甚至增强体颗粒本身发生破碎.     

KH550修饰碳纳米管增韧环氧树脂的研究

利用偶联剂KH550对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行化学修饰,并制备了MWCNTs/环氧树脂纳米复合材料.研究了不同含量的MWCNTs对纳米复合材料力学性能的影响.研究结果表明,MWCNTs表面成功接枝上了一定量的KH550,将其加入环氧树脂基体可大幅提高复合材料的力学性能.当添加量达到0.5%时,复合材料的力学性能最好,冲击韧度和弯曲强度较纯环氧树脂分别提高了85.3%和21.6%.扫描电镜结果显示,复合材料由脆性断裂转变为韧性断裂.     

碳/碳复合材料表面纳米HAp/壳聚糖生物复合涂层的制备

以声化学法合成的纳米羟基磷灰石(HAp)为起始原料,以异丙醇作为分散介质,采用水热电泳沉积法在经壳聚糖(CS)溶液改性后的碳/碳复合材料(C/C)表面沉积纳米HAp/CS生物复合涂层.重点研究了水热条件下沉积电压对复合涂层的晶相组成、形貌和结构的影响规律.采用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所制备的涂层进行表征.结果表明:随着沉积电压的升高,涂层更加致密和均匀;同时水热环境有利于纳米HAp晶粒的生长,制备出的HAp/CS复合涂层不需要后续热处理.     

改性双马来酰亚胺树脂在RFI工艺中的应用

通过在改性双马来酰亚胺5405树脂中加入耐高温热塑性塑料聚芳醚砜(PES),获得了满足RFI工艺要求、具有良好成膜性的5405A树脂膜.该树脂膜在室温不粘手,能够任意弯曲.在熔渗温度(130℃)下,低黏度(≤500mPa·s)的保持时间长达70min.在宦温存放3个月后,不溶物含量由1.25%变化为2.02%,DSC曲线表明反应的峰始温度和峰顶温度与放置前无明显差异,130℃凝胶时间由137min变化为135min.参照5405树脂的固化工艺,制备了5405A树脂浇铸体和单向碳纤维帘子布(G0827)增强5405A复合材料,并对性能进行了评价.对比5405和5405A树脂树脂浇铸体的性能表明,5405A力学性能稍有降低,但韧性得到了明显提高.     

复合材料层合板激光烧蚀后的三维逐渐损伤分析

基于ANSYS平台,针对复合材料层合板经激光烧蚀后造成损伤,建立参数化三维逐渐损伤模型对其进行强度分析.采用宏观应力的三维Hashin失效准则,判定层合板材料的损伤模式;对层合板材料性能进行逐步退化,运用总体破坏准则判定其失效.分析过程中,综合考虑了不同损伤模式及其相互关联性.结果表明,该方法能较好预测含损伤复合材料层合板的强度及破坏模式.     

浸渗时间对C/C-SiC复合材料显微结构和力学性能的影响

采用反应熔体浸渗法,经不同的浸渗时间渗Si制备了3种不同的C/C-SiC复合材料,测试了材料的增重率、体积密度、断裂韧性及三点弯曲强度,分析了材料的物相组成,并观察了材料的显微结构.结果表明,在得到的C/C-SiC复合材料中,主要存在纳米级和微米级2种尺度的SiC颗粒,随着浸渗时间延长,材料的体积密度和SiC含量随之增加,但抗弯强度随之降低.浸渗时间从0.5 h延长到5 h,材料的密度从2.16 g·cm-3增加到2.21 g·cm-3,SiC的质量百分含量从21.54%增加到31.72%,三点弯曲强度从133 MPa下降到86 MPa,3种复合材料均表现出一种类似于金属材料的非脆性断裂行为,断裂应变约为1.3%,断裂韧性为9～10 MPa·m1/2.     

用于共注射RTM工艺的环氧树脂和酚醛树脂的工艺特性

研究了用于共注射RTM工艺制备承载/隔热/防热一体化复合材料的酚醛树脂和环氧树脂的工艺特性.以苯并噁嗪为防热层的酚醛树脂基体,研究得到了满足共注射工艺条件的环氧树脂体系并确定了共注射的工艺窗口.研究结果表明,以E-44为基体树脂、以GA327改性芳胺为固化剂所构成的环氧树脂体系可作为承载层的基体树脂和苯并噁嗪树脂进行共注射,其共注射的工艺窗口温度为85～90 ℃,在此温度范围内,环氧树脂体系和低粘度保持时间大于20 min,满足了共注射RTM成型一体化复合材料的基本工艺要求.     

模压压力对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料性能的影响(英文)

采用普通液压机和新型高效的模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备出了高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料.研究了模压压力对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度的影响趋势,并探讨了复合材料的体积密度与抗压强度之间的相互关系.结果表明,增大模压压力,沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度随之明显增加;继续增大模压压力,体积密度仍然呈上升趋势,但抗压强度却突然下降;沥青基炭复合材料的体积密度越高,其抗压强度未必也就越大.     

压力对天然气为前驱体制备C/C复合材料的影响

研究了以天然气为前驱体制备C/C复合材料时,前驱体压力对致密化速率及热解炭显微结构的影响.通过偏光显微镜测量单根炭纤维上所沉积的热解炭厚度,并观测不同区域的热解炭显微结构.实验结果表明,在沉积温度为1 100 ℃时,当前驱体压力从1 kPa提高到10 kPa时,C/C复合材料的密度从1.10 g/cm3增加到1.52 g/cm3,密度梯度减小,同时热解炭的结构出现SL到RL的转变.