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.     

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。     

用于直升机蒙皮修复的EA9396和HT6119胶粘剂的环境适应性研究

目的 通过测试不同胶粘剂在不同温度及不同环境介质中的粘结强度,研究胶粘剂的环境适应性,为直升机复合材料胶接维修提供工艺参考和数据支撑。方法 选取HYSOLEA9396（美国汉高）和HUITIAN HT6119（中国回天）2种胶粘剂,测试其黏度、适用期、挥发性、玻璃化转变温度、拉伸强度、弯曲强度和压缩强度等基本性能,并使用金属–金属胶接方式,在不同温度下和不同环境介质（普通大气、水、航空液压油、RP-3煤油、盐雾和湿热）中,测试其拉伸剪切性能。结果 随温度升高,2种胶粘剂的拉伸剪切性能均发生下降。在121℃前,HT6119胶粘剂的拉伸剪切性能优于EA9396胶粘剂;121℃（含）至149℃间EA9396胶粘剂拉伸剪切性能优于HT6119胶粘剂;当温度上升至177℃时,两者的性能相当。2种胶粘剂在不同环境介质均有较好的胶接性能,HT6119胶粘剂除了在航空液压油和盐雾条件下的拉伸剪切性能略低于EA9396胶粘剂外,其他环境条件下都优于EA9396胶粘剂。结论 EA9396和HT6119胶粘剂的拉伸剪切性能均随温度升高而下降,EA9396在中低温下的胶粘性能较好,HT6119在高温条件下胶粘...     

垂尾方向舵悬挂点螺栓断裂分析及改进

目的 分析某型飞机在使用中其方向舵第4悬挂点连接螺栓出现不同程度断裂损伤的原因,并进行设计改进。方法 从宏观和微观2个方面研究螺栓的断口形貌和特征,对螺栓材料进行金相组织分析和力学性能测试,与同类型飞机相同位置螺栓的结构和功能进行对比分析。结果 螺栓断口边缘无明显的腐蚀和氧化特征,无有害的夹杂物和磷化物,硬度及拉伸强度符合材料力学性能要求。该型飞机方向舵第4悬挂点连接螺栓的结构较同类型飞机相同位置的螺栓结构应力集中更加明显,材料强度更低,存在设计缺陷。结论 连接螺栓断裂性质为疲劳断裂,螺栓受到异常的拉伸和弯曲循环载荷作用是导致其疲劳断裂的主要原因。基于裂纹原因及性能对比分析提出的设计改进方案,在螺栓选材、强度、刚度和耐久性等方面符合飞机结构设计规范,经验证,满足飞机装配技术要求,实践表明,能够确保飞机寿命期的安全使用。     

厌氧胶粘剂的贮存寿命试验研究

采用热空气老化加速试验,对厌氧胶粘剂的贮存寿命进行了试验研究.讨论了试验温度、试验时间对接头粘结强度的影响,分析了粘接试样的破坏类型,并分别以拉伸剪切强度下降20%、30%和50%为失效指标,评价了厌氧胶粘剂的粘接贮存寿命.     

SiC_p/A1复合材料挤压成形的实验研究

开展了SiC颗粒增强铝合金基复合材料挤压成形的实验研究.分析了其挤压成形的力能变化规律.结果表明:该材料的挤压载荷随着变形温度的提高而显著降低;在一定温度下.随着挤压位移的增加而呈现出明显的阶段性变化的特点.     

