单向碳/碳复合材料高温疲劳试验研究

为了研究单向碳/碳的高温疲劳特性,从疲劳损伤力学出发,提出了考虑温度、氧化速率的碳/碳复合材料剩余刚度、剩余强度模型,并开展了碳/碳复合材料[0]16单向板试验件在室温、有涂层700℃和无涂层700℃的拉/拉疲劳试验和剩余强度试验。试验结果表明:单向碳/碳复合材料的剩余刚度曲线呈倒"S"形,材料的刚度退化存在三个阶段;单向碳/碳复合材料在室温和有抗氧化涂层700℃的疲劳加载初期和末期存在刚度突降,中期的刚度无明显退化;单向碳/碳复合材料在室温的疲劳刚度退化小于10%,而有抗氧化涂层单向碳/碳复合材料700℃的刚度退化超过30%;无抗氧化涂层单向碳/碳复合材料在疲劳中期存在明显刚度退化,末期无刚度突降。模型的拟合结果表明:复合材料高温剩余刚度、剩余强度模型能够很好地预测单向碳/碳复合材料在室温和700℃的剩余刚度、剩余强度变化。     

疲劳载荷下单向陶瓷基复合材料界面摩擦力识别

为了确定疲劳加载过程中不同循环数下界面摩擦力的大小,对单向陶瓷基复合材料(CMCs)的疲劳迟滞行为进行了研究,提出了单向CMCs疲劳载荷下界面摩擦力识别方法。基于剪滞模型,确定了疲劳峰值和谷值应力下纤维应力分布。并基于数形结合的方法推导了迟滞环割线模量的理论值与界面摩擦力之间的函数关系。将迟滞环割线模量的实验值与理论值进行比较,识别了不同循环数下界面摩擦力的大小。结果表明,在前1000个循环内,界面摩擦力从9.89MPa 减小为5.28MPa,并在随后的循环内保持近似不变,说明疲劳过程中界面磨损主要发生前1000个循环内。     

复合材料单向板寿命预测模型

<正>纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)因具有较大的比刚度、比强度、结构可设计性等优点而被广泛应用在航空、船舶、汽车、风电等行业中。随着复合材料在工程结构中的应用由次承力构件逐步扩展至主承力构件,疲劳破坏在复合材料结构中已逐渐显现,正成为制约其进一步应用的重要因素,因此复合材料的疲劳问题正成为使用者和工程设计人员十分关注的问题。对层合板的疲劳寿命展开预测是复合材料疲劳问题的基本研究内容之一,也是复合材料结构设计的重要工作之一。工程应     

陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法

为了建立CMC疲劳寿命预测方法,推广CMC在航空发动机中的应用,根据BHE剪滞模型理论,分析了随着疲劳峰值应力的大小不同,CMC可能出现的4种疲劳迟滞行为,推导了每种迟滞行为下的循环应力-应变公式,模拟了给定应力条件下的疲劳迟滞回线,通过与试验数据对比,证明了迟滞回线模拟的准确性,进一步分析了界面剪应力随疲劳循环数的退化关系。结合界面剪应力退化模型与纤维强度退化模型,设计了纤维应力计算和疲劳寿命计算流程。针对2维编织CMC,根据单胞有限元计算结果提取了纤维束应力,并对CMC进行了疲劳寿命计算,推导了CMC疲劳寿命S-N曲线,其结果与试验数据基本吻合。针对2维编织CMC的疲劳寿命预测方法,可用于编织结构的CMC涡轮导叶疲劳寿命分析。     

单向复合材料在低温下的应力集中及强度

首先采用计及基体拉力的修正剪滞模型,研究了在低温情形下受纵向拉伸荷载作用的单向纤维增强复合材料由部分纤维及基体断裂所导致的应力重新分布。然后采用随机临界核理论,对单向纤维增强复合材料在低温情形下的拉伸破坏过程进行了细观统计分析,定量地研究了低温对拉伸强度的影响。计算结果表明,在低温环境下,E-玻璃纤维和碳纤维复合材料的应力集中因子有不同程度的改变,其强度极限均比常温情形下高。     

过氧化氢水溶液在自分解过程中的温升特性

针对过氧化氢水溶液在自分解过程中分解放热引起的温升进行传热分析,建立数学模型,求解得出随着浓度、比热容、分解速率以及散热等因素下的温升变化规律.其结果可以为过氧化氢溶液的储存、输送以及推进燃烧控制提供重要的理论依据,为进一步掌握过氧化氢热化学机理提供理论基础.      

纤维增强复合材料涡轮轴结构疲劳寿命预测

研究了连续纤维增强复合材料低压涡轮轴结构在给定低循环载荷作用下的疲劳寿命估算方法.考虑连续纤维增强复合材料结构特性,研究了基于局部应力应变法的低周疲劳寿命预测方法,并对预测方法的有效性进行了验证.基于此方法,计算了某型航空发动机低压涡轮轴的最大应力、应变和疲劳寿命.结果表明:在0°~90°范围内,45°铺层角度的复合材料层疲劳寿命值最大;当金属厚度不变,外层金属和首层复合材料层的疲劳寿命随复合材料厚度增加而增大;当轴结构壁厚保持6mm不变,减小复合材料层的厚度,同时相应增大最内层或最外层金属包套的厚度,其结构疲劳寿命都随着复材层的厚度减小而减小;外层金属包套的寿命则远大于首层复合材料的疲劳寿命.      

