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碳纳米管有序排列对碳纤维增强环氧树脂基复合材料低温性能的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 8 期

作者：赫玉欣杨松张丽桑亚非陆昶刘春太曹国喜蒋元力

基金：河南省科技攻关项目(162102210052)

关键词：环氧树脂碳纤维碳纳米管性能低温

摘要：为了提高碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料在低温(77 K)循环条件下的抗微裂纹性能,采用共沉淀法制备了具有良好顺磁性的Fe3O4修饰氧化碳纳米管(Fe3O4-O-MWCNTs),并研究了Fe3O4-O-MWCNTs在环氧树脂(EP)基体中的有序排列对EP及CF/EP复合材料低温性能的影响.结果表明:Fe3O4-O-MWCNTs的有序排列可有效提高EP基体的低温力学性能及降低EP基体的热膨胀系数,相对于纯EP,Fe3O4-O-MWC-NTs改性EP的热膨胀系数降低了41.6％;相对于CF/EP复合材料,Fe3O4-O-MWCNTs改性CF/EP复合材料在低温环境下的微裂纹密度降低了56.2％.

复合材料加筋结构后屈曲的自开发程序

《复合材料学报》 - 2017 年 7 期

作者：韩庆宋恩鹏陆华刘斌

关键词：材料失效结构破坏增量迭代弧长控制能量收敛后屈曲翼盒

摘要：针对复合材料层合加筋结构的后屈曲问题, 开发出自编Fortran程序, 并嵌入Patran进行前后处理.采用该程序计算出线性屈曲模态, 将其作为后屈曲非线性计算的初始挠度;采用增量迭代技术、弧长控制及能量收敛准则求解非线性方程;最后引入复合材料Tsai-Hill失效准则, 对单元的损伤进行判断及刚度折减.采用复合材料加筋板的压缩试验对该系统进行初步验证.针对不同加载方式、选材及结构型式的机翼盒段, 利用该系统进行后屈曲计算和分析, 数值结果与试验数据吻合较好.

复合材料圆柱壳的轴压屈曲失效试验

《复合材料学报》 - 2017 年 7 期

作者：李峰刘加顺张恒铭

基金：国家自然科学基金(51408606) 国家科技支撑计划(2014BAB15B01-05)

关键词：复合材料圆柱壳轴压试验屈曲破坏模式破坏机制

摘要：为了研究高径比大于1的复合材料圆柱壳的轴压屈曲性能及其失效模式, 对2组单向纤维圆柱壳和3组外侧环裹环向纤维圆柱壳进行了轴压试验, 观察了试件的受力过程和破坏形态, 获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线, 利用有限元模型分析了单向纤维圆柱壳两种屈曲形式的破坏机制, 对比分析了两种铺层试件的轴压性能.结果表明:单向纤维复合材料圆柱壳出现先纵向劈裂后板壳屈曲和先柱壳屈曲后纵向劈裂的两种破坏模式;外侧环向纤维可改善圆柱壳的轴压性能, 屈曲发展有一定的阶段性并表现出延性特征, 破坏形式和承载力均较为稳定.

混酸介质加速老化条件下玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯复合材料的耐久性

《复合材料学报》 - 2017 年 6 期

作者：侯锐钢尚琪冬黎大胜

关键词：纤维增强塑料排烟筒混酸介质加速腐蚀弯曲性能动态热力学性能微观结构

摘要：针对纤维增强塑料排烟筒工程应用中采用的玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯(GF/VE)复合材料和碳纤维-玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯(CF-GF/VE)复合材料分别进行混酸介质(H2SO4、HF、HCl和HNO3 混合溶液)加速腐蚀试验,考察了3种温度下(25℃、55℃、80℃)的混酸介质浸泡后GF/VE与CF-GF/VE复合材料的质量及弯曲性能变化,并结合动态热力学性能、微观结构等分析了材料的性能衰减机制.结果表明:相同浸泡条件下,试样GF/VE的质量增重率高于CF-GF/VE,酸性介质在GF/VE和CF-GF/VE内部的扩散活化能分别为8.798 kJ·mol-1 和10.959 kJ·mol-1;80℃浸泡2 160 h后,CF-GF/VE复合材料的弯曲强度保留率为75.29%,而GF/VE的弯曲强度保留率仅为58.84%;DMA研究结果表明:常温条件下的腐蚀浸泡对材料的玻璃化转变温度Tg影响较小,加温条件下试样的Tg显著降低;SEM研究发现:混酸介质浸泡后,试样表面出现许多孔洞,同时纤维/基体界面发生了明显的脱粘破坏.

