胶接修复对碳纤维复合材料层合板挠度的影响

为了研究胶接修复对碳纤维复合材料层合板弯曲挠度的影响，试验设置了阶梯搭接和斜面搭接两种搭接方式，通过三点弯曲实验和数字图像相关技术（DIC）来研究胶接接头的弯曲变形情况。结果表明，在相同搭接长度下，阶梯搭接试件的失效载荷和弯曲强度均低于斜面搭接试件；试件的弯曲挠度与强度和搭接长度有关，搭接长度越长，弯曲强度越高，而弯曲挠度越小。由此表明，搭接长度越长，胶接层合板的强度越高，但不利于层合板的柔性变形。     

注胶法修复5228A/ CF3031 层压板力学性能研究

针对5228A/ CF3031 层压板生产过程中可能产生的缺陷,设计并制造了孔径超差、不圆孔、孔径
分层、孔边打磨过分、边缘分层等5 种常见缺陷,并采用注胶法对5 种缺陷进行修复。采用ASTM 标准对无缺
陷试样、缺陷试样、修复试样的拉伸、压缩、弯曲、纵横剪切和层间剪切强度进行了测试,并对试样进行了光学显
微镜观察。研究表明孔径超差对拉伸、压缩、弯曲强度影响较大,缺陷试样强度分别下降了11. 1%、13. 8%、
14.4%;孔边打磨过分对纵横剪切强度影响较大,缺陷试样纵横剪切强度下降了25. 6%;边缘分层对层间剪切
强度影响较大,缺陷试样层间剪切强度下降了27. 3%。采用注胶法修复后,5 种缺陷试样的力学性能均有一定
程度的提高。相比而言,修复后层压板抵抗拉伸、压缩、层间剪切等小形变破坏的效果显著;抵抗弯曲、纵横剪
切等大形变破坏的效果不理想。     

提高胶粘剂质量一致性检验准确率的相关研究

为降低表面质量对粘接副力学性能的影响,提高胶粘剂质量一致性检验的准确率,对胶接试片的表面处理进行了相关研究。针对LY12-CZ铝合金不同的表面处理状态和不同的胶粘剂体系开展了研究,结果表明,磷酸阳极化铝合金粘接副的拉剪强度比未阳极化铝合金粘接副拉剪强度提高了50%,剥离强度提高了162%。磷酸阳极化铝合金剪切试件和剥离试件的破坏模式均为内聚破坏,而未阳极化处理的铝合金剪切试件的破坏模式为混合破坏。     

国产中温固化热破胶膜性能

考察了一种适用于卫星太阳翼基板的国产中温固化胶膜的胶接性能和热破工艺性,并分别采用国产和进口胶膜,利用胶膜热破施胶方法制备了碳纤维网格面板/铝蜂窝芯夹层结构,对其弯曲性能进行评价。结果表明,国产胶膜的室温拉伸剪切强度（铝基材）为34.9 MPa,150 ℃时拉伸剪切强度降为10.2 MPa,-150 ℃时拉伸剪切强度降为30.4 MPa。碳纤维复合材料作为胶接基材时,室温拉伸剪切强度为17.5 MPa,破坏模式为基材分层破坏和胶黏剂内聚破坏的混合破坏模式。国产胶膜具有良好的热破工艺特性,在合适的工艺条件下,破孔率优于99.9%,90°板-芯剥离强度为15.4 N/cm;采用国产胶膜制备的蜂窝夹层结构的弯曲性能与采用进口Redux312UL的接近,弯曲刚度为1.94×10⁸ N·mm²,弯曲强度为35.7 MPa。     

三维全五向编织复合材料的切边效应

对切割与未切割的三维全五向(3DF5D)编织复合材料进行了纵向拉伸力学性能研究。首先分别对2种编织角下3种不同情况(未切割、沿厚度方向切边和沿宽度方向切边)的试件进行了力学性能实验,实验结果表明,沿着厚度方向切边使材料的刚度和强度分别下降了约10%和25%;沿着宽度方向切边使材料刚度和强度分别下降了约3%和18%;进一步通过有限元数值模拟对上述实验过程进行了仿真计算,得到了单胞的损伤演化过程、破坏机理以及应力-应变曲线。最后对实验结果和计算结果进行了对比,结果显示二者吻合良好。研究结果表明,三维全五向编织复合材料的编织角越大,拉伸刚度和强度会越小;试件尺寸越大,厚度方向和宽度方向切边的影响越小,并趋于定值。     

