连续纤维增强金属基复合材料的研制进展及关键问题

介绍连续纤维增强金属基复合材料的种类及其在航空航天领域的应用情况,并对连续纤维增强金属基复合材料研制过程中的难点和热点问题进行归纳和总结,对关键技术问题提出相应的研究方法和思路。纤维与金属基体间的界面问题是其研究与应用的最主要问题,可以从纤维的表面改性、纤维与基体的相容性和润湿性、界面反应、界面强度等方面入手,结合各种复合材料制备工艺的特点,解决界面薄弱性问题;另外加强复合材料损伤机理的研究,建立其损伤评价体系,可以为其实际应用提供参考依据;先进的加工成型和连接技术,可以降低复合材料零件的制造成本,确保零件质量,是复合材料产业化应用的重要保证。     

连续纤维增强复合材料在民用航空发动机上的应用

对碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维等连续纤维增强的复合材料在民用航空发动机上的应用进行了概述,对连续纤维增强复合材料在风扇的转子叶片、出口导流叶片、机匣、风扇包容系统、帽罩前锥、消声板、反推装置、高压涡轮导向器和低压涡轮转子叶片等重要零件上的应用现状和发展趋势进行了归纳,指出了国内民用航空发动机应用连续纤维增强复合材料选材的发展方向.     

碳纤维缠绕复合气瓶自紧力和疲劳的数值模拟

采用数值模拟方法研究了自紧工艺对碳纤维缠绕复合气瓶的应力分布和疲劳性能的影响。基于ANSYS商用有限元分析软件,考虑气瓶封头部分碳纤维缠绕层的角度和厚度沿封头子午线的连续变化,建立了有限元模型。分析验证了54 MPa自紧压力对复合气瓶零压和35 MPa工作压力下内衬和复合材料缠绕层应力的影响,并利用Coffin-Manson公式预测了复合气瓶的疲劳寿命。结果表明,自紧后复合气瓶内衬在工作压力下的最大应力减小了29.1%。有限元计算的疲劳寿命结果与实验测定结果之间的误差<8%,验证了有限元模型和计算方法的正确性。     

Kevlar-49纤维表面涂层的剖析研究

通过红外光谱、核磁共振谱分析了Kevlar-49纤维表面涂层的分子组成及其结构,再与相应的标准谱图进行比较,基本确定了该涂层为线性聚醚。     

连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构承扭特性分析

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参数作为输入,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学分析模型.计算与对比分析不同材料方案下纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的变形量及承扭能力,当纤维体积分数一定时,方案4的变形量最小,方案2的临界屈曲转矩最大.      

悬臂边界下纤维增强复合薄板固有频率计算及验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有频率进行了计算及验证.首先,针对纤维增强复合薄板的结构特点,考虑了纤维方向的影响,对其进行了理论建模.然后,基于正交多项式法来表示振型函数,并通过Ritz法对该类型复合薄板的固有频率进行求解.最后,搭建了该类型复合薄板结构的固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂基复合薄板为例,对其固有频率进行了测试.验证结果表明:基于正交多项式法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的相对误差在2.2%~9.7%之间,进而验证了所提出的固有频率计算方法的正确性.      

含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为研究

分层损伤是复合材料层合板结构最主要的损伤形式,其主要由于制造缺陷以及受到外力冲击而产生。本文对含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为进行研究,首先利用RayleighRitz法对含圆形分层复合材料层合板进行二维模型建立,通过此理论模型可以计算出材料屈曲临界弯矩值以及在特定弯曲载荷下中心点的离面位移值。随后,采用三维数字图像相关方法对分层材料进行实验研究,得到了分层材料在弯曲载荷作用下的屈曲形貌以及其中心点的载荷—位移曲线。通过实验验证了理论的可行性与准确性,可用于对含圆形分层材料在弯曲载荷作用下屈曲临界弯矩以及中心点离面位移大小的初步估算。     

纤维增强复合材料在模具上的应用动态

伴随着航空用复合材料零件的大型化、复杂化、高精度化及批量化的发展趋势,航空制造工业对复合材料零件成型所用模具提出了更高要求。从模具材料角度分析了纤维增强复合材料应用于模具的优势;介绍了模具用纤维增强复合材料的概念和模具的制造过程;综述了纤维增强复合材料模具在国内外的应用情况及发展趋势;提出了发展复合材料模具的必要性和迫切性。     

空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基透波复合材料的制备及其性能

以空心石英纤维(HSF)和聚芳基乙炔(PAA)树脂为原料采用RTM工艺制备了空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(HSF/PAA),比较了HSF/PAA与实心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(SF/PAA)的力学性能、介电性能及不同纤维增强体形式对材料力学性能的影响。结果表明,HSF/PAA具有较好的高温力学性能和优异的介电性能,使用温度可达450℃,而且通过对纤维增强体形式的优化有望进一步提高该类材料的综合性能。尽管HSF/PAA的高温力学性能仅有同结构SF/PAA的55%~75%,但其在较宽的温度和频率范围内均具有更低的介电常数(3.1)和介质损耗角正切值(0.004),在实际应用中可以获得更高的传输系数和更宽的壁厚容差,有望在耐高温透波材料在航空航天等诸多领域获得应用。     

纤维增强复合材料双轴强度研究进展

先对纤维增强复合材料双轴强度理论研究进行了简单的回顾,可将失效准则是否区分破坏模式 分为两类,并且比较了各强度准则的特点与存在的问题。然后对纤维增强复合材料双轴加载实验装置的发展 作了概括,对目前常用的复合材料双轴加载试样类型进行了总结分析,指出了双轴加载试样设计要求及各试样 类型的优缺点。最后,对纤维增强复合材料的双轴强度研究进行了简要评述与展望。