热塑性复合材料高速冲击时不同失效模式对比分析研究

目的准确地对热塑性复合材料前缘结构进行抗鸟撞冲击设计。方法首先基于刚度退化、材料塑性及应变率影响的复合材料本构关系,通过霍普金森拉-压杆测试得到热塑性复合材料的动力学性能参数。基于不同的失效模式,采用PAM-CRASH显式有限元法,针对运输类飞机热塑性复合材料机翼前缘结构在高速冲击时的破坏形式进行对比分析研究。结果热塑性复合材料较其他复合材料在临界拉伸损伤极限值和纵横向及屈服应力的率相关性上具有更好的性能。冲击分析时,失效应变应考虑材料破坏瞬间的强化效应。剪切应变取值为0.1左右时,前缘结构计算仿真失效的结果与试验结果一致性较高,应变误差仅为6.2%,破坏尺寸误差为4.9%。结论在复合材料失效参数较复杂的情况下,抗冲击设计可将拉伸、压缩、剪切及层间失效等多目标优化设计简化为等效剪切应变失效的单目标优化,此方法可推广应用于其他类型复合材料的抗冲击设计。     

T300/QY8911复合材料湿热行为的研究

目的为保证复合材料结构的完整性和使用安全,对树脂基复合材料的湿热行为、湿热环境下的宏观力学性能和物理行为进行研究。方法采用加速老化法,在高温下对T300/QY8911复合材料进行湿热老化行为的研究。借助动态力学热分析(DMTA)、力学性能测试研究湿热条件下的玻璃化转变温度和力学性能的变化规律。结果 T300/QY8911复合材料吸湿率的变化在湿热处理初期符合Fick第二定律,T300/QY8911复合材料的玻璃化转变温度均随着复合材料吸湿率的增加呈下降趋势,在饱和吸湿条件下tanδ峰对应的θg值具有较大的下降幅度,复合材料的拉伸强度和压缩强度均随着湿热处理时间的增加而出现下降,湿热处理条件对复合材料拉伸断裂宏观形貌的影响比较明显,而对复合材料压缩断裂宏观形貌的影响较小。结论 T300/QY8911复合材料在432 h到达饱和吸湿,饱和吸湿率为1.34%,水分子在复合材料中的扩散系数为7.38×10-5 mm2/s,吸湿速率为1.29×10-2 s-1,饱和吸湿条件下T300/QY8911复合材料的θg下降了59.2℃。T300/QY8911复合材料拉伸强度的下降幅度为16.2%,压缩强度的下降幅度为0.6%。     

表面处理对剑麻纤维/PE复合材料的影响

为改善剑麻纤维/PE复合材料的性能,对剑麻纤维分别进行了碱处理、热处理及硅烷偶联剂处理,使用双螺杆挤出机制备了剑麻纤维质量分数分别为10%、20%、30%的剑麻纤维/PE复合材料,并对复合材料的拉伸、弯曲、冲击性能以及吸湿性进行了分析。结果表明,经硅烷处理、剑麻纤维质量分数为30%的复合材料的拉伸强度和杨氏模量相比纤维含量相同但未经处理的复合材料分别提高了18%和32%;经碱处理后,剑麻纤维含量相同的复合材料的弯曲强度提高了37%;经过表面处理后,复合材料的冲击强度都有不同程度的降低。此外,随着剑麻纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、杨氏模量得到提高,冲击强度和断裂延伸率则有所降低。经表面处理的复合材料的吸水率与未经处理的复合材料相比明显降低。     

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。     

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。     

HTPB推进剂老化性能湿热影响分析

目的 掌握HTPB推进剂老化过程中,温度和湿度对其力学性能的影响及贡献程度.方法 对HTPB推进剂进行不同湿热条件下的加速老化试验,并测量不同老化时间推进剂的质量损失分数和力学性能,结合推进剂在温度和湿度下的作用机理,对质量损失分数随老化时间的变化规律进行分析,以最大拉伸强度作为性能指标,对HTPB推进剂湿热老化过程进行湿热双因素方差分析.结果 湿度对HTPB推进剂质量损失分数的影响起主导作用,在75％～85％有一个湿度拐点值,大于或小于这个拐点值,推进剂遵循不同的质量损失分数变化规律.温度和湿度对推进剂最大抗拉强度方差分析的F值均大于其临界值,影响显著.相比而言,湿度的影响更加显著,整个老化过程中,温度和湿度的影响作用表现出先增加、后下降的趋势.温湿交互作用在试验前期和后期对推进剂的影响不显著,而在试验中期较为显著,同样呈现出先增大、后减小的规律.结论 湿度对推进剂最大拉伸强度影响的贡献率最大,温度次之,交互作用最小.从时间轴上看,湿度的贡献率表现为单调递增趋势,温度为单调递减趋势,交互作用呈现抛物线趋势.     

