树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为

目的 实现高性能树脂基复合材料的环境适应性评价和使用寿命预测。方法 选取玻璃纤维增强不饱和聚酯(GF/197S)与玻璃纤维增强乙烯基脂(GF/905-2)2种树脂基轻质复合材料,开展模拟海洋环境实验室盐雾、湿热和盐水浸泡环境9 600 h的加速老化试验。基于4种力学性能(拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度)开展材料老化行为规律研究,利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对树脂基体在3种加速老化环境中的分子链段与官能团变化情况进行分析,得到基体树脂的老化机理。利用外观、超声扫描成像、SEM分析树脂纤维界面的变化情况,明确树脂/纤维界面的失效模式。利用差示扫描量热分析(DSC)与热重分析(TG)分析3种加速老化方式对玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRPC)的玻璃化转变温度(tg)与热质量损失的影响。结果 3种老化方式对树脂基体的老化影响顺序依次为70 ℃/95%RH湿热、35 ℃盐雾、常温盐水浸泡。结论 得到了先进轻质树脂基复合材料的模拟海洋环境老化行为、失效模式以及树脂基体的老化机理,为实现高性能树脂基复合材料的环境适应性评价和使用寿命预测奠定了基础。     

海水环境下玻璃纤维增强复合材料力学性能演化规律研究

目的 研究海水环境下海流能发电机组叶片用玻璃纤维复合材料力学性能的变化规律.方法 在实验室内通过海水浸泡试验、拉伸试验、弯曲试验以及剪切试验,测定叶片用玻璃纤维树脂基复合材料的吸水特性,以及在人工海水介质中各项力学性能参数的演变规律.结果 随着浸泡时间的增加,玻璃纤维树脂基复合材料吸水率先逐步增大、后趋于稳定,总吸水率约0.075％.抗拉强度呈先降低、后提高、又降低的趋势,抗拉强度最高可超过1100 MPa,最小值约为940 MPa.弹性模量和弯曲强度呈逐渐降低的趋势,弹性模量降幅约9.5％,弯曲强度降幅约为30％.弯曲模量变化起伏不定,变化幅度在15％以内.材料剪切强度呈先增大、后降低的趋势,最小值为189 MPa,较初始值高10 MPa.剪切模量呈先降低、后提高的现象,在浸泡28 d时,剪切模量最小,为16.4 GPa.结论 玻璃纤维增强树脂基复合材料经过长期海水浸泡后,拉伸及抗剪切性能略有降低,但降幅不大,抗弯性能下降明显,需要在叶片结构设计和强度计算时,充分考虑抗弯性能衰减的负面影响.     

高温真空老化对X2101双马树脂基复合材料结构及力学性能的影响

目的研究高温-真空环境对新型X2101双马树脂基复合材料结构及性能的影响。方法采用管式炉分别在330,350,370,400℃等高温/真空耦合条件下对X2101双马树脂基复合材料层合板进行热老化处理,利用称重法、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、万能试验机和动态热机械分析仪(DMA)等测试手段表征分析老化条件对复合材料的质损率、化学结构、力学性能、动态力学行为的影响。结果复合材料的最高质损率低于4%。在350℃以下,热老化对基体树脂化学结构的影响较小,随着老化温度的升高,储能模量呈现出先增大后减小的趋势;350℃热老化10 h后复合材料的力学性能保持率在65%以上。结论 X2101双马树脂基复合材料是一种性能优良的耐高温结构材料,可用于制造在300℃高温下服役的航空航天结构件。     

玻纤增强复合材料在厦门地区自然老化及寿命预测研究

目的 研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的自然老化机理,预估该复合材料在厦门地区的使用寿命。方法 研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂在厦门近海地区大气暴露、海水飞溅、海水全浸等3种方式下,自然老化3 a的表面形貌变化和力学性能变化规律。通过扫描电子显微镜、红外光谱仪观察试样的微观结构,解释老化机理。运用线性回归方程对该复合材料的使用寿命进行预测。结果 获得了该复合材料的拉伸强度和弯曲强度等力学性能在老化过程中的变化规律,得到了大气暴露方式下试样的线性回归方程,计算得到弯曲强度下降到75%时的使用寿命。结论 该复合材料在大气暴露方式下的自然老化程度最大,在海水全浸方式下的自然老化程度最小。在老化过程中,主要是复合材料表面的不饱和聚酯树脂老化、脱离。以弯曲强度下降到75%为失效指标,计算得出复合材料的寿命为93.3个月。     

多种损伤影响下正交层合板刚度退化研究

通过对纤维增强树脂基复合材料层合板的细观力学分析,建立了基体裂纹和纤维断裂2种损伤共存时正交层合板刚度退化模型.给出了纤维断裂损伤的计算方法,对正交层合板刚度退化过程进行了量化计算.结果表明,所建立的模型采用较少的几个参数即可描述层合板刚度退化过程,并与试验结果吻合较好.     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析。研究结果表明:衬层-推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑;湿热老化促进了环境水分从衬层–推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低。试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期。      

