基于数字图像相关的复合材料层间剪切力学性能参数测试方法

短梁剪切（short beam shear, SBS）实验结合数字图像相关技术（digital image correlation, DIC）可实现快速识别单向纤维增强树脂基复合材料的多力学性能参数,而且能够获得复合材料单向应力状态下完整的层间剪切应力-应变行为和层间剪切强度,这对建立厚截面复合材料三维应力状态的强度准则至关重要。为研究实验设计对材料层间剪切力学参数识别精度的影响,本研究首次发展了由四台CCD相机组成的两套立体数字图像相关系统,实测SBS实验加载过程中试样前后表面标距区内应变分布情况。结果表明：由于实验夹具工装配合中存在螺纹间隙,工装刚度不足,试样前后表面剪切应变分布不对称,相对偏差可达44%。一方面提出针对试样前后表面剪切应变非对称性分布、材料剪切力学性能参数识别的新方法,通过采用DIC技术和有限元模型修正技术(finite element model updating, FEMU）,将试样前、后表面标距区的实测平均剪切应变和有限元模型相应位置处计算应变数据的方差作为目标函数进行本构参数和偏轴角度的识别,可获得材料完整的非线性剪切本构参数,且识别过程对初始参数不敏感;...     

十二股二维编织PBO绳索结构强度仿真分析

二维编织绳索被广泛应用于工程、航空航天等诸多领域,其中十二股二维编织聚对苯并噁唑（PBO）绳索具有优良的性能。以十二股二维编织PBO绳索为研究对象,对绳索的编织规律和力学性能进行研究,借鉴圆形编织法,得到不同结径比绳索的模型,对绳索模型截取代表性体积单元,施加周期性边界条件进行有限元仿真,并进行不同结径比绳索拉伸实验,探究结径比对绳索强度的影响,将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明：随着结径比增大,绳索承受的最大拉力先显著增大后基本不变;适当的结径比能使十二股二维编织绳索抗拉性能有效地发挥。     

纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响

为了研究纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响,将T300碳纤维在氮气氛围中进行不同温度的热处理后,采用液硅熔渗法制备了C/C-SiC复合材料。采用光电子能谱(XPS)对纤维表面成分进行了分析。结果表明:未处理纤维表面具有较高的氧含量,随着热处理温度的升高,纤维表面氧含量逐渐降低,导致纤维表面含氧官能团数目减少。扫描电镜(SEM)观察发现:未处理纤维增强的C/C预制体,孔隙尺寸较大且孔隙率低;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,孔隙尺寸较小但孔隙率高。随后对C/C预制体进行液硅熔渗处理,并对熔渗反应过程分析发现:由未处理纤维增强的预制体,液硅熔渗反应主要受溶解-沉淀和界面限制的扩散反应过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体相分布规则且含量较低,同时含有较高的残留Si;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,熔渗反应则主要受溶解-沉淀过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体含量多且分布较均匀,残留Si含量较少。     

圆筒纤维缠绕变张力神经网络动态控制

 缠绕张力作为纤维缠绕成型中的关键影响因素,其波动直接影响缠绕精度和制品的性能。针对缠绕张力的动态变化,且保证制品等环向残余应力,提出神经网络动态控制缠绕变张力方法。考虑芯模变形影响,基于各向异性缠绕层弹性变形及各向同性内衬厚壁筒理论,给出外压作用下缠绕层的径向应力及环向应力;在弹性范围内采用应力叠加原理建立剩余张力与缠绕张力之间的解析算法。基于制品环向残余应力叠加特点,采用给定输出层权值的神经网络算法,通过误差反向传播及放大方法,对等环向残余应力制品纤维缠绕过程中的缠绕变张力进行动态更新。仿真与实验结果表明:该控制方法对纤维缠绕变张力起到动态优化作用,可以达到预期要求,且更符合实际缠绕过程。     