云南高原紫外辐射强度变化时空特征分析

对云南低纬高原地区不同海拔高度和经纬度站点的太阳紫外辐射强度观测资料进行了分析,讨论了紫外辐射强度在云南全境的时空分布特征。结果表明:①紫外辐射的基本变化主要受天文因子的影响,其一般变化特征与总辐射有良好的对应关系,具有明显的日变化和年变化。②紫外辐射强度受测站纬度的影响,随测站纬度的升高而减小,其同经度递减率为纬度每增加1°,紫外辐射强度干、雨季分别减小0.679W/m²和0.157W/m²;不同经度分别减小0.340W/m²和0.306W/m²,且紫外辐射强度随纬度的变化率干季大于雨季,具有明显的干雨季特征。③紫外辐射强度受测站海拔高度的影响,随测站海拔高度的增加而增加,其变化率为海拔高度每上升100m,紫外辐射强度干、雨季分别增加0.202W/m²、0.090W/m²,同样具有明显的干雨季特征。     

高低温条件下碳纤维增强尼龙复合材料的老化特征分析

目的分析不同试验条件下碳纤维增强尼龙复合材料的性能变化规律,获得该种材料在高温和低温条件下的老化特征。方法对制备的碳纤维增强尼龙复合材料拉伸样和缺口冲击样,开展高温和低温试验,定期测试其拉伸、冲击性能,分析各试验条件下力学性能的变化趋势,总结该材料的老化特征。结果几种试验条件下均未造成该材料外观损伤,冲击强度出现了前期升高后期降低的变化趋势,而拉伸强度前期略微降低,随着试验进行逐渐升高。结论碳纤维增强尼龙复合材料在高温和低温条件下无明显的外观老化特征,而力学性能在高温16天后材料会呈现出较缓慢的热老化趋势。     

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.     

攀枝花西渣场灌浆胶结炉渣强度的试验研究

针对攀枝花西渣场采用灌浆胶结炉渣加固边坡工程,开展了灌浆胶结炉渣单轴压缩试验和三轴压缩试验,研究了胶结炉渣体的破坏模式、强度特征及其对边坡稳定性的影响.试验结果表明:随着灌浆胶结炉渣中炉渣含量的增加,其内部结构不均匀性更加突出,试验加载过程中压应力区和拉应力区相互交错分布,最终破坏时受劈裂破坏和剪切破坏共同作用,其破坏...     

基于失效模式的船体典型加筋板极限承载能力预报

目的 探究失效模式对加筋板极限承载能力的影响,并提出加筋板极限承载能力预报方法。方法 利用非线性有限元法,对某典型船体加筋板模型进行分析。考虑加筋柔度与甲板柔度2种主要影响因素,分析加筋板的破坏机理,明确不同失效模式下甲板柔度与加筋柔度对加筋板极限承载能力的影响规律,并提出不同失效模式下加筋板极限承载能力的经验公式。结果 甲板柔度一定时,随着加筋柔度的增加,加筋板的破坏模式由板与加筋的局部屈曲,变为板格的局部屈曲,最后演变为加筋板的整体梁柱屈曲。板格宽度较低时,随着加筋高度的增加,加筋板的破坏模式会由梁柱屈曲变为板格屈曲;板格宽度较大时,不同加筋高度的加筋板破坏模式均为板格屈曲。不同失效模式下,加筋板的载荷位移曲线也呈现出不同的趋势。结论 加筋柔度与甲板柔度二者之间的数量关系会导致加筋板呈现出不同的失效模式,此时二者对加筋板极限承载能力的影响规律会有所不同。此外,在设计阶段,需保证加筋与甲板的刚度匹配,避免出现材料利用率过低的现象。