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单向碳纤维增强树脂基复合材料的超低温力学性能

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复合材料学报 2017年第11期34卷 2437-2445页

作者：刘新武湛君何辉永许乔奇大连理工大学运载工程与力学学部航空航天学院大连116024

采用真空袋-热压罐工艺制备单向碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)层合板,并将高低温试验箱与万能试验机相结合,通过合理使用低温胶和低温引伸计,并在降温过程中实施应力-应变实时调零等关键技术,在室温和液氧超低温度(-183℃)下对单向C... 详细信息

采用真空袋-热压罐工艺制备单向碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)层合板,并将高低温试验箱与万能试验机相结合,通过合理使用低温胶和低温引伸计,并在降温过程中实施应力-应变实时调零等关键技术,在室温和液氧超低温度(-183℃)下对单向CFs/EP层合板进行拉伸和弯曲试验,研究了其超低温力学性能,并根据室温和超低温试验后试样的微观和宏观特征,揭示了超低温环境下复合材料力学性能变化机制。结果表明,与室温力学性能相比,单向CFs/EP层合板超低温拉伸强度下降约为9.5%,而拉伸模量上升约为6.2%,主要是由于超低温环境下,树脂的收缩使绝大部分碳纤维与树脂间形成了强界面,拉伸后试样呈"劈裂式"破坏形式,无法使每根纤维都充分发挥其强度,拉伸强度下降,同时超低温也限制了树脂大分子链的运动,所以导致单向CFs/EP层合板拉伸模量上升;单向CFs/EP层合板超低温弯曲强度和弯曲模量分别提高约54.75%和11.64%,这是由于单向CFs/EP层合板的常温和超低温的弯曲破坏形式均为分层剪切破坏,超低温下复合材料的界面增强,提高了单向CFs/EP层合板抵抗剪切分层的能力,进而使CFs/EP的弯曲性能得到提高。

关键词：碳纤维复合材料超低温力学性能微观特征变化机制

高压天然气管道内颗粒物在线检测结果校正方法

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过程工程学报 2012年第5期12卷 870-875页

作者：许乔奇姬忠礼刘刚陈鸿海熊至宜中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 中石油北京天然气管道有限公司北京100101 中国石油大学(北京)化工学院北京102249

采用在线检测装置对天然气管道内颗粒物进行了实验测定,该装置可在操作压力12MPa下无需减压装置直接对高压天然气内的颗粒物浓度和粒径分布进行检测.在6.3MPa压力下,对国内某天然气站管道内颗粒物的特性进行了检测,分析了影响在线测量... 详细信息

采用在线检测装置对天然气管道内颗粒物进行了实验测定,该装置可在操作压力12MPa下无需减压装置直接对高压天然气内的颗粒物浓度和粒径分布进行检测.在6.3MPa压力下,对国内某天然气站管道内颗粒物的特性进行了检测,分析了影响在线测量结果的因素,以离线测量数据为基准,提出了修正方法,对在线测量所得粉尘颗粒物的粒径分布和浓度进行了修正,在线检测所测粒径范围由0.65～9.5μm修正为0.55～7.2μm.修正前在线测量浓度为4.04mg/m3,离线测量浓度为2.76mg/m3,二者偏差约为46%,修正后在线检测平均浓度约为2.83mg/m3,与离线测量浓度的偏差小于5%.

关键词：高压天然气管道颗粒物在线检测等速采样

超低温介质对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

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复合材料学报 2017年第9期34卷 1944-1952页

作者：刘新武湛君何辉永许乔奇大连理工大学运载工程与力学学部航空航天学院大连116024

针对超低温介质液氮和液氧对碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)力学性能的影响进行研究,将T700碳纤维和CFs/EP在液氮和液氧中处理120h,采用X射线光电子能谱(XPS)和SEM分析碳纤维表面元素和表面形貌的变化;并研究液氧和液氮处理后碳纤维... 详细信息

针对超低温介质液氮和液氧对碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)力学性能的影响进行研究,将T700碳纤维和CFs/EP在液氮和液氧中处理120h,采用X射线光电子能谱(XPS)和SEM分析碳纤维表面元素和表面形貌的变化;并研究液氧和液氮处理后碳纤维和复合材料试样的力学性能。结果表明,在经液氮处理后的碳纤维表面,上浆剂有明显损伤产生,而经液氧处理后的碳纤维表面则没有损伤出现;两种超低温介质处理对碳纤维单丝拉伸强度、表面元素及其含量的影响几乎没有区别;经液氮和液氧超低温介质处理后,CFs/EP拉伸强度均有所下降,且两者下降率接近,分别约为15.26%和14.38%;弯曲强度均有大幅提高,且提高率接近,分别约为56.18%和57.81%。因此,液氧和液氮处理对CFs/EP力学性能的影响基本没有区别。