发动机黏接界面损伤破坏过程细观数值仿真

目的 揭示拉伸加载下发动机黏接界面的损伤破坏规律,以及典型参数对该损伤破坏过程的影响规律。方法 以建立的含预制宏观裂纹的硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂装药的黏接界面结构的细观有限元模型为基础,开展发生推进剂内聚损伤破坏、推进剂/衬层黏接界面损伤破坏和混合型损伤破坏的数值仿真计算,讨论不同损伤破坏形式下的裂纹扩展规律,以及推进剂基体强度、颗粒/基体黏接界面模量和强度、推进剂/衬层黏接界面模量和强度对损伤位置和损伤程度等的影响规律。结果 颗粒/基体黏接界面的“脱湿”是发生推进剂内聚损伤破坏时的主要损伤形式,损伤临界应变阈值约为30%。推进剂/衬层黏接界面损伤破坏时,裂纹扩展路径与预制裂纹方向一致。混合型损伤破坏包括颗粒/基体黏接界面“脱湿”、推进剂/衬层黏接界面脱黏和推进剂基体撕裂,裂纹在推进剂/衬层黏接界面发生扩展的临界应变阈值约为20%,颗粒/基体黏接界面发生“脱湿”损伤及裂纹扩展的临界应变阈值约为60%。推进剂基体强度、颗粒/基体黏接界面强度和推进剂/衬层黏接界面强度对装药黏接界面结构损伤破坏的影响更为显著,前2个参数的增大均能导致发生“脱湿”损伤的位置向推进剂/衬层黏接界面移动,...     

汽车保险杠用聚丙烯材料的老化研究

研究了汽车保险杠用聚丙烯材料在海南、广州两地自然暴露与氙灯人工光老化试验时的老化规律,初步探讨了自然暴露试验与氙灯人工光老化试验之间的相关性。结果表明,汽车保险杠用聚丙烯材料的拉伸强度和弯曲强度在老化过程中保持良好,但冲击强度和断裂伸长率对老化较为敏感;采用GB/T16422.2中氙灯光老化试验对湿热带自然环境具有较好的模拟效果,能够用于对汽车保险杠用聚丙烯材料耐候性的评价。     

燃气轮机用YS10-021聚酰亚胺三防试验验证分析

目的 研究湿热、盐雾、霉菌环境对YS10-021聚酰亚胺材料性能的影响,为燃气轮机选材设计和定寿、延寿提供数据支撑。方法 设计开展YS10-021聚酰亚胺三防试验,定期测试试样老化后的物理性能,并对试验数据进行统计分析。结果 经3552h湿热试验后,高温拉伸强度和高温弯曲强度下降24%,仍然符合出厂指标要求;常温弯曲强度下降34%,简支梁冲击强度下降62%,超出指标要求;其他各项性能未见明显老化。经3 552 h盐雾试验后,弯曲强度下降30%,其余性能均在出厂指标要求范围以内。经84 d霉菌试验后,YS10-021聚酰亚胺各项性能均有轻微下降趋势,但老化不明显。结论 YS10-021聚酰亚胺在湿热、盐雾、霉菌环境中的耐受性良好。总体来看,湿热和盐雾环境对YS10-021聚酰亚胺力学性能的影响更大。     

严酷海洋大气环境下玻璃纤维复合材料腐蚀老化规律研究

目的 研究严酷海洋大气环境下,玻璃纤维增强树脂基复合材料的腐蚀老化规律.方法 通过实海大气环境试验,分析了南海岛礁大气环境下,复合材料暴露不同周期后的腐蚀形貌特征以及力学性能变化规律,建立了腐蚀老化性能预测灰色模型GM(1,1),并与青岛、厦门和三亚等典型海洋大气环境进行对比研究.结果 随暴露时间的增长,南海岛礁大气环境下的复合材料发生严重的纤维裸露,其弯曲强度呈下降趋势,基于弯曲强度建立的灰色模型GM(1,1)精度达到1级;与其他典型海洋大气环境相比,随着纬度的降低,复合材料的弯曲强度呈下降趋势.结论 灰色模型GM(1,1)对复合材料在岛礁等严酷海洋大气环境下的腐蚀老化性能预测精度较高.影响复合材料性能的最主要环境因素为辐照,其次为相对湿度和温度.     

