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无坐力炮高模量碳纤维缠绕身管损伤行为研究

兵器材料科学与工程 2023年第5期46卷 137-141页

作者：殷锐陶钢王星红李召南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094 中国人民解放军63961部队北京100012

无坐力炮的轻量化设计是当前的一个重要趋势。高模量碳纤维复合材料因弹性模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等优异性能,广泛应用在无坐力炮复合材料身管。基于nol环碳纤维缠绕件的宏观力学测试通常用于反映碳纤维缠绕复合材料的性能。本... 详细信息

无坐力炮的轻量化设计是当前的一个重要趋势。高模量碳纤维复合材料因弹性模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等优异性能,广泛应用在无坐力炮复合材料身管。基于nol环碳纤维缠绕件的宏观力学测试通常用于反映碳纤维缠绕复合材料的性能。本文以M46高模量缠绕制备的nol环纤维试件为研究对象,通过准静态拉伸和疲劳试验,研究材料的应变响应和拉-拉疲劳行为。结合无坐力炮身管失效准则,将动态应变准则作为高模量碳纤维缠绕复合材料身管性能和使用寿命的标准。结果表明:高模量碳纤维无明显地疲劳累积损伤,抗疲劳特性良好。疲劳过程中应变响应较低,经1000次疲劳载荷循环,相同位置的最大应变变化幅度约为0.2%,无坐力武器身管能保持预定弹道和结构性能良好,满足轻量化和使用寿命设计要求。

关键词：高模量碳纤维 nol环拉伸疲劳轻量化使用寿命

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连续纤维增强PEK-C复合材料的缠绕成型工艺及性能研究

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连续纤维增强PEK-C复合材料的缠绕成型工艺及性能研究

作者：高维佳沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

本文利用在线溶液浸渍法制备预浸带,采用原位固结的方式进行连续玻璃纤维增强PEK-C复合材料的缠绕成型工艺研究。分析了缠绕速度、加工温度以及树脂含量等因素对nol环层间剪切强度的影响,研究发现在一定的缠绕速度和加工温度范围内,可... 详细信息

本文利用在线溶液浸渍法制备预浸带,采用原位固结的方式进行连续玻璃纤维增强PEK-C复合材料的缠绕成型工艺研究。分析了缠绕速度、加工温度以及树脂含量等因素对nol环层间剪切强度的影响,研究发现在一定的缠绕速度和加工温度范围内,可制得性能良好的nol环缠绕构件。SEM断口形貌分析表明,缠绕构件中树脂和纤维分布均匀,界面黏结良好。将标准nol环试样分别浸泡在20℃和70℃的去离子水中,进行材料的湿热性能试验。结果表明复合材料的吸湿初期基本符合费克第二定律,水在复合材料中的扩散速度随温度的升高而加快。复合材料的层间剪切强度随浸泡时间的增加以指数形式衰减,温度越高,性能下降越剧烈。断口形貌照片显示,浸泡后的材料表面产生裂纹和孔洞,界面破坏程度随浸泡温度的升高和浸泡时间的增加而增加。

关键词：在线浸渍热塑性缠绕原位固结复合材料 nol环

碳纤维复合材料强度与碳纤维缠绕铝内胆复合气瓶的研究

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碳纤维复合材料强度与碳纤维缠绕铝内胆复合气瓶的研究

作者：李玮北京化工大学

学位级别：硕士

复合材料作为一种新型材料,具有比强度高、可设计性强、功能性能全面、经济性良好等优点,在工业上的应用越来越广,特别是在一些工况苛刻、设计条件高的领域,如航空航天、交通运输、特殊压力容器等。虽然复合材料已在很多领域得到应用,... 详细信息

复合材料作为一种新型材料,具有比强度高、可设计性强、功能性能全面、经济性良好等优点,在工业上的应用越来越广,特别是在一些工况苛刻、设计条件高的领域,如航空航天、交通运输、特殊压力容器等。虽然复合材料已在很多领域得到应用,但对其材料性能的研究还远不充分。为了节省试验经费,应在进行必要试验的同时,对碳纤维复合材料的性能进行模拟计算。本文针对一标准试验,利用ANSYS软件的节点耦合技术和接触分析技术分别对某碳纤维复合材料制成的nol环进行了拉伸破坏载荷下的强度计算和拉伸试验。通过计算值与试验结果的对比证明,有限元模拟具有一定的可行性和准确性。在汽车和化工等领域,常需要使用高性能的气瓶完成介质的储存、运输和反应等过程,复合材料气瓶就是其中之一。本文针对某厂家生产的4.3L碳纤维缠绕铝内胆复合气瓶,利用ANSYS有限元分析软件对其力学性能进行了模拟分析。讨论了自紧技术对气瓶性能的影响,应用DOT CFFC设计准则,通过优化设计得出了该气瓶的最佳自紧压力。分析了复合材料气瓶经过自紧作用后在零压力、工作压力、水压试验压力和最小爆破压力下的力学性能,并将自紧和非自紧状态下气瓶的应力状况进行了对比,证明了自紧作用能显著提高气瓶的力学性能。比较了复合材料气瓶和常用钢制材料气瓶在性能方面的差异,结果表明,复合材料气瓶具有良好的力学性能和经济性能。