关键词：碳纤维环氧树脂复合材料液氧液氮超低温力学性能

T700碳纤维/环氧复合材料超低温力学性能研究

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T700碳纤维/环氧复合材料超低温力学性能研究

作者：许乔奇大连理工大学

学位级别：硕士

可重复使用的航天运载器(RLV)是当前航天领域发展的迫切需求,作为运载器的关键结构的超低温液体推进剂的贮箱在质量上和体积上在运载器中占极大的比例,制造轻质高强的贮箱对运载器发展有重大意义。碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有较... 详细信息

可重复使用的航天运载器(RLV)是当前航天领域发展的迫切需求,作为运载器的关键结构的超低温液体推进剂的贮箱在质量上和体积上在运载器中占极大的比例,制造轻质高强的贮箱对运载器发展有重大意义。碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有较高的比强度和比模量和良好的热学性能,是制备超低温贮箱的首选材料之一。而超低温贮箱需要同时承受超低温和机械载荷的作用,这就对制造材料提出了严格的要求,需要对复合材料在超低温环境下的力学性能和损伤特性进行深入研究。结合低温液氧贮箱的实际工况,针对两种铺层方式(单向铺层、正交对称铺层)的T700碳纤维/环氧复合材料,借助超低温实验装置,对其超低温拉伸性能和弯曲性能进行了充分的实验测试与理论分析。借助环境扫描电镜,动态观测经过液氧浸泡和超低温/常温热循环之后复合材料微观结构的损伤扩展规律并同步测试经过同样处理的试样的超低温弯曲性能变化规律,分析微观损伤对宏观力学性能的影响。结果表明,在超低温环境下,两种铺层方式的复合材料拉伸强度均下降,拉伸模量均上升,弯曲强度和弯曲模量均大幅度的升高。经过液氧浸泡和超低温/常温热循环处理之后,复合材料微观结构发生破坏,有微裂纹产生,单向复合材料产生的微裂纹随着浸泡时间和循环次数增加,脱粘数量增加,微裂纹逐渐扩展;而正交复合材料微裂纹大多贯穿单独铺层,且在较短时间和较少次数时即产生,随着浸泡时间和循环次数增加,微裂纹密度逐渐增加,外层裂纹密度增加大于内层。单向复合材料超低温弯曲强度和弯曲模量均随着浸泡时间和循环次数的增加呈先上升后下降趋势,正交复合材料超低温弯曲强度和弯曲模量均随着浸泡时间和循环次数的增加呈先下降后上升趋势。

关键词：复合材料超低温力学性能微裂纹

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动车组外流场空气动力特性数值仿真

动车组外流场空气动力特性数值仿真

作者：许乔奇大连交通大学

学位级别：硕士

随着高速铁路的出现,动车组的空气动力学问题变得日益突出。动车组空气动力学的研究对于降低动车组的气动阻力、提高它的气动性能、节省动力能源、降低运输成本都具有极其重要的作用。本文基于三维、定常、不可压缩和可压缩Navier-Stoke... 详细信息

随着高速铁路的出现,动车组的空气动力学问题变得日益突出。动车组空气动力学的研究对于降低动车组的气动阻力、提高它的气动性能、节省动力能源、降低运输成本都具有极其重要的作用。本文基于三维、定常、不可压缩和可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε双方程湍流模型,建立了高速动车组三维空气动力学模型,利用大型流体分析软件FLUENT对动车组在时速为200KM明线运行时及两车交会时的外流场进行了数值仿真。通过对动车组明线运行外流场的数值仿真得出动车组表面的压力分布,车体的气动阻力系数及动车组周围流场速度的分布规律;计算出该型动车组距离尾部的安全避让距离。动车组交会空气压力波是高速轨道交通特有的空气动力学问题,它对行车安全、旅客舒适度均产生重大影响。本文采用滑移网格技术对动车组交会时的周围流场进行数值仿真,得出了动车组的空气阻力系数、升力系数、横向力系数的分布规律和交会过程中产生的瞬态压力波的变化规律,绘制出压力波曲线。通过对动车组外流场的分析,得到了动车组明线运行外流场及交会过程中压力和速度分布状况的较为完整的认识,这为动车组车体强度设计,动车组周围设施的抗风设计以及路边作业人员的安全和行为规范的制定提供了一个可供参照的依据。本文的工作对进一步发展我国高速动车组空气动力学研究具有一定的应用价值。

关键词：空气动力学数值仿真动车组动车组外流场动车组交会

新型高压天然气管道内固体颗粒物在线检测装置及其应用

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天然气工业 2012年第12期32卷 81-84,133页

作者：李立姬忠礼许乔奇熊至宜李丰阚国臣中国石油大学(北京)机械与储运工程学院石油工业出版社中国石油大庆油田公司采油八厂

掌握天然气管道内固体颗粒物的含量情况对于分离过滤设备的选型、制订合理的生产运行方案非常重要。常规离线检测技术取样时间较长,不能及时反映管道中固体颗粒物含量的变化情况,已有在线检测技术需前置体积庞大的减压装置,操作繁琐,且... 详细信息