修复金属板裂纹的复合材料补片正交优化

基于Abaqus软件建立了金属板裂纹复合材料补片修复结构的有限元模型。以应力强度因子(SIF)为判据,利用L9(34)型正交实验考察了各补片参数对修复效果的影响。结果表明:在99%置信度水平下,补片厚度的贡献率为68.77%,铺层顺序的贡献率为29.59%,而补片长度对修复效果的影响不明显。结合工程应用实际与正交分析结果,利用设计好的补片对含中心贯穿裂纹的铝合金板进行了修复,并对修复结构进行了静强度测试。结果表明:修补后静强度为未修复裂纹板的1.32倍,恢复至完好板的97.2%,延伸率为未修复裂纹板的2.24倍,恢复至完好板的50.7%。结论:选用长度为40 mm,厚度为1.2 mm,铺层顺序为[0°/90°]s的正方形补片时修补效果最好。     

飞机液压导管及连接件弯曲疲劳试验台的研制

液压导管及连接件的弯曲疲劳寿命的长短直接影响到整个飞机的安全,疲劳破坏被称为飞机安全的"杀手",是航空领域非常关注的一个问题。为了准确测验出飞机液压导管及连接件弯曲疲劳寿命,根据航空部有关标准,在参考目前国内外其他类型弯曲疲劳试验台的基础上,我们为某研究所设计了一套包含液压系统、振动台、力加载装置、计算机控制等在内的一套自动化程度非常高的测试系统。该系统能同时对6个带内压的试件进行弯曲疲劳寿命试验,并具有压力告警、采集、存储、显示及故障报警功能。提高了试验效率,为同类产品的设计起到了一个引领作用。     

基于增材制造的多层金字塔点阵夹芯板抗压缩性能

基于增材制造工艺制备多层金字塔点阵夹芯板,并根据标准测试方法进行准静态平压破坏实验,得到多层金字塔点阵结构的抗压缩强度。结果表明:制备的金字塔点阵结构抗压缩性能的稳定性非常好,载荷-位移曲线变化规律基本一致;试件的点阵胞元节点处首先进入塑性,之后中间两层点阵在节点处发生断裂,试件平压强度的平均值为6.72 MPa;由于成型工艺的限制,杆件"背面"质量较差,实际杆件的直径小于理论值,导致平压强度的实验结果小于理论和仿真分析值;理想化假设导致理论分析的平压强度结果与实验结果相差较大,而仿真结果与实验结果误差较小,可以控制在20%左右,满足工程精度要求;通过对比载荷-位移曲线和典型载荷下的结构变形情况可知,仿真分析可以较准确预测该点阵结构的压缩行为。     

复合材料层合板挖补修复工艺研究

针对不同挖补斜度的复合材料层合板使用韧性胶黏剂Araldite~@2015,对修补后的试件使用弯曲和拉伸性能进行评价。结果表明:铺层方式为[±45°]_(4s)层合板在弯曲载荷作用下修补后修补效率最高能达到119.6%,拉伸载荷作用下修补效率最高能达到71.4%;铺层方式为[0°/90°]_(4s)层合板在弯曲载荷作用下修补后修补效率最高能达到82.1%。结果可为实际修补提供依据和指导。     

玻璃纤维复合材料层合板充填孔压缩力学性能研究

为研究玻璃纤维复合材料开孔以及充填孔对层合板压缩性能的影响，本文对填充孔、无孔和开孔的复合材料层合板进行了压缩实验。此外，采用两种不同材料和铺层建立了六种结构对应的三维有限元模型（FEM）用于损伤演化分析。结果表明，两种开孔试件的压缩强度比无孔试件分别降低了40.48%和31.34%；两种充填孔试件的压缩强度比开孔试件分别高54.55%和36.95%，仅略低于无孔试件。有限元计算得到的压缩强度与试验结果的误差仅为8.03%。仿真计算结果表明间隙配合均会降低充填孔结构的压缩强度；而对FH-2试件来说，当干涉量大于90μm时，同样也会降低充填孔结构的压缩强度。     