高性能玻璃纤维增强树脂基复合材料拉-压疲劳行为

对LTX1240玻璃纤维/环氧复合材料开展拉-压疲劳试验,绘制S-N曲线进行疲劳寿命预测,利用扫描电镜观察疲劳试样断口形貌,分析其在拉-压循环载荷作用下的失效模式。结果表明:LTX1240玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的条件疲劳极限为278 MPa;失效过程为树脂基体最先破坏,接着界面分层乃至纤维拉伸、剪切破坏,它们相互作用形成了弥散损伤区并据此扩展发生材料断裂。     

过氧化氢水溶液在自分解过程中的温升特性研究

针对过氧化氢水溶液在自分解过程中分解放热引起的温升进行传热分析,建立数学模型,求解得出随着浓度、比热容、分解速率以及散热等因素下的温升变化规律。其结果可以为过氧化氢溶液的储存、输送以及推进燃烧控制提供重要的理论依据,为进一步掌握过氧化氢热化学机理提供理论基础。     

玻璃纤维芯铅丝(网)/橡胶动态性能影响因素研究

设计并制备了以不同橡胶为基体、具有不同界面结合强度的玻璃纤维芯铅丝(网)增强橡胶复合材料(GF/Pb/R),通过比较它们的动态压缩模量和阻尼损耗因子,研究了复合方式、橡胶基体性能和界面结合强度对于GF/Pb/R动态性能的影响。     

Fatigue life prediction model of 2.5D woven composites at various temperatures

As one of the new structural layout in the family of woven composites, 2.5D Woven Composites(2.5D-WC) have recently attracted an increasing interest owing to its excellent properties, i.e. high specific strength and fatigue resistance, in the aerospace and automobile industry. Indepth understanding of the fatigue behavior of this material at un-ambient temperatures is critical for the engineering applications, especially in aero-engine field. Here, fatigue behavior of 2.5D-WC at different temperatures was numerically investigated based on the unit cell approach. Firstly, the unit cell model of 2.5D-WC was established using ANSYS software. Subsequently, the temperature-dependent fatigue life prediction model was built up. Finally, the fatigue lives alongside the damage evolution processes of 2.5D-WC at ambient temperature(20 ℃) and unambient temperature(180 ℃) were analyzed. The results show that numerical results are in good agreement with the relevant experimental results at 20 and 180 ℃. Fatigue behavior of 2.5D-WC is also sensitive to temperature, which is partially attributed to the mechanical properties of resin and the change of inclination angle of warp yarns. We hope that the proposed fatigue life prediction model and the findings could further promote the engineering application of 2.5D-WC, especially in aero-engine field.     

先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术

热压罐工艺是航空航天领域生产高性能复合材料构件最重要的方法,如工艺控制不利可能导致制件存在纤维架桥、屈曲、孔隙、分层、变形等缺陷,从而影响复合材料表面质量、力学性能以及可靠性。热压罐工艺过程压力监测技术,可为模具设计、工艺优化、缺陷形成机制分析提供有利的试验手段,提升复合材料成型制造技术水平。文中系统总结了复合材料热压罐成型工艺过程纤维、树脂、预浸料叠层承压测试方法及其适用性。     

耐高温聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究进展

综述了耐高温聚酰亚胺基体树脂 纤维复合材料的研究进展,基体树脂包括耐３１６℃的ＰＭＲ型热固性聚酰亚胺如ＰＭＲ－１５、ＫＨ－３０４等,和耐３７１℃聚酰亚胺基体树脂如ＰＭＲ－Ⅱ－５０、ＡＦＲ－７００Ｂ、Ｖ－ＣＡＰ－５０、Ｖ－ＣＡＰ－７５、ＫＨ－３０５等。介绍了它们的化学合成、结构、物化性能以及结构与性能之间的关系,并对耐高温树脂基复合材料在航天、航空及空间技术领域中的应用情况做了简单的介绍。     

碳纤维复合材料钻削温度测试与分析

利用热像仪对碳／环氧复合材料高速钻孔时的钻削温度及温度场分布进行了系统的试验研究。实验结果显示,钻削热主要是由刀具后刀面与已加工表面之间的摩擦产生的。转速越高,钻削温度赵高;进给量越大,钻削温度越低,但钻削温度一般不超过环氧树脂的玻璃化转变温度。     

颗粒增强钛基复合材料的制备与性能

综述了颗粒增强钛基复合材料的制备方法,比较了它们与钛合金的机械性能,说明了研究颗粒增强钛基复合材料的重要价值。     

环境温度对碳纤维/ 聚醚醚酮复合材料拉伸性能及疲劳寿命的影响

通过拉伸实验获得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)拉伸性能随温度的变化关系,并利用扫描电子显微镜观察断口形貌,研究分析了材料高温损伤机理。结果表明,随着环境温度的升高,碳纤维/PEEK的弹性模量与拉伸强度显著降低,在温度达到220℃时,分别下降89.20%和71.18%;断裂伸长率持续上升,在220℃时达到8.84%。弹性模量与断裂伸长率在T_g附近变化显著,主要原因是高温下纤维/树脂界面脱粘和树脂由玻璃态转化为高弹态后拉伸性能的显著变化。借助有限元方法计算由该材料制成的驾驶舱方向舵踏板在不同温度下的疲劳寿命,得出疲劳寿命随温度的升高而下降。在Coffin-Manson方程和通用斜率方程的基础上总结得出该材料疲劳寿命与温度的关系。