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橡胶辅助增压在非热压罐成型工艺中的应用研究

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精密成形工程 2024年第6期16卷 53-61页

作者：方俊文王轶高竹青胡兆财左小彪周何乐子周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 航天材料及工艺研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

目的针对蒙皮带筋典型构件,在容易产生孔隙的加强筋底部放入橡胶增压,以优化应力场、减小孔隙缺陷。方法针对CFRP固化成型制度,进行红/蓝2种橡胶模量、热膨胀系数测试及双马树脂流变测试。基于材料测试数据及预浸料固化特征建立了固化... 详细信息

目的针对蒙皮带筋典型构件,在容易产生孔隙的加强筋底部放入橡胶增压,以优化应力场、减小孔隙缺陷。方法针对CFRP固化成型制度,进行红/蓝2种橡胶模量、热膨胀系数测试及双马树脂流变测试。基于材料测试数据及预浸料固化特征建立了固化前中后3类数值仿真模型,以对比不同橡胶在不同固化时期的增压效果。结果在固化前期,红、蓝橡胶均有增压作用,可使加强筋底部应力提高约5倍;在固化中期,红橡胶有显著增压作用,可使加强筋底部应力提高约9倍并改善应力梯度;在固化后期,橡胶难以发挥增压作用。结论红橡胶可显著发挥增压作用,有效解决加强筋固化成型前中期底部应力不足的问题;在CFRP固化前期,热膨胀系数是影响热应力的主要因素,在固化后期,模量为主要因素。通过对比多组仿真数据,明确了最优增压材料及最主要的材料属性,为解决OOA成型局部压力不足的问题提供了指导方向。

关键词：复合材料非热压罐成型有限元仿真应力场局部加压

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移动边界下塑料熔体充填模拟的稳定性方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第6期51卷 137-143页

作者：陈路黄志高周何乐子周华民华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 国家数字化设计与制造创新中心湖北武汉430075

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法.该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合... 详细信息

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法.该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合计算方案,提升了移动网格下塑料熔体充填模拟的稳定性和精度;进一步针对计算过程中网格变形导致四面体单元反转错误的问题,采用引入反转单元罚函数的线弹性网格优化方法,提升了移动边界下网格变形的稳定性;数值稳定性实验表明该方法在网格极端变形和不同单元纵横比下均能稳定求解.最后采用具有柔性移动边界特征的注射压缩-热压复合成形工艺对该方法进行验证,发现移动边界下塑料熔体流动前沿的模拟误差为3.3%,实现了对此类成形工艺的精确模拟.

关键词：塑料成形移动边界网格优化充填模拟有限元法

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针刺C/C复合材料面内拉伸强度预测

复合材料学报 2023年第2期40卷 1142-1153页

作者：刘文台程坤周何乐子白侠廖敦明周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 西安航天复合材料研究所西安710025

为研究针刺碳纤维增强碳基体复合材料(针刺C/C复合材料)面内拉伸强度与渐进损伤,建立了针刺C/C复合材料代表性体积单元有限元模型。模型包含无纬布层、网胎层、针刺纤维束、界面4类子区域,并考虑了孔隙的影响。采用基于应变的破坏准则... 详细信息

为研究针刺碳纤维增强碳基体复合材料(针刺C/C复合材料)面内拉伸强度与渐进损伤,建立了针刺C/C复合材料代表性体积单元有限元模型。模型包含无纬布层、网胎层、针刺纤维束、界面4类子区域,并考虑了孔隙的影响。采用基于应变的破坏准则及指数型损伤演化规律研究无纬布层及针刺纤维束损伤,采用弹塑性本构研究网胎层损伤,采用内聚力牵引分离定律和二次应力破坏准则分析界面损伤。通过两步法计算了孔隙对材料性能的折减效果,并得到上述4个子区域的力学性能,通过ABAQUS UMAT预测了材料的面内拉伸应力-应变曲线及各子区域损伤起始、演化与失效过程,非线性趋势及拉伸强度数值与试验数值吻合较好,验证了该模型有效性。

关键词：针刺C/C复合材料渐进损伤强度预测有限元法代表性体积单元

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碳纤维复杂构件LCM成型工艺技术发展综述

复合材料科学与工程 2023年第11期 116-121页

作者：李先阳刘彬于雅琳周何乐子周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 中国运载火箭技术研究院北京100076

