复材制件固化过程温度控制的探讨与实践

复合材料制件在成型过程中温度均匀性的控制,是影响产品各项力学性能的关键因素之一。通过对实际生产中典型碳纤维/环氧复合材料固化过程进行分析,分别从零件构型、工装结构和热电偶模拟方式3个方面对碳纤维/环氧复合材料制件固化过程热温度控制进行研究。分析得出该类复材制件固化时零件温度控制的一般规律,为后续同类型零件的温度控制研究打下基础。     

圆锥面等测地曲率曲线的轨迹规划方法

为解决复合材料锥壳铺放过程中的纤维残余应变过大的问题,提出了等测地曲率曲线的轨迹规划方法。通过分析发现轨迹的测地曲率决定了纤维的残余应变,于是通过计算圆锥上任意曲线的测地曲率推导出了等测地曲率曲线的表达式,并证明在圆锥展开面上等测地曲率曲线是圆弧。最后,通过计算等测地曲率轨迹的残余应变及其与圆锥母线的夹角分析该轨迹铺放工艺性。结果表明:等测地曲率轨迹相较于固定角轨迹与测地线轨迹具有良好的可设计性和铺放工艺性。     

表贴式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析

针对表贴式永磁电机转子在高速高温状态下转子强度计算问题,提出了考虑磁钢分块结构的转子模型。基于厚壁圆筒理论推导了转子强度计算的解析解,分别计算出碳纤维护套及磁钢的切向应力和径向应力;基于有限元法分析了多种工况下的转子强度,在高速及高温工况下转子所受应力均会增加;对比解析分析结果表明,有限元法及解析法均能准确计算碳纤维护套应力,而磁钢却受到边缘效应的影响,磁钢边缘应力增大,解析分析难以进行精准计算;基于有限元法分析护套与磁钢过盈量,优化了转子结构,提出了过盈量的最优范围。     

TG800碳纤维/双马树脂基预浸料等温固化动力学

为复合材料成型工艺参数制定提供准确信息,采用动态力学分析法(DMTA)对国产TG800碳纤维/802双马树脂基预浸料等温固化动力学进行研究,根据损耗模量E″在恒温扫描过程中出现的拐点可准确确定固化凝胶点。以储能模量E′相对增长率为固化反应速率指标,考察不同恒温阶段反应程度增长模式,并建立了固化反应动力学模型。分别采用Hsich非平衡热力学涨落理论和Avrami方程对预浸料固化反应过程中活化能变化规律进行分析。结果表明:Hsich理论得出TG800/802预浸料反应活化能为49. 5 kJ/mol;Avrami方程得出恒温阶段前期活化能均小于后期,且温度越高对应活化能越低。TG800/802在200℃恒温时前期活化能为78. 8 kJ/mol,小于后期109 kJ/mol,温度升高至240℃后活化能降至32. 4 kJ/mol。通过计算不同恒温阶段固化度佐证了双马树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h的可行性,为TG800/802预浸料的工程化应用提供了技术支撑。     

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。     

Z-pin增强树脂基复合材料单搭接接头抗冲击性能

为了研究Z-pin增强树脂基复合材料接头的抗冲击性能,制备了Z-pin增强单搭接接头冲击试样。对比不同树脂体系Z-pin/层合板界面裂纹扩展,分别通过Z-pin拔脱试验和接头剪切试验研究Z-pin冲击后拔脱强度和单搭接接头冲击后剪切强度;结合有限元模拟和超声C扫描研究搭接面分层损伤情况。结果表明,相同冲击能量下,环氧Z-pin/环氧层合板界面抗冲击性更强,冲击能量越大,裂纹扩展越显著;Z-pin增强树脂基复合材料显著减小分层损伤面积,提高冲击后剪切强度,体积分数为1.5%、直径为0.5mm的Z-pin增强层合板分层损伤面积仅为40%,冲击后剪切强度的下降率仅为24.89%。随着Z-pin体积分数增加,搭接面损伤面积逐渐减小,冲击后剪切强度先增加后降低;随着Z-pin直径增加,层间损伤面积增加,冲击后剪切强度逐渐降低。Z-pin增强接头分层损伤模型模拟结果与试验结果基本吻合。      

光纤光栅预拉力调节方法与温度补偿分析

为了在光纤光栅的封装阶段产生预期的应变,需要对光纤光栅施加一定的预拉力。通过设计刀口铰链形式的平衡杠杆机构,保证了光纤不发生弯曲,并最大限度的减少了摩擦力带来的不稳定因素。利用调节块的重力并设置不同的作用点,可以对作用于光纤光栅的轴向拉力进行调节,从而改变光栅的间隔周期,得到准确的应变与反射波长值。通过计算得到温度补偿比,在相应位置处点胶固化并进行调节,从而完成光纤光栅的封装。     

碳纳米管悬浮液强化重力型平板热管性能的实验

以带有微槽道强化传热面的小型重力型平板热管蒸发器为研究对象,以水-多壁碳纳米管(CNT)组成的纳米悬浮液为工质,在不同运行压力和不同悬浮液质量浓度下对热管蒸发器的沸腾换热特性以及临界热通量(CHF)进行了实验研究.研究证明:以水-多壁碳纳米管组成的纳米悬浮液可以明显地强化重力型平板热管蒸发器的换热特性.沸腾换热系数强化率和CHF强化率随压力降低而大幅度增加.悬浮液质量浓度对沸腾换热系数和CHF也有重要影响,在低质量浓度时,沸腾换热系数和CHF随质量浓度增加而缓慢增加.但是在质量浓度超过2.0%时,质量浓度的影响基本消失.      

PMMA透光纳米复合材料的制备

利用同轴共纺技术制备出具有壳-芯结构的复合纳米纤维,再通过热压成型工艺将壳层的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熔融,留下芯层的尼龙6(PA-6)纳米纤维作为增强材料,由此制备得到纳米纤维增强透光复合材料.实验结果表明,该复合材料较之纯PMMA板在力学性能上有明显改善,透光率则基本不受影响.应用SEM、TEM以及FTIR研究了复合纳米纤维的形貌和结构,并根据复合材料力学试验断口的SEM照片,分析了PA-6纳米纤维含量对复合材料力学性能和透光性能的影响.     

直11型机燃油箱的研制

直11型机燃油箱是国内首次采用工程塑料研制成功的直升机燃油箱,打破了国内惯用的金属燃油箱和橡胶燃油箱的格局。它具有阻燃性能、抗静电性能、抗坠毁性能和重量轻、寿命长等特点。