三维编织支架底板RTM工艺研究

基于有限元/控制体积法模拟了三维编织支架底板树脂传递模塑(RTM)工艺的充模过程,预测了不同注入口的数量和位置对干点的影响,比较分析了注入口的数量和位置、注入压强及树脂粘度对充模时间的影响,按照优化的工艺参数制造了三维编织支架底板复合材料构件,用超声波无损检测验证了渗透情况。结果表明,通过底板超声衰减强度的损失较小,图像法测量空隙含量为0.93%。     

预辐照与等离子体对炭纤维表面接枝改性研究

分别采用γ射线预辐照接枝丙烯酸和等离子体接枝丙烯酸的方法对炭纤维表面进行处理.分别利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对2种改性方法处理前后炭纤维表面物理化学状态进行表征;通过层间剪切强度对炭纤维表面改性效果进行评价;并对2种改性方法接枝过程进行了初步探讨.γ射线预辐照接枝和等离子体接枝均对纤维表面产生了刻蚀,并在纤维表面引入了含氧官能团,增加了炭纤维与树脂基体间的界面粘接性能;虽然γ射线预辐照接枝的处理效果略低于等离子体,但前者具有低成本、便于批量化处理和强化纤维本体强度的优点,是一种非常有前景的炭纤维表面改性方法.     

树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究

通过拉伸、弯曲、压缩等实验,评价了4种不同结构的三维机织角联锁织物增强的碳/树脂基复合材料结构与力学性能的关系.结果表明:对于纤维体积含量相近的4种不同结构的3D机织复合材料而言,它们之间的拉伸、弯曲、压缩性能差异很大,在2倍左右;衬经纱和衬纬纱可以显著改善力学性能;纤维与树脂之间的界面破坏-脱粘是3D机织复合材料最先发生失效的形式;带衬经衬纬的No.1结构复合材料的综合力学性能最佳.可以推断,改进界面结合力能大大提高3D机织复合材料的力学性能.     

复合材料编织接头承载能力的试验研究

 试验研究了用于航空结构的三维整体编织复合材料单耳承力接头在静载条件下的承载能力与破坏模式。单耳接头试样采用RTM(Resin Transfer Molding 树脂传递模塑)工艺制成,重点研究了由3种编织工艺（三维四向、三维五向和三维六向）、2种连接孔加工方式（机械钻孔和编织孔）、2种几何外形所组成的10组三维编织复合材料单耳承力接头的破坏机理与破坏载荷。对其在航空结构中的可应用性做出了评估。     

z向纱对三维正交复合材料层间剪切性能影响

采用置换法增强体成形工艺和树脂传递模塑(RTM)固化工艺制备炭纤维三维正交复合材料。对比研究了不同z向纱体积含量的三维正交复合材料的细观结构、层间剪切性能和破坏形貌。结果表明,基于置换法成形工艺制备的三维正交预制体其3个方向的纱线具有优异的伸直性;z向纱的体积含量在1%~5%时,对材料的层间剪切强度及模量的增强作用明显;同时,随着固化成型压力的增加,材料的层间剪切强度呈上升趋势,但当压力增大到一定程度,纤维屈曲现象明显,从而降低层间剪切强度的增加幅度;在层间剪切载荷的作用下,材料的主要破坏模式包括纤维的断裂、抽拔以及z向纱与树脂的脱粘,但相应增加z向纱的细度,使z向纱与基体之间的孔隙尺寸减小,可防止材料分层现象的产生。     

炭／环氧三维多向编织复合材料圆管相贯接头承载有限元分析

对三维多向编织复合材料圆管相贯型接头进行材料设计。从采用微观力学反算法确定组分材料性能出发,由刚度平均化方法基于单胞模型确定复合材料的本构特性,利用Patran/M arc对炭/环氧三维多向编织复合材料圆管相贯型接头的承载性能进行有限元应力分析,讨论细观结构形式和编织角对接头结构受力变形行为的影响。结果表明,大编织角三维六向编织复合材料的特性更接近各向同性,有利于提高接头的承载性能均衡性,该分析方法和结果为三维异型整体多向编织复合材料结构的材料设计提供参考。     

三维纺织技术在航空航天领域的应用

在航空航天领域对高性能复合材料新需求的推动下,从20世纪80年代起,三维纺织技术得到了迅速发展。采用三维纺织预成型体增强的复合材料,具有优异的综合力学性能、更高的损伤容限以及卓越的抗烧蚀性能,为复合材料应用于主承力结构件和多功能结构件提供了广阔的前景。     

碳-芳纶混杂正交三向复合材料疲劳性能实验研究

采用三维机织工艺结合树脂传递模塑(RTM)技术制备了两种碳-芳纶混杂正交三向复合材料,即z向纱均采用芳纶纤维,经纬纱分别为炭纤维和经纬纱间隔排列炭纤维和芳纶纤维的混杂正交三向复合材料,以恒定应力幅值、应力比和频率,开展了复合材料经向拉伸疲劳性能试验,通过与炭纤维复合材料的对比,分析了碳-芳纶混杂方式对复合材料拉伸疲劳性能(疲劳寿命、疲劳破坏特征和疲劳后强度/刚度)的影响。当z向纱选用芳纶纤维,面内经纬纱为炭纤维的混杂复合材料经向拉伸疲劳寿命表现出正混杂效应;当进一步混入芳纶纤维,面内经纬纱为炭纤维和芳纶纤维间隔排列正交三向复合材料疲劳寿命表现为负混杂效应,对疲劳刚度损失有一定的抑制作用。可见,炭纤维正交三向复合材料中引入芳纶纤维,对其复合材料拉伸疲劳性能有重要影响,通过设计纤维混杂方式和混杂比例可进一步提高复合材料疲劳性能。     

炭/环氧3D机织复合材料轴向和非轴向拉伸性能的实验研究

炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料是很有应用潜力的材料,但目前这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。通过一系列的实验、分析,客观地评价了4种不同结构炭/环氧3D层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸强度和拉伸模量。实验结果表明,4种材料均具有明显的正交各向异性特点,拉伸强度和拉伸模量的极值均出现在轴向,非轴向的拉伸强度和拉伸模量明显低于轴向值;带有衬经和衬纬结构的织物具有最佳的拉伸性能;4种材料的非轴向拉伸强度和拉伸模量彼此之间差异不是很大,拉伸过程伴随着剪切过程一同出现。     

加捻z-pin与层合板的界面粘接性能试验

通过小孔模具成型并在升温固化前对纤维束加捻的方法制备了5种捻度（捻度t分别为1、2、2．5、3和4 n／cm）的z?pin。观察了各种捻度z?pin的外观形态，测试了各种z?pin的拉伸性能。通过单根z?pin从层合板中拔出的试验方法表征了z?pin与层合板之间的界面粘结性能。结果表明，加捻使z?pin主干发生扭曲，捻度越大，扭曲的程度越大；加捻使z?pin的拉伸强度及伸长率降低了50％左右，使拉伸模量降低了30％左右；加捻可显著提高z?pin与层合板之间的界面粘结性能，捻度越大，界面剪切强度τd、最大摩擦力Ff、拔出功Wp 越大；随着捻度的增大，z?pin与层合板间脱粘位置逐渐从z?pin自身的纤维与树脂之间的F?R型细观界面向z?pin外层树脂与层合板树脂之间的R?R型细观界面转移。当捻度t＝3 n／cm时，与无捻z?pin相比，τd 提高了61％，Ff 和Wp 均提高了2倍。