基于碳纳米纸传感器的复合材料结构低速冲击损伤监测

针对复合材料对冲击载荷比较敏感、内部损伤不易发现的问题,提出一种利用碳纳米纸薄膜作应变传感器的复合材料结构件低速冲击损伤监测方法。在拉伸条件下,对圆形和矩形碳纳米纸薄膜进行不同方向的传感系数测试,发现圆形碳纳米纸传感器具有较高且稳定的传感系数155.63,可以作为全向传感器监测冲击损伤。复合材料结构的冲击损伤由传感器的电阻变化率和超声C扫描结果同步表征。研究结果表明,传感器的电阻随着冲击能量的增加而增加,基于全向碳纳米纸传感器的结构健康监测不仅可以灵敏感知低速冲击损伤,为损伤程度评估提供客观数据,而且通过分析不同方向BP传感器的电阻变化可以判断损伤位置。进一步与传统C扫描结果相比较表明,全向碳纳米纸传感器可以有效预判低速冲击损伤,用于航空航天复合材料结构件的实时在线健康监测。     

碳纳米管用于聚合物基复合材料健康监测的研究进展

碳纳米管因其优异的机电特性,在聚合物基复合材料的健康监测方面具有广泛的应用前景。综述聚合物基复合材料中碳纳米管传感的最新进展:碳纳米管与树脂共混、碳纳米管涂层纤维、碳纳米线和碳纳米纸。利用碳纳米管传感网络来监测结构应变损伤是不同碳纳米管传感的核心原理。碳纳米纸可以解决碳纳米管与树脂共混时的难分散、碳纳米管涂层纤维的协同变形和碳纳米线的全结构监测等问题,为碳纳米管传感工程化应用提供了条件。实现碳纳米管传感在聚合物基复合材料健康监测领域的工程化应用是未来的发展方向。     

民用飞机VARI碳纤维复合材料性能研究

针对多批次的RTM6-2树脂和G0926 SB 1304 Tc J In J E01 2F织物,对采用低成本真空辅助树脂渗透成形工艺(VARI)制备的该碳纤维复合材料开展了性能验证及评价研究,具体包括:对比分析了三批次的物理性能以及不同环境(温度和湿度)条件下5批次的VARI碳纤维复合材料力学性能,获得了VARI碳纤维复合材料的基本性能数据。这为民用飞机用树脂基复合材料的设计、优化选材以及技术指标的确定、材料规范的制定等奠定了基础,也为其在民用飞机上的应用和适航符合性验证提供了一定的依据。     

喷射吸滤成型法制备碳纳米纸及其应变/温度传感特性

碳纳米纸可作为应变传感器监测结构应变损伤,同时还可作为温度传感器监测环境温度变化。将多壁碳纳米管单分散后,采用喷射吸滤法制备碳纳米纸,利用场发射扫描电子显微镜和氮气吸附法表征碳纳米纸微观形貌及平均孔径。碳纳米纸的应变传感和温度传感实验表明碳纳米纸对应变灵敏度较高,灵敏度系数分别为10.21(0~39 000με)和524.79(39 000~55 000με);碳纳米纸经退火处理后,升温过程电阻温度系数分别为-6.57%/℃(20~100℃)和-3.25%/℃(100~200℃),降温过程电阻温度系数分别为-5.79%/℃(20~100℃)和-2.88%/℃(100~200℃),具有较好的温度传感可逆性和重复性。     

液体树脂灌注成型工艺中树脂流动前沿特性的估测和分析

 近年来树脂浸泡成型工艺(RIP)越来越多地应用到了航空复合材料制造业上。作为树脂浸泡成型工艺中一种新型的有着良好运用前景的液体树脂灌注 (LRI)成型工艺开始进入了人们的视野。为了增加对LRI工艺的认知和提高对其的监控能力,着重介绍如何在LRI工艺进程中监测树脂流体的流动前峰。树脂流体流动前峰的检测将依赖于一组放置在纤维层中的微型热电偶传感器来完成,通过与光纤传感器测量结果的比较,表明微型热电偶传感器可以利用测量纤维层中不同处的温度变化来监测树脂流体到达该处的时间。测量与分析结果大大提高了对LRI工艺中树脂流体在纤维层层面和沿纤维层厚度两个方向上流动特性的认识,并为将来的模拟计算和对此工艺的进一步研究奠定良好的基础。     

基于碳纳米纸的CFRP制孔质量控制

进行了钻削预埋碳纳米纸薄膜传感器碳纤维复合材料的试验,钻削结果采用超声波扫描显微镜进行检测.试验结果表明:层间预埋碳纳米纸,可以实时监测钻头位置,根据钻头位置改变进给率,实现对制孔质量的精确控制.采用ABAQUS对试验方案进行模拟仿真,模拟的结果与试验结果很好地吻合,证明了该方法的有效性.     

