摘要:现代航空制造领域,碳纤维增强塑料(CFRP)部件的广泛应用对制造工艺提出了极高要求。特别是在连续铣削加工过程中温度升高成为影响复合材料性能的关键因素,高铣削温度诱发多种加工缺陷。本文通过实验获得了CFRP层压板端铣加工过程的温度变化数据,将数据拟合后转化为热通量密度随时间变化的函数,在有限元分析中引入了双椭球体移动热源模型,并基于热通量密度时变函数编写了移动热源子程序,以更精确地描述铣削过程中的热效应,模拟铣削过程中温度场的变化。采用Hashin失效准则作为纤维和基体失效依据,通过顺序热-力耦合的方式,将温度场的仿真结果作为预定义场,输入热-力耦合仿真模型中进行求解分析,建立了CFRP端面铣削加工热-力耦合仿真分析模型。模型仿真结果可以对探究CFRP材料在温度影响下的损伤演化规律提供依据。
摘要:本研究提出一种分阶段建模方法,将针刺过程划分为变形、插入及平稳三个阶段,分别构建刚性力、切削力与摩擦力的动态耦合模型。基于Boussinesq接触理论解析针尖-织物初始接触行为,结合弹性切削理论量化纤维断裂机制,并采用Winkler地基模型与LuGre动态摩擦模型表征针轴摩擦特性。研究表明,变形阶段的刚度力受针尖几何参数(斜角、接触半径)与织物弹性模量的影响;插人阶段的切削力与纤维微观变形密切相关;平稳阶段的动态摩擦行为可通过LuGre模型高精度刻画。最终建立的完整针刺力预测模型,为优化复合材料针刺工艺参数、降低纤维损伤及设备设计提供了理论依据。
摘要:氰酸酯树脂具有优异的耐热性、介电性能、阻燃特性及低吸湿性,在航空航天、电子工业和胶粘剂等领域应用广泛。氰酸酯树脂自身大量的苯环结构,及聚合生成三嗪环结构,交联密度大,导致树脂脆性大,在使用时需对氰酸酯进行改性。本文系统总结了热固性树脂、热塑性树脂、橡胶弹性体等氰酸酯树脂改性方法,通过共混或共聚方式,明显改善氰酸酯树脂的韧性,探讨了酚醛型氰酸酯树脂、双马改性氰酸酯、添加纳米离子或石墨烯耐高温氰酸酯在提升氰酸酯树脂耐高温性能领域的研究进展,并对氰酸酯树脂的发展方向进行了展望。
摘要:利用热熔预浸工艺制备了厚度为 0.1mm 的国产T800纤维/双马来酰亚胺树脂预浸料,分别采用 230‰ 和 280‰ 的两种固化温度制备了厚度为 2mm 的复合材料单向板,对单向板的力学性能及耐热性能进行研究。结果表明,两种固化温度下,复合材料固化度均大于 93% , 280‰ 固化温度下,复合材料玻璃化转变温度较 230‰ 固化提高了 $9 0 ~ \mathrm { \textmp C }$ ,且复合材料在 240‰ 时的弯曲强度和层间剪切强度保留率均大于 65% ,复合材料高温力学性能优异。
摘要:目前,有关碳纤维拉挤板的力学性能研究多为室温环境,而风电叶片逐渐向沙戈荒极限高低温环境地区应用,但针对该类极限高低温环境服役条件下的研究未见报道。本文采用高低温环境箱研究了模拟沙戈荒风场的高低温极限环境下风电叶片梁帽使用的碳纤维拉挤板的力学性能。结果表明,碳纤维拉挤板的拉伸、压缩和弯曲力学性能在高温环境下( 50‰ ,3h)衰减,在 0° 和 90° 方向上的弯曲强度(模量)下降率最大,分别为 8.22% ( (3.50% )和 17.76% ( 3.61% )。而在低温环境下( -40°C , 3h )提升,在 0° 和 90° 方向上性能提升最大的为弯曲强度(模量)和压缩强度(模量),分别为 6.41% 4.67% )和 18.00% ( 4.49% )。上述性能变化主要与纤维、树脂本身及二者界面结合受温度影响有关。
摘要:工艺仿真是航空航天复合材料构件制造的重要支撑技术,尤其对于高能耗的热压罐成型,通过仿真优化工艺、提升工艺装备热均匀性,是改善构件成型质量、降低成本的有效方法。本文以热压罐为研究对象,提出一种基于格子玻尔兹曼法的流热固耦合仿真模型,研究热压罐低简化度物理模型抽象及计算域离散,罐内湍流模型、热模型及热固耦合模型等选取。进一步基于试验用热压罐及测试数据,设置仿真模型对照组,开展考虑成型工艺装备的热压罐升温过程数值计算,并定解流热固耦合仿真模型。通过分析罐内流场及温度场仿真结果可知,低简化度物理模型使罐内气流运动呈现出与实际一致的反射及涡流现象,耦合模型的设置模拟出热损耗,热压罐温度从罐门至罐底出现下降趋势,且在被工艺装备遮挡区域出现因气体流动不畅造成的局部温度降低,热压罐仿真温度与工艺温度差异在 10% 以内,工艺装备仿真温度与其表面实测温度差异在 4‰ 以内,定解流热固耦合模型仿真与试验规律相符性好,适于模拟气体流动及热传递复杂的热压罐工艺过程。此外,提出此项技术的后续优化及应用方向。
