摘 要:复合材料微波固化过程中极易出现局部过冷过热及固化不均等问题,降低成型质量与精度,本文采用多物理场耦合有限元仿真方法,开展了微波工艺下模式搅拌器参数对电场分布均匀性的影响规律研究,在此基础之上研究了T型件微波固化过程中的温度分布及演变规律。结果表明:当模式搅拌器参数设置为长度1054 mm、宽度25 mm、转速5.6 r/min时,电场稳定性与均匀性表现最佳;在模式搅拌器参数优化基础之上,T型件温度均匀性整体呈现出随蒙皮尺寸及腹板高度升高而变差,蒙皮尺寸由200 mm增加至500 mm时,温差由44.2 ℃变到66.2 ℃,变异系数由0.0473升至0.2;腹板高度由40 mm增加至60 mm,制件温度均匀性变化不大,由60 mm增加至80 mm,温度均匀性显著恶化,由5.4 ℃增加至9.1 ℃。
摘 要:针对航天器承载平台对轻质、高精度、高尺寸稳定结构件的需求,制备了一种碳/碳复合材料蜂窝夹层结构。碳/碳复合材料蜂窝以酚醛预浸布为原料,通过粘接法定型,化学气相渗透(CVI)致密,密度0.15 g/cm3;碳/碳复合材料面板以酚醛预浸布为原料,采用铺层模压成型,CVI致密,密度1.51 g/cm3;蜂窝与面板通过酚醛树脂粘接获得结构稳定的蜂窝夹层结构。力学测试结果表明,蜂窝的平压强度为7.2 MPa,在压缩载荷下先后发生蜂窝壁压缩破坏失效与蜂窝粘接面剪切脱粘失效;面板的拉伸强度为171 MPa,破坏形式主要包括基体开裂、界面脱粘、层间分离、纤维断裂。
摘 要:随着太空技术的迅猛发展,人类对地外星体探索的步伐越来越快。当航天器从外星球表面起飞返回时,上升返回器的发动机会将高温高压羽流直接冲击在底部的着陆表面,为了防止反冲的高温羽流损伤返回器以及保护着陆器不被烧毁,需要将羽流导向背离航天器的方向。由于地面用火箭羽流导流材料重量太大,无法满足航天器轻质的要求,因此,本文介绍了一种新型既耐高温又能承载的轻质导流结构材料的制备方法及环境测试分析。根据测试结果可知,该材料突破了传统单一的材料体系,解决了目前导流结构材料轻质的难题,满足了承受高温高压羽流冲击要求。本文研究在未来深空探测任务中具有广阔的应用前景。
摘 要:复合材料因优异的力学特性在航空结构中得到了广泛而深入的应用,当前复合材料构件设计呈现大型化、复杂化趋势,但其制造过程中易产生分层缺陷,且位置难以预估。由于分层缺陷会显著降低结构刚度、强度,尤其在压缩载荷作用下,分层缺陷或将诱发结构整体失效,威胁航空器安全,因此,有必要研究分层缺陷对复合材料力学性能的影响。本文依托有限元法,建立了复合材料单向板含预制分层缺陷的数值仿真分析模型,分别研究了沿厚度、宽度方向分层位置对单向板纵向及横向压缩性能的影响。研究结果表明,分层缺陷会影响复合材料单向板压缩性能,但对于纵向、横向压缩性能影响程度并不一致。研究结果可为复合材料结构损伤容限设计、分析提供参考。
摘 要:针对空天领域极端工况下的绝热防护难题,采用针刺+缝合纺织技术与真空导流工艺制备石英纤维/硼酚醛制品,系统表征其形貌、烧蚀、热学、力学性能,并开展模拟试验验证。结果表明:制品内部均匀无富胶、干斑缺陷;线烧蚀率0.059~0.147 mm/s,质量烧蚀率0.089~0.147 g/s,烧蚀集中于表层,内部结构完好;热导率0.227~0.346 W/(m·K),线膨胀系数0.371~2.756×10 -6/k,隔热与尺寸稳定性优良;拉伸、弯曲、压缩及剪切性能满足设计要求。模拟验证,复合材料制品绝热层烧蚀轻微、结构完整,耐烧蚀与隔热可靠性满足长航时使用要求。
摘 要:聚丙烯腈(PAN)基碳纤维凭借其高比强度、高比模量与优异耐蚀耐疲劳性能,已成为航空航天、风电叶片、轨道交通及高端装备等领域的关键核心材料。碳化作为PAN基碳纤维制备的核心工序,其工艺参数与过程中的结构演变直接决定碳纤维的拉伸强度等关键力学性能。本文系统梳理碳化过程中纤维微观结构演化及低温碳化与高温碳化阶段石墨微晶生长与取向变化等对拉伸强度的作用机制,分析了碳化温度、升温速率等关键工艺参数对碳纤维力学性能的影响规律,总结原子尺度结构调控、微波等离子体碳化等新技术进展。本文旨在揭示碳化过程与拉伸强度的内在关联,为工业化制备高强度、低成本PAN基碳纤维提供理论参考与技术思路。