聚氨酯涂层在三亚室外自然曝晒与氙灯老化腐蚀环境中的失效行为

目的研究聚氨酯涂层在三亚室外自然曝晒实验和氙灯老化实验中的失效行为,探讨两种实验条件下聚氨酯涂层光泽度的对应关系。方法利用红外光谱、金相显微镜、扫描电镜等分析手段研究三亚室外自然曝晒和氙灯老化条件下聚氨酯涂层的老化失效规律和行为。结果以聚氨酯涂层完全失去光泽为基准计算,相对于三亚室外自然曝晒实验,氙灯老化实验对聚氨酯涂层老化失效的加速因子约为4.3。结论聚氨酯涂层在实海暴露实验和氙灯老化实验失效过程中表面形貌相似、劣化机理一致,可以用氙灯老化实验模拟三亚室外自然曝晒实验。     

飞艇蒙皮缝线光老化试验研究

目的研究飞艇蒙皮缝线的光老化规律并确定其有效期。方法在辐照强度为0．35w／m^2@340nm,温度为77℃,相对湿度为70％,2h内照射1．5h、喷淋0．5h的条件下,采用氙灯光照进行30天的加速老化试验。通过测量飞艇蒙皮缝线试验后的断裂强力,计算得到飞艇蒙皮缝线的断裂强力下降率,评定蒙皮缝线的抗老化性能。结果经过16天的光老化试验,飞艇蒙皮缝线的断裂强力下降率达20%;试验30天后,缝线出现明显裂纹,断裂强力下降率达80％。结论随试验时间的增加,飞艇蒙皮缝线的力学性能下降的速率逐渐增大,飞艇蒙皮缝线在试验条件下的有效期为16天。     

聚酯粉末涂料在湿热环境的自然老化与 氙灯老化的相关性研究

目的考查聚酯粉末涂料的自然和人工老化的相关性。方法在琼海湿热气候环境开展NH3307、NH5307、NH9307系列的三种聚酯粉末涂料的自然暴露试验,通过开展4种氙灯加速老化试验,比较自然和加速老化的相关性,选出最适合模拟湿热环境的氙灯加速老化方法。基于涂料的保光率,对模拟湿热环境的氙灯加速老化试验方法及自然湿热环境(琼海)的加速性进行探讨。结果经过24个月的自然老化后,NH3307和NH5307涂料的保光率下降到初始性能的50%左右,NH9307涂料下降到70%左右。氙灯加速老化方法 2对3种涂料加速因子分别为17.62、12.44和10.36。结论 NH9307涂料具有最好的耐候性。氙灯加速老化试验方法 2能够较好地模拟涂料在湿热环境中的老化过程。     

三元乙丙橡胶室内外老化行为及相关性分析

目的 研究三元乙丙橡胶(EPDM)的室内外老化机制及其相关性.方法 开展户外拉萨、漠河、吐鲁番、万宁、武汉等站点及室内氙灯加速老化试验,通过分析表观、力学、化学结构等性能,探究EPDM室内外老化行为相关性及加速比.结果 EPDM室内外环境中老化规律为,光泽度初期迅速下降,后期趋于稳定;老化初期色差上升,后期逐渐下降.撕...     

复合材料胶接修理对含腐蚀损伤铝板力学性能的影响

目的研究复合材料胶接修理对含腐蚀损伤铝板静强度和疲劳寿命的影响。方法设计加工模拟铝合金腐蚀损伤的试验件,采用复合材料胶接修理技术对试验件进行修理,通过有限元分析和试验验证的方法考核该修理技术对试验件力学性能的影响。结果有限元计算结果表明,复合材料胶接修理技术能够有效缓解试验件的应力集中情况。试验件修理后与修理前的对比静强度和疲劳试验结果表明,Ⅰ型试验件的破坏载荷提升了45.9%,疲劳寿命增加了9.3倍;Ⅱ型试验件的破坏载荷提升了11.4%,疲劳寿命增加了3.6倍。结论复合材料胶接修理技术是一种高效的飞机铝合金结构腐蚀损伤修理方法。     

温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响研究

目的 研究室温和低温下编织复合材料层合厚板的冲击性能。方法 通过开展低速冲击试验和冲击后的压缩试验,对冲击响应曲线、冲击损伤容貌、压缩失效模式和剩余压缩强度进行分析,探讨冲击时的环境温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响。结果 冲击后的编织复合材料层合厚板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式,压缩失效模式主要表现为横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。结论 低温环境增强基体强度,降低了复合材料的冲击损伤程度,从而提高编织复合材料结构的剩余压缩强度。     

不锈钢/铝(铝合金)/不锈钢多层复合板残余应力研究

采用取条法和化学浸蚀法相结合对不锈钢 /铝 (铝合金 ) /不锈钢多层复合板的残余应力值进行了测量。结果表明外层不锈钢受到长度和宽度方向的残余拉应力作用 ,随着轧制复合变形量的增加 ,多层复合板的残余应力值会逐渐增大。此外还通过热 力耦合的弹塑性有限元法对不锈钢 /铝 (铝合金 ) /不锈钢多层复合板的残余应力场进行了模拟仿真 ,并将模拟结果与试验测量值进行了分析和对比。