2.5维机织复合材料疲劳寿命预测方法

针对疲劳载荷作用下的2.5维机织复合材料,建立了疲劳寿命预测方法.该方法主要包括单胞模型、疲劳失效判定准则和材料性能退化方法3部分.选取单胞模型为研究对象,利用三维有限元技术进行应力分析;引入改进的三维Hashin疲劳失效准则和Mises准则作为纤维束和树脂基体的疲劳失效判据;采用刚度性能突降准则描述疲劳失效后的材料性能,采用考虑纤维体积分数影响的剩余刚度和剩余强度退化模型描述失效前材料的性能.通过疲劳寿命预测值与试验值的对比,验证了疲劳寿命预测方法的有效性.研究表明:经向拉-拉疲劳寿命随经纱纤维体积分数增大而增加,纬向拉-拉疲劳寿命受纬纱纤维体积分数影响较小.      

Determination of thermal expansion coefficients for unidirectional fiber-reinforced composites

In the present work, the coefficients of thermal expansion（CTEs） of unidirectional（UD）fiber-reinforced composites are studied. First, an attempt is made to propose a model to predict both longitudinal and transverse CTEs of UD composites by means of thermo-elastic mechanics analysis. The proposed model is supposed to be a concentric cylinder with a transversely isotropic fiber embedded in an isotropic matrix, and it is subjected to a uniform temperature change. Then a concise and explicit formula is offered for each CTE. Finally, some finite element（FE） models are created by a finite element program MSC. Patran according to different material systems and fiber volume fractions. In addition, the available experimental data and results of other analytical solutions of CTEs are presented. Comparisons are made among the results of the cylinder model,the finite element method（FEM）, experiments, and other solutions, which show that the predicted CTEs by the new model are in good agreement with the experimental data. In particular, transverse CTEs generally offer better agreements than those predicted by most of other solutions.     

苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料的湿热性能研究

通过模压工艺制备了苎麻纤维织物增强酚醛树脂基复合材料层合板,研究了模压层合板在不同湿热环境下的水吸收与扩散及力学性能。研究表明:在20℃,40℃和60℃三种温度下,相对湿度的上升使层合板瞬时吸湿速率增大很明显,而在50%相对湿度下,温度对层合板的饱和吸水率的影响不大。当吸湿份数在0.5以下时,层合板在50%的相对湿度和20℃,40℃和60℃三种温度下,水扩散系数分别为2.16×10-6cm2/s,2.94×10-6cm2/s和6.61×10-6cm2/s。层合板的力学性能随吸水率的增加而下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,层合板力学性能下降的主要原因是水分破坏了纤维和树脂的界面,同时进入纤维的空隙中,影响了复合材料中的应力传递,使复合材料力学性能下降。     

纤维缠绕不等极孔椭球类容器的应力分析及优化

基于微分几何推导出了不等极孔椭球类容器纤维缠绕的非测地线稳定缠绕方程,并根据薄膜理 论、层合板理论、蔡-吴失效准则得到了赤道处纤维层的最小厚度1. 281 7 mm,计算出的纤维方向的应力小于 纤维的极限强度3. 92 GPa。发现纤维缠绕椭球容器的应力状态是赤道处最先发生破坏,且会出现局部失效现 象。以缠绕层最小质量M 为目标函数,蔡-吴失效准则为约束条件,在给定内压5 MPa 的情况下,得到了优化 后的容器质量为34. 072 kg。相比于等极孔的容器而言,非测地线缠绕具有高度非线性、不稳定性及精度难以 控制等问题。     

卫星构件用M40J/ BA204 复合材料性能

针对卫星构件的不同需求,开发了一种芳香胺固化的环氧树脂BA204.研究了无溶剂及溶剂法成型的M40J/BA204复合材料力学、真空放气性能和管件在模拟温度交变条件下的性能变化情况.结果表明:两种方法制备的复合材料力学性能均能满足卫星构件要求,无溶剂法制备的复合材料力学性能优于溶剂法.采用无溶剂法制备的M40J/BA204复合材料其真空质损率为0.23％,可收集挥发性凝聚物为0.009％;复合材料管件经200次热循环冲击后力学性能变化不大,表明M40J/BA204复合材料具有良好的热稳定性.     

N－接枝环氧化合物芳纶的表面特性

本文用现代仪器分析研究了Ｎ－接枝环氧化合物芳纶（Ｋｅｖｌａｒ４９）表面的形态、化学结构、结晶性、玻璃化转变及热化学稳定性等表面特性。     

原苏联芳纶复合材料研究进展及其在固体发动机壳体上的应用

对原苏联在固体发动机壳体上广泛应用的芳纶复合材料的纤维及配套的基体材料的化学结构和物理－力学性能作了介绍，并与欧美相似材料在性能上作了比较，扼要地概述了该国在壳体湿法缠绕中合理控制含胶量的措施及超声浓缩器的应用，以及在磁场中进行缠绕固化等独特的工艺。这些技术在我国尚少，但值得注意。     

PBO纤维缠绕复合材料的初步应用研究

分别进行了PBO纤维缠绕成型的单向复合材料力学性能试验和150mm压力容器试验,与Kevlar-49和F-12纤维的单向复合材料力学性能及150mm压力容器性能进行了对比,初步的应用研究结果表明,缠绕成型的PBO/环氧150mm压力容器的容器特性系数PV/W和纤维强度转化率都达到最高,其值分别达到了60km和90%,但其容器的环向变形较F-12纤维复合材料容器的大。     

电子束固化高模量纤维增强复合材料力学性能研究

用湿法缠绕工艺制备了M40／EB99—1预浸料，研究了电子束固化高模量石墨化碳纤维M40增强EB99-1环氧树脂复合材料的常规力学性能、耐热疲劳性能和热物理性能，并与M40／5228、M40/4211等热固化复合材料的性能进行了比较。实验研究表明，除了剪切强度稍逊于热固化M40/5228复合材料外，其它常规力学性能都优于热固化M40／5228、M40/211复合材料，表现了较好的综合力学性能。电子束固化M40／EB99—1复合材料经冷热交变循环后的性能明显优于热固化M40／5228、M40/4211复合材料，表现了较好的耐热疲劳性能。     

凹回转曲面纤维缠绕架空分析及应用

针对诸如带喷管固体火箭发动机的凹曲面过渡段等负高斯曲率面的缠绕,应用微分几何曲面理论推导出了凹回转曲面的纤维缠绕架空条件及判据,并对不同的过渡段曲线进行了分析,分别给出了判别公式。通过缠绕实验验证了架空判据的正确性和实用性,表明采用单叶双曲面比采用凹圆曲线回转曲面具有更好的缠绕工艺性,且其直纹线的缠绕角恰好为不架空的临界缠绕角;缠绕时,为了保证运动的平稳性,需要剔除奇异点,进行平滑处理。