纤维增强复合材料研制、开发与应用述评

本文综述了玻璃纤维、凯夫拉纤维、碳纤维、陶瓷纤维增强的高性能复合材料的发展与应用,简述了我国复合材料开发现状与国外的差距,以及笔者为缩短这一差距而提出的建议。     

生产航天飞机防热瓦用间歇烧结炉的制造技术

航天飞机的表面贴有两万多片陶瓷防热瓦。在航天飞机完成每次飞行任务之后通常要更换其中的许多防热瓦。要更换的理由是脆弱的防热瓦在航天飞机的飞行中很可能被损坏,以及在瓦内或瓦的附近测得的数据要求更换。 过去,防热瓦一直是洛克威尔公司在加利福尼亚州生产的,使用洛克希德导弹及宇航公司生产的玻璃纤维坯料。为了给航天飞机热防护系统的维修、更换更快地提供新瓦,NASA     

1-3型压电纤维主动叠层板扭转特性的研究

对4类典型铺层的1-3型压电纤维复合材料主动板的变形模式进行了理论分析。在此基础上对具有扭转变形模式的主动叠层板进行了振动特性分析,得到了该类型主动叠层板在外界电场激励下的稳态解。最后对该类主动叠层板的扭转振动特性进行了深入的研究,包括作用电场强度的大小、频率对扭转特性的影响、压电纤维铺层角和压电纤维体积比对主动叠层板扭转特性的影响等。算例表明本文计算模型和有限元得到的结果符合良好,同时算例结果表明含1-3型压电纤维复合材料主动叠层板具有良好的主动扭转特性。     

硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度的测试与研究

设计了一种单纤维拔出试样制备方法,分析了单根硼纤维拔出特性;同时采用该方法分别测试了四种硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度。固化剂采用异佛尔酮二胺(IPDA)的硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度比采用二乙烯三胺(DETA)的提高了44.7%;采用液体丁腈橡胶(LNBR)改性环氧树脂的硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度提高了97.7%~135%。     

芳纶Ⅲ与Kevlar-49纤维组成、结构与力学性能的对比

通过红外光谱和元素分析对芳纶Ⅲ和Kevlar-49纤维的进行对比研究得出,芳纶Ⅲ纤维中存在含氮的芳杂环结构,并结合X射线衍射方法分析芳纶Ⅲ和Kevlar-49纤维的晶体结构,其中芳纶Ⅲ纤维的结晶度为30.44%,明显低于Kevlar-49。芳纶Ⅲ力学性能优于Kevlar-49,其拉伸强度、弹性模量和断裂延伸率分别为4250MPa、139MPa和3.2%。     

先驱体法制备连续Si-Fe-C-O吸波纤维的研究

用聚二甲基硅烷和二茂铁合成聚铁碳硅烷,经多孔熔融纺丝、预氧化、连续烧成,制得电阻率低至10-2Ω·cm,拉伸强度可达2.0GPa,长度大于500m的连续Si-Fe-C-O纤维,这种纤维在8～18GHz范围内具有较好的吸收雷达波性能.研究铁对Si-Fe-C-O纤维电阻率和β-SiC结晶的影响:铁含量的增加有利于β-SiC晶粒的增长和电阻率的降低.     

基于SFEM的SRM纤维缠绕结构的可靠性分析

采用纽曼级数展开的蒙特卡罗随机有限元方法(SFEM),分析了固体火箭发动机(SRM)复合材料缠绕的燃烧室在内压正态变化下的应力响应,然后利用应力强度干涉原理分析计算其可靠性.     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

基于一种新的均匀化实施方法的FRP刚度预测

基于一种新的渐近均匀化(AH)实施方法,预测并讨论了单向纤维增强复合材料(FRP)的宏观等效弹性性能及纤维排列方式对等效力学性能的影响。该方法方便地将有限元分析(FEA)软件作为一个工具箱使用,只需在单胞上施加简单位移周期边界条件开展静力学分析,即可经过简单计算得到等效弹性常数,相比传统均匀化实施方法显著降低了实施难度并简化了计算过程。通过对比不同数值方法的结果验证了该方法的有效性和精确性。数值结果表明:六边形排列下单向纤维增强复合材料呈现横观各向同性,而正方形排列下则呈现宏观正交各向异性,经过刚度平均化过程可得到横观各向异性材料性质,纤维体积含量对两种排列方式下材料等效弹性模量影响显著但有所差别。     

C/C复合材料界面影响下的宏观拉伸强度模拟

C/C复合材料的宏观强度是由纤维束强度起主导作用,而纤维束强度受纤维/基体界面剪切强度影响.本文建立了界面剪切强度影响下的纤维束强度计算模型,用以计算纤维束或碳布强度.针对细编穿刺C/C复合材料利用其周期性结构单胞,纤维柬和碳布采用Tsai-Wu准则,基体采用最大应力准则,纤维束/基体界面采用内聚力单元,并对其采用二次应力准则,将单胞施加周期性边界条件,计算了纤维束/基体界面处于弱界面剪切强度并与纤维/基体界面剪切强度在一定比例协同变化时的材料宏观拉伸强度,分析了材料的破坏模式.通过计算结果表明:材料宏观拉伸强度会随两类界面剪切强度的协同增加而增加.