【摘 要】
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为厘清碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何构件相控阵超声检测中声传播规律,围绕CFRP材料R区开展了弹性特性表征、有限元建模、声场计算及实验验证工作.基于超声液浸背反射法和模拟退火算法求解了CFRP单向板刚度矩阵反问题,并借助Bond变换实现了R区弹性特性的定量描述.结合微观组织分析等获取材料、几何特征,建立了虑及曲面形状、叠层、弹性各向异性的R区相控阵超声检测有限元模型,计算了R区相控阵超声检测A、B扫描信号,发现存在结构噪声和缺
【机 构】
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大连理工大学 无损检测研究所,大连 116024
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为厘清碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何构件相控阵超声检测中声传播规律,围绕CFRP材料R区开展了弹性特性表征、有限元建模、声场计算及实验验证工作.基于超声液浸背反射法和模拟退火算法求解了CFRP单向板刚度矩阵反问题,并借助Bond变换实现了R区弹性特性的定量描述.结合微观组织分析等获取材料、几何特征,建立了虑及曲面形状、叠层、弹性各向异性的R区相控阵超声检测有限元模型,计算了R区相控阵超声检测A、B扫描信号,发现存在结构噪声和缺陷伪像.在此基础上研究CFRP材料R区瞬态声场并与CFRP平板、弹性各向同性R区和0°单向板R区情况对比,阐明了结构噪声和缺陷伪像的形成机制:弹性各向异性叠层结构导致倾斜入射的超声波发生反射和折射,与沿肋板传播的快速波混叠在R区形成结构噪声,同时多向板R区两侧肋板反射导致缺陷伪像,即材料弹性各向异性与构件曲面叠层结构耦合共同影响缺陷的精准辨识.
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针对树脂基复合材料树脂粘接层脆性大且存在结构缺陷,易发生剥离和分层等突出问题,提出以轻质高强的芳纶pulp(AP)作为增强剂,通过模压成型制得强化的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究不同添加面密度对复合材料抗钻孔、钻孔-冲击二次损抗性能和损伤后的抗压强度的影响.结果表明,6 g/m2 AP使复合材料直接、钻孔以及钻孔-冲击后抗压强度分别增强37.3％、41.0％和41.8％.分析认为:AP改善了树脂脆性,消除层间富树脂区域,提升层间断裂韧性,抑制了裂纹生长;同时AP以纤维桥连形式贯穿于树脂层和碳纤
采用双酚A型邻苯二甲腈预聚树脂(BAPh-P)改性聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PDMP)制备了双酚A型邻苯二甲腈/聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PBA),利用DSC、FTIR、流变分析、TGA等技术分析其固化行为、黏度以及耐热性变化.结果表明,PBA树脂固化峰值温度较PDMP升高;固化反应主要为炔基的Diels-Alder和加成反应、氰基进一步交联生成三嗪环和酞菁环等结构反应;BAPh-P的加入提升了PDMP在空气下的耐热性,PBA-1(PDMP:BAPh-P质量比为5:1)树脂固化物在N2
为改进传统单向波纹夹层结构横向力学性能较差的缺点,设计了一种新型复合材料双向波纹夹层结构.考虑复合材料双向夹层结构制备困难,研究了整套真空辅助成型工艺(VARI)工艺制备方案,实现双向波纹夹层结构的高效制备,以满足工程应用的需要.对制备出的复合材料双向波纹夹层结构与单向波纹夹层结构分别进行面外压缩、弯曲和剪切实验,分析了双向波纹夹层结构在不同载荷下的破坏模式及其失效机制,计算了该结构在不同荷载条件下的强度和模量,并将其与单向波纹夹层结构进行对比分析.结果表明,在压缩荷载作用下,玻璃纤维/环氧树脂芯子为主要
实验研究表明,将纳米增强相引入纤维增强树脂复合材料界面构成多尺度复合材料,能够显著改善复合材料中纤维与基体之间的黏结性能,而且不同形态的纳米相在多尺度复合材料中发挥的增强效应有明显差异.本文基于内聚能模型探讨了三种典型形态的纳米增强相(包括高长径比碳纳米管、球状富勒烯纳米颗粒、片层状氧化石墨烯)对碳纤维与环氧树脂基体之间黏结强度的影响,建立了纳米增强相的形态和数量参数如何影响界面黏结强度的力学模型.利用纤维束复合材料横向拉伸测试方法评估了三种多尺度复合材料的界面黏结性能,通过理论预测结果与实测数据的对比验
针对复合材料结构疲劳损伤的在线监测和预测问题,提出了一种基于结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)和贝叶斯理论的结构分层损伤诊断及结构剩余使用寿命预测方法.在贝叶斯概率理论框架下,采用指数模型描述复合材料结构疲劳分层损伤面积的先验演化规律,融合在线SHM数据对结构分层损伤状态,以及损伤面积演化模型的参数进行联合后验估计,即为损伤诊断结果.进一步通过后验估计得到的损伤状态和模型参数预测未来时刻结构分层损伤面积的演化,从而得到当前复合材料结构的剩余使用寿命预测结果.通
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