复合材料液体成型工艺(Liquid Composite Molding,LCM)是纤维增强树脂基复合材料的主流成型工艺之一。随着航空航天工业的发展,高端装备对复合材料构件的性能以及复杂性提出了更多的要求,需要对当前LCM成型工艺进行创新,为此,新型复合... 详细信息

复合材料液体成型工艺(Liquid Composite Molding,LCM)是纤维增强树脂基复合材料的主流成型工艺之一。随着航空航天工业的发展,高端装备对复合材料构件的性能以及复杂性提出了更多的要求,需要对当前LCM成型工艺进行创新,为此,新型复合材料成型工艺成为研究热点。本文按成型工艺类别划分,分别概述了复合材料LCM成型、自动铺放-液体成型、三维纺织预制体液体成型以及共固化液体成型的工艺原理、工艺特点与工业应用。最后对复合材料LCM成型工艺未来发展方向提出针对性建议。

关键词：复合材料液体成型纤维铺放共固化

基于ABAQUS的针刺C/C复合材料薄壁锥形件力学仿真平台研究与开发

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工具技术 2023年第6期57卷 93-98页

作者：程坤刘文台周何乐子白侠廖敦明周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉市430074 西安航天复合材料研究所

由于针刺C/C复合材料薄壁件锥形体特殊的纤维铺设工艺,针刺过程中锥形体不同位置处的纤维铺设角度和纤维密度会随圆锥截面半径变化,使得锥形件各处的纤维铺层结构发生改变,导致锥形件整个区域的材料属性不均匀。本文基于ABAQUS软件二次... 详细信息

由于针刺C/C复合材料薄壁件锥形体特殊的纤维铺设工艺,针刺过程中锥形体不同位置处的纤维铺设角度和纤维密度会随圆锥截面半径变化,使得锥形件各处的纤维铺层结构发生改变,导致锥形件整个区域的材料属性不均匀。本文基于ABAQUS软件二次开发,通过Python脚本程序计算锥形件不同区域的相关材料参数,完成对模型材料属性和方向的赋予。另外通过Qt软件建立可视化界面,实现对锥形件的参数化建模。通过改变长程连续纤维的初始铺设角度,研究在加压和拉伸载荷作用下纤维角度变化对锥形体应力分布的影响。实验结果发现,随着纤维初始铺设角度的增大,在内部加压载荷作用下,锥形件大端在环向上所受到的拉应力呈下降的趋势;在拉伸载荷作用下,锥形件在轴向方向上受到很大的拉应力并呈现先上升后下降的趋势。

关键词：针刺C/C复合材料 ABAQUS Python Qt

复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术

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工程塑料应用 2023年第7期51卷 58-64页

作者：张峰嘉曹鹏军郭浩昌周何乐子黄志高周华民华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471003

为准确、便捷地在复合材料制件的实际生产中监测漏气、树脂液体流动及干斑缺陷,建立了基于介电传感器的复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术。将两张相同大小、相互平行的柔性金属箔及金属箔间的纤维复合材料组成平行板式电容... 详细信息

为准确、便捷地在复合材料制件的实际生产中监测漏气、树脂液体流动及干斑缺陷,建立了基于介电传感器的复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术。将两张相同大小、相互平行的柔性金属箔及金属箔间的纤维复合材料组成平行板式电容传感器,根据树脂流动过程中传感器内部电介质的状态变化与金属箔间的厚度变化实现监测功能。通过人为制造不同程度的漏气情况,验证了传感器监测纤维承压情况与漏气的准确性;通过在纤维预成型体内不同位置设置电容传感器,利用真空辅助树脂灌注工艺使树脂在纤维预成型体内流动,其实际观测结果与传感器监测信号分析结果一致,证明了传感器具有监测树脂流动前沿与树脂流动速率的能力;在纤维布表面利用凡士林与纤维铺层固定剂制造干斑缺陷,基于树脂流动监测功能,验证了传感器识别干斑缺陷的可靠性。该技术为复合材料制件在实际生产中出现的漏气情况、树脂流动情况及成型缺陷等提供了有效在线监测手段。