掌握天然气管道内固体颗粒物的含量情况对于分离过滤设备的选型、制订合理的生产运行方案非常重要。常规离线检测技术取样时间较长,不能及时反映管道中固体颗粒物含量的变化情况,已有在线检测技术需前置体积庞大的减压装置,操作繁琐,且在减压装置的实际应用过程中由于节流作用会使得高压天然气管道中有液滴析出,影响在线测量结果的准确度。为此,研发了一套可以直接对高压天然气管道内固体颗粒物进行在线检测的装置,该装置去除了减压装置并提高了检测仪的耐压能力,整体结构简单,操作方便,便携性好。应用该装置对国内某天然气计量站高压多管旋风分离器进出口管道内固体颗粒物的含量进行了测定,测得其中位粒径范围为1.34～3.40μm,与离线检测方法测得的结果(1.36～2.55μm)较为接近,表明该技术可较准确地快速检测出天然气管道内固体颗粒物的浓度和粒径分布,并可实时监测其变化情况。

关键词：天然气管道固体颗粒物多管旋风分离器在线检测离线检测分离效率

超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响

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宇航学报 2016年第5期37卷 618-624页

作者：刘新许乔奇武湛君刘世祥何辉永大连理工大学运载工程与力学学部航空航天学院大连116024

研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的... 详细信息

研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的力学试验机研究CFRP在不同超低温条件处理前后的低温弯曲强度和弯曲模量的变化规律;采用扫描电子显微镜(SEM)对破坏前后试样的微观形貌进行分析。结果表明,经过液氧浸泡及常温/液氧温度热循环处理的CFRP的超低温弯曲强度和模量变化趋势基本一致,均随时间和循环次数的增加先下降后上升,这种变化规律与其超低温环境下材料的微观结构变化密切相关。结合CFRP破坏前后的宏观和微观结构特性以及微裂纹的扩展规律,揭示了正交铺层CFRP超低温弯曲性能变化的机理。

关键词：复合材料液氧超低温弯曲性能微裂纹

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输气管道内颗粒物检测及分离器性能评价

油气储运 2016年第1期35卷 47-51页

作者：刘震姬忠礼吴小林许乔奇中国石油大学(北京)机械与储运工程学院过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室中国石油大学(北京)化学工程学院

将高压管道颗粒物检测装置应用于天然气输气站场,监测不同工况下管道内颗粒物的浓度水平,评价多管旋风分离器的性能。研究发现:日常工况下输气管道内颗粒物浓度一般低于0.1 mg/m3,清管过程中浓度明显增加,清管器到达时颗粒物浓度达到峰... 详细信息

将高压管道颗粒物检测装置应用于天然气输气站场,监测不同工况下管道内颗粒物的浓度水平,评价多管旋风分离器的性能。研究发现:日常工况下输气管道内颗粒物浓度一般低于0.1 mg/m3,清管过程中浓度明显增加,清管器到达时颗粒物浓度达到峰值,约60 mg/m3,并在清管结束后的一段时间内保持较高浓度,根据颗粒物浓度的变化规律将清管过程分为4个阶段。通过分析多管旋风分离器进口和出口的颗粒物浓度和粒径分布,得到多管旋风分离器对5μm及以上颗粒的分离效率大于80%,可有效除去10μm以上的颗粒,多管旋风分离器在清管过程中起到保护下游管道安全运行的关键作用。

关键词：天然气管道颗粒物检测多管旋风分离器分离性能清管

压力管道内部裂纹缺陷的锁相红外热成像检测研究

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中国安全生产科学技术 2023年第12期19卷 16-22页

作者：许乔奇岳睿林高楚霖赵晨符泰然中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京100015 清华大学能源与动力工程系北京100084

为研究压力管道裂纹缺陷的锁相红外热成像检测技术,提升压力管道运行的安全性。针对具有大曲面结构的压力管道内部缺陷锁相红外热成像检测的难点问题,采用数值模拟方法研究分析加载热源频率对管道内部轴向裂纹、环形裂纹缺陷辨识的影响... 详细信息

为研究压力管道裂纹缺陷的锁相红外热成像检测技术,提升压力管道运行的安全性。针对具有大曲面结构的压力管道内部缺陷锁相红外热成像检测的难点问题,采用数值模拟方法研究分析加载热源频率对管道内部轴向裂纹、环形裂纹缺陷辨识的影响规律,提出以表面温度相位差峰值以及展宽为依据的裂纹缺陷检测最优频率的确定方法,讨论不同深度裂纹缺陷检测的温度相位差与热源频率的关联规律。研究结果表明:锁相红外热成像方法能够应用于大曲面结构压力管道内部裂纹缺陷检测,对于压力管道内特定深度的缺陷辨识存在最优的热源频率范围。研究成果可为锁相红外热成像技术在压力管道安全检测领域的应用提供参考。

关键词：压力管道裂纹缺陷锁相红外热成像检测安全性