引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型

中性层偏移是表征管材弯曲内外侧不均匀变形程度的关键参数。基于弯管截面力矩平衡条件,建立了引入材料参数的管材弯曲变形中性层偏移解析模型,针对管材数控绕弯和压弯过程对所建模型从多个方面进行了评估,研究了不同几何和材料等管材本征参数下的管材弯曲中性层偏移规律。结果表明:应用于TA18钛管数控绕弯,发现所建解析模型与已有解析方法预测精度相当,但能考虑材料参数影响,且相较于有限元模拟,本文解析模型更接近实验结果;应用于A6063铝合金管和AZ31镁合金管压弯过程,并与Hasegawa解析方法相较,发现本文解析模型能够准确预测拉压不对称对压弯中性层偏移的影响;弯曲半径减小,弯管直径增大,中性层向弯曲内侧移动;拉压屈服强度比减小,厚向异性指数增大,中性层向弯曲内侧移动。     

民用飞机管路件弯曲工艺分析

运用有限元数值模拟方法来模拟工艺过程、指导工艺试验、辅助工艺参数选择是有效提高设计效率的重要途径。采用有限元法对Ti-3Al-2.5V导管弯曲这一典型导管制造工艺进行了过程分析,为合理选取导管弯曲半径和弯曲角度提供依据,也为在导管弯曲工艺设计中引入有限元数值分析方法提供借鉴。     

环氧类反应性低聚体对聚碳酸酯/热致液晶聚合物原位复合体系的增容改性研究

以少量环氧类低聚体作增容剂，考察了其对聚碳酸酯／半芳族热致液晶聚合物（PC／TLCPA1）体系的增容改性作用。DSC及SEM测试结果表明，少量增容剂的加入明显改善了原位复合体系的相容性。力学性能测定结果表明，当增容剂加入到含有20％LCAPA1的复合体系后，复合体系的拉伸强度和弯曲强度均有一定程度的提高。     

纤维缠绕角度对CFRP-Al混合圆管横向受载性能影响

基于准静态横向弯曲试验对缠绕工艺下制备的CFRP/Al混合圆管进行抗弯性能和吸能特性研究,分析了混合圆管的破坏模式,基于不同纤维缠绕角度的碳纤维复合材料-铝合金混合圆管三点弯曲试验结果,通过有限元仿真方法研究了内层纤维缠绕角度对其横向抗弯与吸能特性的影响。试验结果表明,CFRP-Al混合圆管横向载荷下的失效形式、损伤模式与纯铝管基本保持一致,但受纤维缠绕角度的影响失效形貌略有差异。纤维缠绕角度越小,CFRP-Al混合圆管的抗弯性能和吸能性越好,同时压溃效率(CFE)明显降低。基于验证的有限元模型,研究不同角度纤维缠绕内层对于表层纤维层的应力传递影响,小角度缠绕内层对于管件的轴向拉伸变形抑制增加了管件整体峰值载荷与吸能作用,大角度缠绕内层对于管件环向刚度的提升增加了整体压溃效率。依此分析可为合理设计CFRP-Al混合管提供有效依据。     

Effects of pore structure and distribution on strength of porous Cu-Sn-Ti alumina composites

Porous Cu-Sn-Ti alumina composites were fabricated by sintering Cu-Sn-Ti alloy powders, graphite particles, and alumina hollow particles agent. The effects of the pore structure and distribution on the composites strength were evaluated. Different pore distributions were modeled by using finite element analysis to investigate the tensile strength of the composites. Furthermore, a fractal analysis-based box-covering algorithm was used on the Cu-Sn-Ti alumina composites topology graphs to better investigate the pore structure and distribution. Results obtained show that different sizes and concentrations of alumina hollow particles could result in different porosities from20% to 50%. A larger pore size and a higher pore concentration reduce the strength, but provide more space for chip formation as a bonding material of a grinding wheel. The body-centered pore structure of the composites shows the highest stress under a tension load. The original composites topology graphs have been transformed to ordered distributed pore graphs based on the total pore area conservation. The information dimension magnitude difference between the original topology graphs and the ordered distributed circulars graphs is found to be linear with the Cu-Sn-Ti alumina composites strength. A larger difference renders a lower flexural strength, which indicates that uniform ordered distributed pores could benefit the composites strength.     