聚合物基复合材料制造过程在线监测技术研究进展

对复合材料部件固化工艺过程实时在线监控,获取成型过程中各种参数信息,制定和优化制造工艺,是提高复合材料部件性能和可靠性的关键。综述了应变片法、声发射法、超声波法、介电分析法、光纤传感器法在线监测树脂基复合材料固化过程的研究应用现状。研究表明,在监测中引入缺陷少、操作方便、监测范围广、经济的监测手段是促进在线监控复合材料固化工艺工业化应用的关键。     

闪电防护铜网在航空复材制件VARI成型工艺中的树脂导流应用

复合材料在民机结构中的大量应用对航空复材制件的闪电防护提出了新的要求,与此同时,以VARI工艺为代表的复材液体成型技术愈发受到关注,常用导流网在VARI工艺中造成浪费也易引起质量问题,结合这两方面的需求,提出将闪电防护铜网用作导流介质,在表面应用类的航空复材制件的VARI成型工艺中,将铜网的闪电防护作用和树脂导流作用进行集成,并对闪电防护铜网在VARI工艺中的树脂导流作用进行了试验分析,研究了引入铜网导流后VARI制件的注胶情况、铜网层数对树脂渗透率的影响,以及制件最终成型效果和表面质量。本研究对于丰富复材VARI成型工艺技术手段,提升VARI工艺的综合经济性,进一步拓展VARI工艺在民机复材结构中的应用都具有积极意义。     

复合材料加筋壁板结构件VARI液体成型工艺计算模拟

通过注模模拟软件PAM-RTM可以预测复合材料液体成型工艺中树脂的流动时间和模拟树脂的流动形式.渗透率是成型工艺模拟中重要的参数,面内和面外渗透率通常采用复杂且昂贵的封闭模具来测试,本工作自建了一套结构简单、操作方便且成本低廉的模具,使用真空辅助树脂灌注(VARI)工艺可获得准确的面内和面外渗透率参数.采用一种简单的等效建模方法,通过分层建模方法建立了有限元模型.将渗透率参数输入模拟注模软件PAM-RTM中,将使用等效建模方法所得模拟计算结果与实验液体成型结果进行了比较.计算模拟树脂充模时间为254 s,比实验工艺树脂充模时间(301 s)短.在使用等效建模方法的流道布局基础上,制备了加筋壁板结构件,对所选方案进行了工艺验证.     

液体成形复合材料力学性能测试方法研究进展

复合材料液体成形工艺(Liquid Composite Molding,LCM)是将液态聚合物在压力作用下注入铺有纤维预成形体的闭合模腔中,液态聚合物在流动充模的同时完成对纤维的浸润并经固化成形成为复合材料制品的一类制备技术。本文先对复合材料液体成形工艺原理进行了简要概述,接着综述了由液体成形工艺制备的复合材料构件的基本力学性能测试方法,其中基本力学性能主要包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、开孔拉伸、开孔压缩、层间断裂和抗冲击性能等,并对相关的试验标准进行了比较。最后对液体成形复合材料的力学性能测试方法进行了总结和展望。     

复合材料非热压罐工艺设计与力学性能研究

纤维增强树脂基复合材料具有比强度/比模量高、可设计性强、耐疲劳等优点,在航空航天领域获得了广泛的应用,但也面临着生产成本和效率问题。针对热压罐工艺高成本和高消耗的缺点,综合分析了热压罐工艺和真空辅助树脂灌注成型(Vacuum Assisted Resin Infusion, VARI)工艺的优缺点,对两种成型工艺进行优势整合后,在VARI工艺的基础上进行升级,设计了一种新的低成本非热压罐成型工艺,并对该工艺成型制件的性能进行评价。结果显示,与VARI工艺制件相比,在非热压罐工艺下成型的玻璃纤维层合板制件,其纤维体积分数提高了6%,拉伸模量提高了2.24GPa,拉伸强度提高了61MPa,层间剪切强度提高了2.96MPa。该设计显著改善了VARI工艺制件的力学性能,具有一定应用前景。     

新型液体成型技术在民机副翼结构的应用研究

基于传统VARI工艺开发了一种可以满足航空复合材料构件大规模生产需求的新型低成本液体成型技术。采用了多种工艺措施确保注胶口和出胶口处树脂压力和树脂流动控制,对比试验表明,采用新型液体成型技术所制备的复合材料层合板厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料层合板的水平。采用新型液体成型技术所研制的民机副翼结构件具有良好的外形和内部质量,可以满足航空复合材料结构的应用需求。     