摘 要:以酚醛树脂为浸渍剂,黏胶基炭毡、PAN基炭毡为增强体,采用模压工艺制备两种低密度隔热炭/炭复合材料。对比研究两种材料的压缩性能与导热系数,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其断口微观形貌。结果表明:以黏胶基炭毡为增强体制备的低密度隔热炭/炭复合材料压缩强度较高,约为0.74 MPa;两种材料的应力-位移曲线与断口微观形貌均表明,其压缩破坏方式为伪塑性断裂。在1600℃条件下,黏胶基、PAN基炭毡增强的低密度隔热炭/炭复合材料导热系数分别约为0.308 W/(m·K)、0.369 W/(m·K),灰分含量分别为189 ppm、193 ppm。由此可见,黏胶基炭毡增强的低密度隔热炭/炭复合材料具有更优异的隔热性能与高温结构稳定性。该制备工艺生产稳定性良好,生产效率提升约20%,具有广阔的工业化应用前景。
摘 要:根据以往在非等温固化动力学研究中获得解析解的启发,进一步推导研究了等温固化动力学的解析解。以等温固化研究中固化温度 T 对应凝胶时间 tgel 的关系,确立 T 对 的线性关系。T 对 的线性关系可以确定等温固化的特征温度参数 ΔT ,这是求得等温固化动力学解析解 Ea≈RT2/ΔT 的前提条件。通过对 SY-H1 等温条件下(100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃ 和 140 ℃)的粘度测试,验证了 T 对 的线性关系。优化确定了特征温度参数 ΔT 和固化温度 T,通过 Ea≈RT2/ΔT 所确定的活化能接近于以往用非等温 DSC 研究确定活化能。本研究及以往的非等温固化动力学解析解研究结果表明,热固性材料的固化反应活化能可以由其本身的固化反应特征温度参数确定。
摘 要:碳纤维复合材料(CFRP)飞机壁板凭借比强度高、比模量高、耐腐蚀、可设计性强、轻量化效果显著等核心优势,已广泛应用于机身、机翼等飞机关键结构部件,其装配质量直接决定飞机结构的可靠性、轻量化水平与飞行安全性。针对碳纤维复合材料各向异性、固化后易翘曲、层间强度低、对缺口敏感等固有特性,以及装配过程中高精度形位协调难、低损伤连接难、柔性工装适配难等问题,本文系统研究碳纤维复合材料飞机壁板的装配技术,梳理核心装配关键技术,明确关键工艺参数与公差要求,分析常见装配缺陷及措施,本文研究为碳纤维复合材料飞机壁板的高效、精准、低损伤装配提供理论支撑与工程实践参考。
摘 要:碳纤维天线面真空袋压成型工艺对模具的结构与制造有着严格要求,为提升模具设计质量与一致性,为实际生产提供明确指导,本文针对碳纤维天线面成型金属模具设计技术展开系统研究。首先明确研究成果适用于复合材料天线面袋压成型工艺用模具;随后阐述了模具常用材料(球墨铸铁QT500、铸钢、P20材质、碳钢等)的成型工艺及选型依据,并结合性能与应用场景,提出球墨铸铁应作为优先选用材料的建议;同时提供经生产验证的典型模具结构案例,为设计工作提供直接参考。本研究可有效提升碳纤维天线面模具的设计水平,为模具制造、使用及后续优化提供可靠的技术支撑。
摘 要:液相致密作为炭/炭复合材料增密的一种重要手段,其残炭率、单周期增密效率对炭/炭复合材料的制备及应用具有重要影响。本文以硝酸锌和氯化锌混合固化剂对炭/炭复合材料液相致密的效率和制品性能进行了研究。通过改变硝酸锌与氯化锌的混合比例获得最优的混合固化剂组分,并针对该组分混合固化剂进行致密试验与性能测试。结果表明:当硝酸锌与氯化锌混合比例为1∶9时,糠酮树脂的残炭率最高,为67.4%;单周期平均增密较对甲苯磺酸固化剂的单周期增密高0.18 g/cm3。同时硝酸锌与氯化锌的混合固化剂制备的炭/炭复合材料的抗拉伸强度平均值为59.00 MPa,抗弯曲强度平均值为63.90 MPa,抗压缩强度平均值为129.80 MPa。
摘 要:为满足运载火箭与卫星之间的接口需要及火箭结构轻量化需求,本文以Φ1194A标准碳纤维蜂窝夹层薄壁圆锥壳为研究对象,建立了考虑三维曲率效应的多尺度有限元(FEM)模型,系统探究了铺层角度对结构承载特性与模态响应的影响规律。基于经典层合板理论,结合参数化有限元分析,对比了典型铺层方案在等效轴压载荷下的极限承载力及前五阶模态频率特性,为复杂曲率复合材料结构的铺层设计提供了可靠的理论依据。
摘 要:在全球能源转型与“双碳”目标推动下,风电叶片大型化、轻量化、低成本化成为产业发展趋势,复合材料凭借优异综合性能成为风电叶片制造的热门材料。本文系统综述风电叶片用复合材料的应用与发展现状,梳理风电叶片材料的性能特点、应用场景及发展瓶颈,分析风电叶片主流成型工艺的技术优势与适配性;讨论了复合材料在风电叶片领域的挑战与展望,探讨了大丝束碳纤维规模化、热塑性树脂产业化、风电叶片成型工艺升级及智能监测技术应用是推动风电叶片复合材料发展的关键。通过产学研用协同创新突破技术壁垒,实现关键材料自主可控并构建全生命周期绿色产业链,将为风电产业高质量发展提供坚实材料保障,助力全球能源清洁化转型与碳中和目标实现。