关键词：纤维增强树脂基复合材料复合材料液体成型电容式传感器树脂流动在线监测

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双层石墨烯/PET基底多界面作用力分析

材料科学与工程学报 2022年第6期40卷 929-939页

作者：龚露阳乐午阳刘文台周何乐子周华民华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

研究大尺寸双层石墨烯/基底结构的多界面作用力对其在工程领域的实际应用具有十分重要的现实意义。本研究设计了一种从宏观尺寸分析石墨烯/PET结构界面作用力的方法,通过内聚力模型定义石墨烯/PET和石墨烯/石墨烯界面的本构关系,基于剪... 详细信息

研究大尺寸双层石墨烯/基底结构的多界面作用力对其在工程领域的实际应用具有十分重要的现实意义。本研究设计了一种从宏观尺寸分析石墨烯/PET结构界面作用力的方法,通过内聚力模型定义石墨烯/PET和石墨烯/石墨烯界面的本构关系,基于剪滞模型的基本原理,将石墨烯轴向应力作为分析对象,得到在不同的界面刚度、界面剪切强度和界面粘着能时,PET受拉过程中界面作用力的变化以及双层石墨烯边界距离变化。同时进行了宏观拉伸实验,通过光学显微镜和拉曼光谱分析得到双层石墨烯边界距离变化和石墨烯受损情况数据,验证有限元分析结果,最终确认实际的界面参数。该研究结果为探索非单层石墨烯/基底结构多界面作用力参数提供了一种新思路。

关键词：石墨烯/基底结构界面作用力内聚力模型有限元模拟

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GH4169高温合金超声辅助切削试验研究

工具技术 2024年第6期58卷 55-60页

作者：袁盛旺周何情中国航发成都发动机有限公司

GH4169高温合金常温和高温条件下硬度及强度较高,常规金属切削的热软化效应不明显,同时由于材料热导率低,加工硬化明显,采用传统数控加工方式存在刀具易磨损、加工效率低等问题。为实现高温合金的优质高效加工,开展不同加工工艺参数下... 详细信息

GH4169高温合金常温和高温条件下硬度及强度较高,常规金属切削的热软化效应不明显,同时由于材料热导率低,加工硬化明显,采用传统数控加工方式存在刀具易磨损、加工效率低等问题。为实现高温合金的优质高效加工,开展不同加工工艺参数下的常规铣削及超声铣削力学响应对比实验,分析同一工况下常规铣削和超声辅助铣削的刀具磨损,揭示了不同加工参数对铣削力的影响规律及侧铣过程中超声辅助铣削较常规铣削的优势。

关键词： GH4169高温合金超声辅助切削刀具磨损力学响应

金属有机框架衍生氮掺杂碳限域钴原子簇催化硝基化合物转移加氢

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化学学报 2024年第5期82卷 503-510页

作者：周何鑫崔青云胡雪敏杨文秀田肖王硕新疆科技学院化工与纺织工程学院库尔勒710025 河北科技大学纺织服装技术创新中心石家庄050018

本工作以2-甲基咪唑、六水合硝酸锌及乙酰丙酮钴为前驱体,通过溶剂热反应合成出基于金属有机框架材料的Co@ZIF-8,经高温热解还原,成功制备出以Co-Nx为活性位点的氮掺杂碳限域Co催化剂(Co@ZIF-8(C)).采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜... 详细信息

本工作以2-甲基咪唑、六水合硝酸锌及乙酰丙酮钴为前驱体,通过溶剂热反应合成出基于金属有机框架材料的Co@ZIF-8,经高温热解还原,成功制备出以Co-Nx为活性位点的氮掺杂碳限域Co催化剂(Co@ZIF-8(C)).采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析、X射线光电子能谱、拉曼光谱、电感耦合等离子发射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和氮气吸脱附测试等对催化剂进行了系统表征.分析表明,合成的Co@ZIF-8(C)催化剂中的Co以原子簇的形式均匀分散在氮掺杂碳载体内,氮掺杂为锚定金属Co提供了位点,ZIF-8载体大的比表面积和介孔结构提高了底物与活性位点的接触机率.载体与金属之间的强相互作用和载体的空间限域效应,提高了Co原子簇对催化硝基化合物转移加氢的性能,使其在常温下实现了高转化率、循环稳定及底物通用等性能.

关键词： Co原子簇金属有机框架转移加氢氨硼烷硝基化合物