先进碳纤维增强复合材料螺栓连接结构损伤监测技术

螺栓连接是飞行器复合材料结构最常用的连接方式,由于复合材料螺栓连接结构本身的特点及所受载荷和使用环境的复杂性,复合材料螺栓连接结构的完整性与耐久性分析非常困难。如何有效智能实时监测复合材料螺栓连接结构的服役状态,并在线诊断评估其可靠性、完整性是一项亟须解决与突破的关键技术难题。本文提出并发展了基于柔性涡流传感阵列薄膜和基于碳基纳米压阻传感器的先进碳纤维增强复合材料螺栓连接结构损伤监测技术,系统阐述了其传感监测原理、传感器制备工艺及传感器与螺栓连接结构集成方案,并对所提出的先进传感技术监测功能开展了一系列试验验证,试验结果表明该先进传感技术具有很好的损伤模式辨识能力与损伤参数量化监测能力。     

受热过程树脂浸润流动的超声无损评估

采用空气耦合超声C扫描技术,对非热压罐预浸料在升温和恒温受热过程中树脂的浸润流动变化进行了实时无损检测研究。首先将非热压罐预浸料从室温升至100℃,研究温度变化对树脂流动的影响。在此基础上,研究60℃和80℃恒温过程树脂浸润流动随时间的变化,通过C扫描图片实时、快速检测出树脂的浸润流动变化,并得到树脂沿纤维层厚度方向的浸润流动速率。通过显微组织分析验证了C扫描图像分析的准确性。结果表明,该空气耦合超声C扫描方法是检测纤维网架中树脂浸润流动微观变化的一种快速、有效的方法。     

复合材料管道连接件真空辅助成型工艺树脂流动研究

对采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制造复合材料管道连接件的树脂流动过程进行分析,考虑树脂注模工况下的注射口和出射口位置,采用有限元/控制体积方法分别模拟了4种可能树脂注模方式所需工艺时间和树脂流动前锋形状,并确定了合适的注模方式。模拟结果表明:与点注射的树脂注模方式相比,线注射方式可以得到更均匀的树脂流动前锋;进而采用线注射-线出射树脂注模方式能够有效浸润织物。采用模拟所得注模方式开展了VARTM工艺试验,制造了复合材料管道连接件缩比件和整体连接件筒构件,所得试验结果与数值模拟结果一致,验证了模拟结果的可靠性。     

高密肋结构整体壁板VARI成型技术研究

高密肋壁板结构可采用真空辅助树脂渗透工艺（VARI）整体一次成型，但成型过程中存在加筋区预定型困难、树脂流动控制复杂等问题，导致制件尺寸精度和孔隙缺陷难以保证。为此，本文根据高密肋壁板多特征区域的特点，采用压实实验和注胶仿真模拟分析方法，优化预定型工艺参数、分区注胶方案。结果表明，选择定型剂浓度4%、温度120 ℃、压力0.1 MPa、保压时间60 min的压实参数，可有效保证纤维体积分数；采用线注射、线冒口与筋条点冒口结合的分级注胶方案，可实现壁板结构的有效浸润。优化设计的工艺方案与工装成功应用于某型号高密肋整体壁板VARI成型制造，验证了本文分析方法的有效性，研究结果对壁板类结构低成本整体成型技术在军民飞机上的应用与发展具有重要参考价值。     

非热压罐预浸料成型技术研究进展

非热压罐成型(out of autoclave process,OoA)技术是实现结构复合材料低成本制造的有效途径,是当前复合材料研究领域的热点之一。本文介绍了OoA成型复合材料国内外的研究前沿以及在航空航天领域的应用现状,从材料体系和成型工艺两大方面总结了OoA成型过程中的缺陷控制方法。在OoA预浸料成型技术中,可通过尽量减少树脂体系中挥发物含量、精细调控树脂体系反应和流变特性、控制预浸料中纤维和树脂的浸润程度、优化成型工艺等手段有效降低复合材料的孔隙率等缺陷。     

航空主承力结构用预形件及树脂熔渗技术的最新进展

近年出现的复合材料液态成形法,如树脂转移成形法(RTM)和真空辅助树脂转移成形法(VARTM)以及西曼复合材料树脂熔渗成形法(SCRIMP)等,这些方法有一个共同的工艺特征,即将树脂注射或熔渗到干态纤维成预形件,然后进行固化.用这种方法制造航空主承力结构件目前尚不十分普遍,其主要原因是典型的损伤容限树脂系统的流变学特性不能满足这种低黏度工艺的要求.     

复合材料VARI成型夹层结构承载能力试验研究

针对先进复合材料整体成型夹层结构树脂基复合材料构件采用的预浸料热压罐成型的高工艺成本现状,引入真空辅助成型技术(简称VARI成型),以某型民机复合材料扰流板、起落架舱门结构为研究对象,根据VARI成型结构设计参数,通过试验从几何参数、材料参数、紧固件参数、预埋件类别、设置缺陷因素和环境因素多个角度分析了其对连接结构失效...     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。