摘 要:采用聚醚砜(PES)热塑性树脂作为增韧剂,改性高温固化环氧树脂。通过差式扫描量热仪(DSC)、旋转流变仪、万能拉力试验机、动态力学热分析仪(DMA)等分析手段对GW(未增韧)、GWR(增韧后)树脂体系的固化行为、粘度-温度关系、浇铸体力学性能及耐热性进行了研究。制备GW/SYT49S及GWR/HF40A单向纤维预浸料,测试了复合材料单向板的力学性能。研究结果表明,GWR浇铸体力学性能、Tg均有提升,且满足热熔预浸工艺要求,GWR/HF40A复合材料单向板与GW/HF40A相比,具有更优异的力学性能,层间剪切强度、90°拉伸强度、90°压缩强度分别提升了27%、175%和29%。
摘 要:本文制备了碳/E玻璃纤维、碳/高强玻璃纤维、碳/玄武岩纤维、高强玻璃/玄武岩纤维四种单向混杂纤维板,并测试了单向板的力学性能。结果表明,混杂纤维复合材料拉伸性能均有小幅增加,其中碳纤维与高强玻璃纤维线密度比例4:3时,试件的拉伸强度达到最高;高强玻璃纤维与玄武岩纤维线密度比例1:2时,试件弯曲强度达到最高;碳纤维与高强玻璃纤维线密度比例2:3时,弯曲模量达到最高。对混杂纤维复合材料力学测试的失效模式和测试数值的离散性进行了统计分析,并提出混杂纤维复合材料力学测试结果在应用过程中提高可靠性的建议。
摘 要:树脂基纤维增强复合材料的性能高度依赖于增强纤维的合理选择。本文面向工程应用,系统比较了碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等传统高性能纤维与聚乳酸纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维等新兴纤维的关键性能,并分析其与树脂基体的适配性问题。通过建立力学性能图谱、热化学稳定性对比表和成本-性能权衡模型,揭示了各类纤维在比强度、比模量、耐温性、耐腐蚀性及成本方面的差异化特征。研究表明,碳纤维综合性能优异但价格较高,玻璃纤维成本优势显著但耐碱性差,芳纶纤维抗冲击性强但耐紫外性弱,新兴纤维则在特定场景(如高温、环保)展现出独特价值。本文为不同工程场景下的纤维选型提供了多准则决策框架,并指出了界面优化、绿色回收、多功能集成等未来发展方向。
摘 要:针对大型飞机复合材料机翼整体化成型对工装尺寸精度、热匹配性与结构稳定性的严苛要求,研究开展大尺寸复杂整体成型机翼复合材料工装设计、制造与维护技术研究。提出复材铺贴模+金属框架组合式工装结构,通过弹性连接与热膨胀补偿设计,兼顾复合材料热匹配优势和金属框架高刚度特性。系统阐述过渡模制备、铺贴模成型、框架加工、精准装配、表面处理全流程制造工艺,并针对表面损伤、漏气、型面下陷等典型失效模式,形成标准化返修与维护方案。工程应用表明,该工装可满足8m级大尺寸双曲面机翼构件精密成型需求,显著提升产品合格率与工装使用寿命,为大型航空复合材料构件整体成型工装提供成套技术支撑。
摘 要:针对固体火箭发动机壳体用金属骨架石膏芯模,与现有其它类型芯模相比较在整体刚度、型面互换性、成型效率、成本等方面的具有优势。本文对采用金属骨架石膏芯模条件下影响纤维缠绕壳体质量的因素进行研究,基于材料力学理论建立简支条件下石膏芯模受力模型,并推导出最大挠度计算公式,得出芯模跨度和重量是影响芯模变形的关键因素。结合固体火箭发动机壳体纤维缠绕成型生产实际,对金属骨架石膏芯模质量影响壳体性能的机理进行如下分析:一是石膏混料工艺与芯模刮制过程导致的绝热层界面缺陷;二是芯模结构变形及连接问题与壳体内部质量的相关性。三是芯模挠度过大对纤维缠绕强度及一致性的影响。本研究表明,金属骨架石膏芯模可满足发动机壳体的成型需求,但必须严格控制上述工艺环节,才能保障壳体最终性能的可靠性与稳定性。
摘 要: 本文主要研究湿法缠绕成型工艺, 通过对缠绕张力、缠绕角度、缠绕铺层方式的变化, 探索玻璃钢管体强度的影响因素。结果表明: 湿法缠绕小口径玻璃钢圆管时, 随着缠绕层数叠加, 缠绕张力从 100N 逐渐递减至 80N, 缠绕角度在 35°-40°, 环向螺旋环向交替缠绕时, 管体强度最佳抗水压强度可达 17MPa 。通过对工艺的系统性设计和实验验证, 显著提高了玻璃钢管体的强度和质量一致性, 为湿法缠绕成型工艺在复合材料制造领域的广泛应用提供了有力的技术支持和理论依据。
摘 要:为满足大型天线反射体轻质、高强度、高精度及环境适应性需求,本文聚焦碳纤维复合材料在天线反射体中的设计与应用展开研究。首先分析碳纤维复合材料的性能优势及天线反射体主流结构形式,确定碳纤维/铝蜂窝夹层结构为天线面核心结构,针对大型天线受热压罐口径限制的问题,采用可拆分的分块设计,将结构分为天线面与背架两部分。天线面采用热压罐中温固化成型工艺,通过铺层设计消除热变形翘曲,选用金属化处理以保障高频段使用性能;背架采用碳纤维工字型截面辐射梁,解决传统封闭腔体梁焊接应力变形、积水腐蚀等问题。以4.5米天线为研究对象,建立有限元模型,对在28.4 m/s风载荷下正面及背面迎风工况进行力学分析,结果表明各部件强度安全裕度均满足技术要求,验证了该设计方案的合理性与可靠性。本文研究为大型碳纤维天线反射体的结构设计与工程应用提供参考。