‘Size effect’ related bending formability of thin-walled aluminum alloy tube

Aluminum alloy (Al-alloy) thin-walled (D/t > 20, diameter D, wall thickness t) bent tubes have attracted increasing applications in many industries with mass quantities and diverse specifications due to satisfying high strength to weigh ratio requirements of product manufacturing. However, due to nonlinear nature of bending with coupling effects of multiple factors, the similarity theory seems not applicable and there occurs a challenge for efficient and reliable evaluation of the bending formability of thin-walled tube with various bending specifications. Considering the unequal deformation and three major instabilities, the bending formability of thin-walled Al-alloy tube in changing tube sizes such as D and t are clarified via both the analytical and FE modeling/ simulations. The experiments of rotary draw bending are conducted to validate the theoretical models and further confirm ’size effect’ related bending formability. The major results show that (1) The anti-wrinkling capability of tube decreases with the larger D and smaller t, and the effect significance of t is larger than that of D even under rigid supports; (2) The wall thinning increases with the larger D and smaller t, and this tendency becomes much more obvious under rigid supports; (3) The cross-section deformation increases with the larger D and smaller t according to the analytical model obtained intrinsic relationship, while this tendency becomes opposite due to the nonlinear role of mandrel die; (4) The size factor D/t can be used as a nondimensional index to evaluate both the bending formability regarding the wall thinning and cross-section deformation.     

用有机硅树脂YR3370连接RBSiC陶瓷

 以一种聚硅氧烷类有机硅树脂YR3370(GE Toshiba Silicones)为连接剂，连接了反应烧结SiC(RBSiC)陶瓷。连接件在1 100~1 300℃的99.99%N₂气流中进行热处理。用三点弯曲强度实验测定连接件的强度，用场发射扫描电镜、X射线衍射和热重测试分析显微结构和化学反应。在连接温度为1 200 ℃时，连接件的三点弯曲强度达到最大值197 MPa。连接层是由有机硅树脂YR3370裂解生成的无定形Si_xO_yC_z陶瓷，其结构连续均匀致密，厚度在2~5 μm之间。连接机理是通过无定形Si_xO_yC_z陶瓷的无机粘接作用在RBSiC陶瓷基体和连接层之间形成连续的化学键。     

Al_2O_3-ZrO_2-SiC_W陶瓷复合材料的显微结构和力学性能

通过XRD、SEM、TEM及EPMA技术研究了Al_2O_3-25vol％ZrO_3(2mol％Y_3O_3)-25vol％SiCw(AZS)三元陶瓷复合材料的显微组织和力学性能。试验结果表明,该材料具有较好的强度和韧性配合,ZrO_2与SiC晶须同时起增韧作用。此外,SiC晶须以及弥散分布在Al_2O_3基体中的ZrO_2粒子也提高了该材料的断裂强度。室温下测得该材料的压痕断裂韧性为10.8MPam~(1/2),抗弯强度为676MPa。     

Z-pin高效拉挤用双马来酰亚胺树脂改性

为了满足双马来酰亚胺树脂（BMI）应用于Z-pin高效拉挤的需求,要求其具有低黏度（500 $\mathrm{m}\mathrm{P}\mathrm{a}?\mathrm{s}$）、耐热（玻璃化转变温度大于200 ℃）、固化快以及韧性好等性能。使用TDE-85环氧树脂（EP）降低BMI黏度,并进一步加入改性剂提高树脂的耐热性和力学性能。分别采用黏度测试、差示扫描量热分析、热重分析、力学性能测试等方法研究树脂固化工艺、固化反应动力学、耐热性以及基本力学性能,筛选最佳树脂体系制备Z-pin并进行性能测试与分析。研究结果表明:TDE-85环氧树脂的加入可以有效降低树脂体系的黏度,满足高效拉挤工艺性需求。加入改性剂二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）提高了EP-BMI体系的韧性和耐热性,玻璃化转变温度为251 ℃,综合性能达到最优。浇铸体拉伸强度、冲击强度分别为66 MPa、21 kJ/m2,分别提高了38%、53%。Z-pin短梁剪强度为67 MPa,与基体结合强度为31.2 MPa。改性树脂体系充分满足Z-pin高效拉挤的工艺需求和性能要求,具有良好的工程应用价值。