摘要:本研究以电子级连续玻璃纤维为增强材料,分别以PEEK、PPS、PEI、PPSU为基体树脂制得复合材料,探究了不同工程树脂对材料力学性能及抗剪切性能的影响。结果表明:GF/PEEK复合材料有较突出的力学性能,拉伸强度达 390MPa 以上,缺口冲击强度达 ,弯曲和压缩性能均高于GF/PPS体系。GF/PEEK、GF/PEI有较高的抗剪切强度,层间剪切强度达 40MPa ,其树脂对纤维浸润性良好。玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料在机械性能和浸润效果等方面具有一定优势,可以为多个领域提供高性能材料解决方案。
摘要:碳纤维复合材料辊筒由于具有质量轻、强度高等特性,被应用于纺织设备中,显著减少辊筒在设备中的重量,对于需要频繁更换或调整辊筒的纺织设备来说,降低了劳动强度并提高操作效率。本研究基于碳纤维复合材料所具备的性能优势,针对碳纤维复合材料辊筒在纺织机械中的应用以及辊筒结构设计和工艺设计要点进行阐述,旨在拓展碳纤维复合材料辊筒在纺织等行业的应用场景,本研究对碳纤维复合材料辊筒的工程化应用具备一定的实践意义。
摘要:航天大型异形回转体防隔热构件在基于树脂传递模塑(RTM)工艺制造过程中,合模成型精度低、密封性差及合模成型效率低等问题严重制约其高质量生产,为此,本文开发了一套基于RTM工艺的自动合模成型装备。针对合模成型工艺过程的难点,对高精度合模成型旋转工作台与专用合模成型机械手进行了研究,结合优化的合模成型工艺和检测技术,攻克了包含复杂曲面的航天大型异形回转体自动合模成型的技术瓶颈。试验表明,该装备的合模成型精度可达 ±0.10mm ,满足航天大型异形回转体防隔热构件对合模成型精度要求,对此类构件的生产制造提供了切实可行的解决方案。
摘要:在现代复杂的战场环境下,隐身技术的发展加剧了各国武器装备的竞争。发展隐身技术,提高武器系统生存、空防和纵深打击的能力,已经成为集陆、海、空、天、电磁为一体的现代战争的迫切需求。本文介绍了光学隐身和超材料的应用背景及概念,从基本工作原理出发,介绍主流光学隐身超材料技术的实现方法,包括变换光学隐身技术、等离激元隐身技术、基于微波网络理论的隐身技术以及相位调制型超构表面隐身技术等,并对光学隐身超材料发展趋势进行了展望。
摘要:先进复合材料以其优异的物理力学性能、一体化设计制造特性、低运营成本等优点在航空领域的关键结构部件中得以广泛应用,随着服役时间延长和服役环境的极端性,复合材料结构内部会出现不同程度的损伤和缺陷,影响飞机的使用寿命和安全平稳运行,因此,需要开发健康监测系统以实时监测和评估复合材料结构的健康状态。本文综述了光纤传感技术在复合材料结构健康监测领域的研究进展,针对光纤光栅传感技术和分布式光纤传感技术,分别从工艺参量的原位监测、传感器嵌人及保护方案、传感器布设方案及对结构的影响、冲击及疲劳损伤监测角度展开讨论,并总结了两种监测方法的优势与局限,展望了光纤传感技术在复合材料结构健康监测的发展趋势。
摘要:高聚物材料具有快速固化、高粘结强度、施工简便、防水抗渗等优点,在公路路面路基的修复,堤坝防渗加固,高速铁路无砟轨道的抬升,地下管道脱空病害防治等工程中应用效果明显。通过准静态压缩试验得知高聚物注浆材料修复后,路面弯沉值显著降低,表明道路强度和整体性的提高,且材料的弹性模量、抗压强度和准静态能量耗散随着密度增大而增大。目前,对于高分子材料的力学性能,已有很多的实验研究。本文将对该领域研究的方法,成果以及未来趋势作详细述评。
摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为典型的难加工材料,实际加工中产生的高切削力和高切削温度使得刀具磨损相较于切削传统金属材料更为剧烈,纤维切削过程中剪切断裂不完全,从而形成未切断纤维、毛刺等表面缺陷。为了分析切削不同纤维角度的CFRP时的切削力及刀具磨损区域,基于三维Hashin准则,采用有限元软件与VUMAT子程序建立了CFRP三维正交切削模型。仿真结果表明在CFRP切削过程中,各纤维