摘 要: D形梁构型桨叶是通过先预制成型复合材料D形空心大梁, 再二次固化成型桨叶。D形梁产品结构复杂, 制造工艺难度大, 本文阐述了D形梁制造工艺过程, 重点解决了D形梁构型桨叶成型过程中的分层、褶皱等固化变形问题。
摘 要:自动铺带技术目前已成为先进的复合材料自动化成型工艺之一,预浸带作为自动铺带技术的原材料,其分切质量、制备工艺对后序铺放有着重要影响。基于国内预浸带分切研究现状,对预浸带制备流程进行了简单介绍。针对预浸带制备过程中纸屑过多、预浸带卷边缘不齐、预浸带劈丝等问题进行了研究分析,提出了解决方法,优化了预浸带制备工艺,提升了分切质量。本文阐述了分切工艺对自动铺带的影响,提出了预浸带分切工艺改进思考,为铺放工序的稳定运行与铺放质量提升提供参考。
摘 要:某型飞机垂尾壁板工字型长桁在靠模铣加工后反复出现边缘分层缺陷,缺陷深度达长桁厚度的75%~85%,严重影响结构完整性与使用安全。为查明缺陷成因,对加工系统进行了全面工艺分析,识别出靠模铣工艺存在三项关键短板:无专用刀具冷却系统导致干切削、进给速度完全依靠人工手动调控而无稳速机制、精加工工序余量仅0.5 mm难以消除粗加工产生的微观损伤。在此基础上,系统分析了碳纤维复合材料切削过程中纤维方向与切削角度的关系(尤其45°/135°方向的高撕裂风险)、装夹干涉导致的反复启停冲击效应、干切削条件下刀具温度峰值达110.8 ℃致使树脂基体玻璃化转变温度降至约133 ℃的热损伤机理,以及共胶接固化中微裂纹扩展的力学机制。通过12件试样的缺陷复现试验和6根长桁的共胶接验证试验,确认粗加工阶段产生的微裂纹是最终导致分层缺陷的直接原因。据此提出了“水冷降温+粗加工-半精加工-精加工三步工艺优化”的组合改进方案。经10架份共计200根长桁生产验证,无损检测合格率达100%。研究表明,该方案可有效消除复合材料工字型长桁靠模铣边缘分层缺陷,为同类手工切削工艺的质量控制与改进提供了工程参考。
摘 要:本文针对某型号复合材料导向杆进行了力学试验,模拟其实际工作状态,并据此建立了有限元分析模型,分析结果与试验结果符合良好,验证了有限元模型的准确性。在此基础上,对复合材料导向杆铺层角度及接头形式进行优化,计算结果表明,铺层角度优化后,导向杆端部位移相比原状态下降了23%,复合材料Tsai-Wu值下降了31%,复合材料导向杆刚度及强度得到了明显提升;基于优化后的铺层角度,对接头形式再次进行优化,结果显示,相比原接头状态,导向杆端部位移下降2%,复合材料Tsai-Wu值下降12%,同时重量降低了20%。对优化的方案再次进行了试验验证,试验结果与仿真结果保持一致。复合材料导向杆经优化后刚度和强度得到明显改善,为工程应用提供了巨大的参考价值。
摘 要:本文系统综述了近年来船舶复合材料仿真模拟技术的研究进展,重点梳理了多尺度建模理论、成型工艺仿真(如RTM工艺)、以及典型结构力学行为(如加筋板、轴系、连接节点)下的耦合仿真研究。最后,本文总结了当前研究现状,并对未来自主化软件研制、高保真损伤判据、智能仿真融合及数字化孪生运维等研究热点进行了展望,旨在为优化设计舰船结构与预测服役年限提供科学依据。
摘 要:在新能源汽车产业高质量发展及“双碳”目标驱动下,轻量化是提升整车续航与安全性能的关键,复合材料因比强度高、密度低等优势成为电池箱轻量化方向。本文综述汽车复合材料电池箱最新研究进展,重点分析电池盖设计、铺层与模具优化及轻量化设计等关键领域成果,包括玻纤/碳纤维复合材料在电池盖的应用及减重效果,基于多目标优化的铺层方案设计,以及材料替代、结构优化等轻量化路径。研究表明,复合材料电池箱可实现30%-60%减重,显著提升综合性能。但目前仍面临原材料成本高、多场耦合机理复杂、回收利用难及标准不统一等瓶颈。系统梳理其技术进展与挑战,对推动规模化应用、助力新能源汽车产业可持续发展具有重要意义,可为相关研究与工程应用提供参考。
摘 要:新型聚合物基复合材料具有优异的功能特性、灵活的可设计性和良好的可制造性,是实现未来先进商业航天结构件综合性能提升的关键材料。面向商业航天结构件的应用需求,结合前人的应用探索研究结果,文章概述了当前新型聚合物基复合材料研究现状,阐述了新型聚合物基复合材料应用关键技术,重点分析了纤维增强聚合物基体复合材料、新型聚合物基纳米复合材料等先进材料在商业航天中的固体发动机、飞行器蒙皮、推进剂贮箱、卫星天线、压力容器等典型构建中的应用方案和技术效果,据此提出了新型聚合物基复合材料在商业航天结构件中应用中面临的挑战与建议。