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中国舰船研究 2024年

作者：刘安宇刘斌雷加静秦恺吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉理工大学船海与能源动力工程学院中国舰船研究设计中心

[目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态，旨在提升船用复合材料结构的极限强度，提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法，建立细观材料与宏观结构的尺度关联，探究细观参数对宏观加筋板极限强度的... 详细信息

[目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态，旨在提升船用复合材料结构的极限强度，提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法，建立细观材料与宏观结构的尺度关联，探究细观参数对宏观加筋板极限强度的影响以及碳玻层内混杂与层间混杂的力学性能差异，通过对比分析获得更优结构形式。[结果]采用建立的微-细-宏观力学模型，改善了复合材料细观参数，提高了宏观加筋板极限强度。通过调整TC33纱线间距和纱线截面积、WR纱线截面积、混杂方式，使得设计的复合材料帽型加筋结构具有更优的极限强度。[结论]通过多方案对比寻优，在满足规范要求的前提下可实现材料与结构一体化设计，为新一代舰船设计提供理论指导和技术支撑。

关键词：碳玻混杂复合材料帽型加筋板极限强度一体化设计多尺度方法

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风电叶片用碳玻混杂复合材料结构与性能的研究

风电叶片用碳玻混杂复合材料结构与性能的研究

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作者：肖远航东华大学

学位级别：硕士

近年来,随着海上风电及低风速风电的快速发展,纯玻璃纤维增强复合材料已越来越不能解决叶片尺寸大型化所带来的刚度不足的问题。碳纤维增强树脂基复合材料是一种高刚轻质的材料,它在风电叶片上的应用可以很好的提高叶片的结构刚度和强度... 详细信息

近年来,随着海上风电及低风速风电的快速发展,纯玻璃纤维增强复合材料已越来越不能解决叶片尺寸大型化所带来的刚度不足的问题。碳纤维增强树脂基复合材料是一种高刚轻质的材料,它在风电叶片上的应用可以很好的提高叶片的结构刚度和强度,降低结构重量。但碳纤维高昂的价格限制了其在风电叶片上的大规模应用。将碳纤维与玻璃纤维混杂,在不改变传统风电叶片复合材料成型工艺基础上,可以显著提高叶片的刚度和模量,同时有效降低原材料和生产成本,有望在风电叶片领域得到广泛应用。本论文首先采用碳纤维织物和玻璃纤维织物进行层间混杂,并通过真空辅助树脂灌注成型（VARI）制备层间混杂复合材料,系统研究了不同混杂比的层间混杂复合材料结构与性能,特别是湿热老化后的结构与性能;同时自主设计定制碳纤维与玻璃纤维层内混杂织物,系统研究了不同混杂比的层内混杂复合材料结构与性能,特别是湿热老化后的结构与性能。本研究具体内容与结论如下:（1）选取不同比例的碳纤维和玻璃纤维织物,通过VARI工艺制备了不同碳玻混杂比的层间混杂复合材料,并系统研究了碳玻混杂比对层间混杂复合材料结构与性能的影响。研究发现,随碳纤维与玻璃纤维织物混杂比的增加,碳玻层间混杂复合材料的拉伸、压缩、弯曲和层间剪切等力学性能发生显著变化:0°拉伸强度随之增加;90°拉伸强度由于捆绑纱的作用随之下降;0°压缩强度和0°压缩模量随之增加;弯曲强度虽有增加趋势,但无明显规律,弯曲模量随之增加;层间剪切强度随之递增;混杂复合材料的玻璃化转变温度整体呈下降趋势。（2）采用水浴加热的方法,系统研究了不同碳玻混杂比的层间混杂复合材料的湿热老化行为。研究发现,在80℃水浴加热处理98天的条件下,水在碳玻层间混杂复合材料中的扩散系数与碳玻混杂比无明显关系;0°拉伸强度保留率都在55%以上,90°拉伸强度保留率35%以上;0°压缩强度保留率都在34%以上,0°压缩模量保留率都在92%以上;弯曲强度保留率都在37%以上,弯曲模量保留率都在81%以上;层间剪切强度保留率都在47%以上;玻璃化转变温度下降均在21%以内;在湿热环境下随着时间的继续增长碳玻层间混杂复合材料的力学性能在下降到一定程度时会趋于稳定;扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料90°拉伸断裂截面发现,湿热老化后,碳玻层间混杂复合材料的树脂含量明显变少,内部空隙变大,纤维与树脂的界面发生严重破坏。（3）采用碳纤维和玻璃纤维按照一定比例进行层内混杂制备织物,通过VARI工艺制备了不同碳玻混杂比的层内混杂复合材料,系统研究了碳玻混杂比对层内混杂复合材料结构与性能的影响。研究发现,随碳纤维含量的增加,碳玻层内混杂复合材料的拉伸、压缩、弯曲和层间剪切等力学性能发生显著变化:0°拉伸强度随之增加,而其拉伸断裂区域却随之变小;90°拉伸强度存在着上升趋势;0°压缩强度和0°压缩模量随之单调增加;弯曲强度出现了一些下降,而弯曲模量则出现了逐渐上升的趋势;层间剪切强度表现出微弱的无规律波动;玻璃化转变温度随之上升。（4）采用水浴加热的方法,系统研究了不同碳玻混杂比的层内混杂复合材料的湿热老化行为。研究发现,在80℃水浴加热处理42天的条件下,水在碳玻层内混杂复合材料中的扩散系数随碳玻混杂比的增加有下降趋势;0°拉伸强度保留率均在72%以上,90°拉伸强度保留率均在42%以上;0°压缩强度保留率均在64%以上,0°压缩模量保留率均在92%以上;弯曲强度保留率均在52%以上,弯曲模量保留率均在92%以上;层间剪切强度保留率均在54%以上;玻璃化转变温度在7天时下降幅度最大达24%,后又有所提升,最终在12%以内;在湿热环境下随着时间的继续增长碳玻层内混杂复合材料的部分力学性能在下降到一定程度时会趋于稳定;扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料90°拉伸断裂截面发现,湿热老化后,碳玻层间混杂复合材料的树脂含量明显变少,内部空隙变大,纤维与树脂的界面发生严重破坏。

关键词：风电叶片碳玻混杂复合材料层间混杂层内混杂力学性能湿热老化

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C/G混杂复合材料层合板中分散程度的表征方法研究

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玻璃钢／复合材料 2015年第10期 36-41页

作者：马腾李炜东华大学纺织学院上海201620 纺织面料技术教育部重点实验室上海201620

对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力... 详细信息

对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力学性能关系的不足,又可以同时适用于层间和单向层内混杂复合材料分散程度的表征。

关键词：碳玻混杂复合材料单向层内混杂层间混杂分散程度表征

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