纤维织物增强三元乙丙橡胶绝热材料的制备及性能

为了改善传统短切纤维增强复合绝热材料横向性能较差、层间剪切强度较低、耐冲击性能不足的问题,制备了几种纤维织物增强三元乙丙橡胶(EPDM)复合绝热材料。研究了不同纤维表面改性方法对聚酰亚胺(PI)、芳纶(F-12)和碳纤维(CF)三种纤维织物与EPDM之间的界面粘接性能。将优选的纤维处理方法对三种纤维布进行表面改性处理,制备了纤维织物增强的EPDM复合材料。测试了其力学性能以及耐烧蚀性能。结果表明:三种绝热材料的拉伸强度均在30 MPa以上,耐烧蚀性能优异。在三种织物特定的编织结构条件下,PI/EPDM的线烧蚀率较小,碳层保留最为完整,综合性能最为优异,有望在高性能固体火箭发动机中获得应用。     

PBO纤维复丝制备与可靠性分析

通过PBO纤维复丝浸胶树脂配方研制与设计试样规格等方法,进行了PBO纤维复丝制备与可靠性研究。采用扫描电子显微镜(SEM)表征PBO表面形貌;利用X射线光电子能谱表征纤维表面与树脂配方化学特征;通过差示扫描量热法(DSC)对树脂配方进行固化动力学分析;利用动态热机械分析(DMA)对树脂配方热稳定性进行了表征;通过浇铸体力学性能分析树脂配方机械性能;通过PBO纤维复丝拉伸性能进行可靠性分析。结果表明:研制的FS-J树脂配方与PBO纤维匹配性高,浸润均匀,存储适用期长,端头补强牢固,制样周期短,复丝拉伸强度、弹性模量和延伸率数据平稳,波动性低,拉伸强度离散率3%,测试可靠性高,可保证高质量、高效率、高稳定性的进行PBO纤维力学性能评价。     

T型长桁边缘倒角对蒙皮纤维屈曲的影响研究

文 摘 通常在复合材料加筋壁板结构先固化长桁,再将未固化的蒙皮与固化长桁进行共胶接过程中,由于辅助材料的架桥造成长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲。针对此类问题,研究了长桁边缘倒角角度、蒙皮厚度和蒙皮铺层角度3个因素对长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲程度的影响,并对纤维屈曲的原因和机理进行了分析。结果表明：减小倒角角度有利于减小蒙皮局部纤维屈曲的程度,同时纤维屈曲程度与蒙皮厚度呈正相关,与蒙皮铺层中90°铺层比例呈负相关。工程应用中,对长桁边缘适当倒角,在不使用工艺软模的条件下有利于提高复合材料加筋壁板的成型质量。     

高韧性芳纶纤维铣削表面质量和铣削力

文摘芳纶纤维复合材料(AFRP)在铣削过程中会产生毛边、起毛、撕裂等缺陷,严重影响材料的装配使用。为解决上述问题对刀具结构、主轴转速、进给速度进行正交实验,从铣削力、铣削表面粗糙度以及铣削表面缺陷等方面研究铣削参数和刀具结构对芳纶纤维复合材料铣削表面质量的影响规律。实验结果表明:主轴转速和进给速度对铣削表面粗糙度和铣削力有显著影响,使用鱼鳞铣刀铣削的表面粗糙度比普通四刃立铣刀的表面粗糙度降低28%,并且毛边宽度较小,铣削表面质量最好,更适合于AFRP的铣削加工。     

纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。     

高模聚对苯撑苯并二噁唑复丝纤维拉伸性能测试方法

参照相关的纤维力学性能测试标准,对高模型HM-PBO复丝纤维的拉伸性能测试方 法进行系统研究。结果表明：夹持型夹具和陶瓷材质夹具体适用于PBO干纱复丝拉伸性能测试;捻系数对PBO拉伸性能影响比较大,最佳捻系数为8;同时发现加捻会影响纤维的取向度;在一定范围内拉伸速率的增加会使得纤维断裂强度增加;而在测试范围内的预加张力对PBO纤维拉伸性能影响不大;夹持长度越长,由横梁测得的拉伸形变越接近真实值。