层间纳米纤维膜对玻纤预制体渗流特性的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 6 期

作者：高杨吴宁庄旭品王静马明郑姗姗

基金：国家自然科学基金(51403153) 天津市应用基础与前沿技术(青年)项目(14JCQNJC02600) 天津工业大学"研究生科技创新活动计划"(16107)

关键词：纳米纤维径向流动实验各向异性度部分饱和区域渗流特性

摘要：为了研究层间纳米纤维膜对玻纤织物渗流特性的影响,使用超景深三维显微镜表征了纳米纤维含量对玻纤织物微观结构的影响,采用径向法测量了纳米纤维膜夹层玻纤织物预制体的渗透率,重点分析了纳米纤维含量对玻纤织物预制体渗流模式的影响.结果表明:玻璃纤维束间的毫米尺度区域被纳米纤维膜填充而离散成微米尺度区域;预制体孔隙率及渗透率值均随着纳米纤维含量的增加而减小;随着纳米纤维含量的增加,复合预制体表现出的各向异性程度逐渐减小;树脂宏观流动前沿内部分饱和区域面积比例随纳米纤维含量的增加而增大;相同纳米纤维含量预制体的部分饱和区域面积比例随注入时间的增加呈先增大后减小趋势.

热压温度对芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸微区结合特征的影响

《复合材料学报》 - 2017 年 5 期

作者：张素风李鹏辉刘媛雷丹刘叶

基金：陕西省科技统筹创新工程计划(2015KTCQ01-44)

关键词：芳纶纤维芳纶浆粕热压抗张强度孔隙结构

摘要：针对国产间位芳纶纸力学性能不足的问题,采用芳纶1414(聚对苯二甲酰对苯二胺)短切纤维与芳纶1313(聚间苯二甲酰间苯二胺)浆粕复合,制备芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸,研究不同温度下芳纶1414纤维/1313浆粕复合原纸的热压性能,分析纸张的强度性能;采用SEM、压汞仪和FTIR研究芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸的内部结构变化.阐述热压温度对芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸热压过程中短切纤维与浆粕之间的相互作用以及微区结合特征的影响.结果表明:芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸在热压温度为280℃、热压时间为6 min、热压压力为15 MPa条件下,短切纤维与浆粕之间黏结状态良好,自制芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸孔隙率为23.21%,其抗张指数最大值为212.2 N·m·g-1,为Nomex T410纸强度的两倍.FTIR结果表明,随着热压温度的升高,纸张中未形成新的化学键,芳纶分子间氢键缔合程度明显增大,是芳纶1414纤维/1313浆粕复合纸强度提高的主要原因.

基于一种新修正偶应力理论的平面正交各向异性功能梯度梁静弯曲模型及尺度效应

《复合材料学报》 - 2017 年 4 期

作者：贺丹杨子豪

基金：国家自然科学基金(11572204)

关键词：修正偶应力理论正交各向异性功能梯度材料尺度效应材料尺度参数

摘要：基于一种新修正偶应力理论建立了微尺度平面正交各向异性功能梯度梁模型.模型中包含两个材料尺度参数,因此能够分别描述在两个正交方向上由尺度效应带来的不同大小弯曲刚度增强.基于最小势能原理推导了平衡方程和边界条件,并以自由端受集中载荷作用的悬臂梁为例给出了弯曲问题的解析解.该梁模型的控制方程以及解的形式和经典梁模型是一致的,只是在刚度项中增加了一项和尺度效应有关的项.算例结果表明:采用本文模型所预测的梁挠度总是小于经典理论的结果,即捕捉到了尺度效应.尺度效应会随着梁几何尺寸的减小而增大,并在梁的几何尺寸远大于尺度参数时逐渐消失.

CFRP复合材料/钛合金叠层螺旋铣孔工艺

《复合材料学报》 - 2017 年 3 期

作者：董辉跃陈光林周兰何凤涛刘顺涛

基金：国家自然科学基金(51575479) 工信部民用飞机专项(MJ-2015-G-081)

关键词： CFRP复合材料/钛合金叠层螺旋铣孔回程精加工正交试验加工质量

摘要：利用螺旋铣变偏心距加工的特点,提出了在刀具回程过程中进行二次精加工的工艺策略.通过正交试验研究了回程各工艺参数对CFRP/Ti-6Al-4V叠层孔加工质量和加工精度的影响规律,并依此优化工艺参数.试验结果显示:采用优化参数的回程精加工工艺提高了叠层孔的制孔精度,避免了复合材料孔壁加工损伤,复合材料孔粗糙度均值从Ra3.52降低到Ra1.31,入口撕裂明显改善,钛合金孔出口无毛刺.

聚氨酯注浆材料在循环压缩加载下疲劳性能与微观结构演化

《复合材料学报》 - 2017 年 3 期

作者：高翔魏亚王复明钟燕辉

关键词：聚氨酯压缩疲劳疲劳阈值疲劳损伤微观裂纹

摘要：应用于基础设施维修加固的聚氨酯注浆材料通常承受反复荷载作用,对聚氨酯注浆材料进行循环压缩加载试验以测试其压缩疲劳性能,全程记录材料的应变响应,并在SEM下观测材料泡孔结构疲劳破坏的微观形貌特征.试验结果表明:材料在循环荷载下的响应分为三个阶段,第一阶段持续数十次,弹性应变递次增大;第二阶段应变值稳定;第三阶段在高应力水平下表现为疲劳破坏,在低应力水平下表现为循环硬化.对于0.3 g/cm3的试件,导致疲劳破坏的应力阈值α在0.7~0.8之间;而0.5 g/cm3试件的阈值在0.6~0.7之间.发生疲劳破坏时,材料的宏观表现为垂直于荷载方向的鼓出,微观表现为泡壁裂纹扩张和棱边屈曲.此外,提出疲劳损伤参数D表征材料模量在循环荷载下的演化,D可以敏感地捕捉低应力水平下第三阶段材料的循环硬化.

三种壳类植物纤维/聚氯乙烯复合材料性能比较

《复合材料学报》 - 2017 年 2 期

作者：朱碧华何春霞石峰张园园常萧楠刘丁宁

基金：国家级大学生创新训练计划项目(SRT)(201510307090)

关键词：壳类植物纤维聚氯乙烯力学性能吸水率热稳定性

摘要：以壳类植物纤维(榛子壳、椰壳、稻壳)为填料,以聚氯乙烯(PVC)为基体,采用挤出成型工艺制备三种壳类植物纤维/PVC复合材料。对三种壳类植物纤维进行了成分分析；对三种壳类植物纤维/PVC 复合材料进行了力学性能和吸水性能测试,并进行了 FTIR 和 TG-DSC 联用法分析,用 SEM观察了复合材料断面微观结构。结果表明：三种壳类植物材料中,稻壳纤维素含量最高,稻壳纤维/PVC 复合材料有较好的结合界面和力学性能,稻壳纤维/PVC复合材料弯曲强度为69.79 MPa,分别比椰壳纤维/PVC 和榛子壳纤维/PVC 复合材料高4.34%和24.87%。三种壳类植物纤维/PVC复合材料24h 吸水率均小于1%,其中椰壳纤维/PVC 复合材料吸水性较小,其24 h吸水率为0.6005%,榛子壳纤维/PVC复合材料热稳定性较好。三种壳类植物纤维/PVC复合材料力学性能和吸水性均符合国家标准 GB/T 24137—2009和 GB/T 24508—2009要求。

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