关键词：碳纤维复合材料 nol环复合气瓶自紧技术有限元分析

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FRP复合材料容器的损伤识别与评价

FRP复合材料容器的损伤识别与评价

作者：闫孝伟东北石油大学

学位级别：硕士

复合材料容器是充分发挥纤维强度的装置,具有重量轻、承压高等优点。伴随着航空航天、石油化工、交通运输等领域的发展,其应用更加广泛。但其在使用过程中,损伤程度超临界易发生泄露、爆炸等安全事故,而FRP(Fiber Reinforced Polymer)... 详细信息

复合材料容器是充分发挥纤维强度的装置,具有重量轻、承压高等优点。伴随着航空航天、石油化工、交通运输等领域的发展,其应用更加广泛。但其在使用过程中,损伤程度超临界易发生泄露、爆炸等安全事故,而FRP(Fiber Reinforced Polymer)复合材料容器在出现损伤的过程中会产生声发射现象。因此,对FRP复合材料容器损伤演化的声发射特性、损伤机制识别和评价方法进行研究十分重要。本文基于声发射监测单一类型损伤实验提出STOA-VMD(Sooty Tern Optimization Algorithm-Variational Mode Decomposition)算法,通过构建损伤识别方法实现损伤机制识别,在基体开裂、纤维断裂及分层损伤的单一损伤类型中识别率分别为94.59%、94.26%、96.45%。根据nol(National Ordnance Laboratories)环实验的AE(Acoustic Emission)信号进行分析,利用损伤识别方法对nol环实验损伤机制进行模式识别,验证了该方法应用在nol环完整结构损伤识别的有效性。其次,根据AE参数融合的nol环损伤演化研究,使用RA值、R值及b值特性表征损伤演化行为。RA值和R值对试件早期损伤和累积损伤变化非常敏感;nol环在拉伸实验第Ⅲ阶段严重损伤,RA值变化大且复杂,超过0.85F时b值迅速降低。最后,应用AE技术监测FRP复合材料容器水压实验过程,分析损伤特征完成损伤机制(基体开裂、纤维断裂、分层损伤)模式识别。本文提出利用AE参数融合与熵值结合,分析FRP气瓶保压阶段的损伤演化机制,发现累计熵值曲线变化斜率增大,预示FRP气瓶损伤程度增加;保压初期以高RA值为主,随后RA值分布区域稳定在12μs/d B以下,与不同保压水平的b值变化趋势相对应。针对单一损伤类型分析,并基于nol环损伤机理应用,提出WAH值评价指标与/值评价曲线,根据评价规则将其过程分为损伤初期、稳定损伤、严重损伤三个阶段,判别损伤程度达到评价复合材料容器的目的。

关键词： nol环 FRP复合材料气瓶 AE参数融合损伤识别损伤评价

碳纤维／环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计

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玻璃钢／复合材料 2009年第2期 61-64页

作者：贾晓龙李刚薛忠民杨小平李鹏陈伟明北京化工大学新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室北京100029 北京玻璃钢研究设计院北京102101

根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标,依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进行详细的理论设计计算,确定缠绕参数和工艺。选用的环氧树脂体系力学性能优异,其黏度满足缠绕成型工艺要求,同时复合材料nol环的断面形貌表明该树脂体系与... 详细信息

根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标,依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进行详细的理论设计计算,确定缠绕参数和工艺。选用的环氧树脂体系力学性能优异,其黏度满足缠绕成型工艺要求,同时复合材料nol环的断面形貌表明该树脂体系与T800碳纤维界面结合良好。对缠绕成型的压力气瓶进行试验,检测表明,水压爆破试验和疲劳试验结果均满足复合材料气瓶的设计要求。

关键词：碳纤维环氧树脂缠绕 nol环压力气瓶

Ⅳ型高压储氢气瓶用碳纤维复合材料界面表征与分析

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合成纤维 2023年第4期52卷 28-32页

作者：戚亮亮程乐乐余木火孙泽玉东华大学、材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室上海201620 东华大学、民用航空复合材料协同创新中心上海201620 东华大学、上海市轻质结构复合材料重点实验室上海201620

Ⅳ型高压储氢气瓶的结构载荷主要由外层碳纤维复合材料(CFRP)承载。良好的碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)界面性能有助于载荷传递,使CF强度发挥至最大化,提高压力容器的安全性能,另外可以减少CFRP用量,降低成本,从而打破高昂价格带来的应用... 详细信息

Ⅳ型高压储氢气瓶的结构载荷主要由外层碳纤维复合材料(CFRP)承载。良好的碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)界面性能有助于载荷传递,使CF强度发挥至最大化,提高压力容器的安全性能,另外可以减少CFRP用量,降低成本,从而打破高昂价格带来的应用局限。通过扫描电镜、原子力显微镜、X射线电子能谱仪、动态接触角、微脱黏测试仪及万能试验机对CFRP界面进行了系统的表征与分析。通过分析CF的表面形态、化学成分、润湿性、表面能及界面结合力,揭示了CFRP力学性能与界面性能的相关性。研究表明,CF表面利于形成机械互锁的表面粗糙度、利于化学键结合的含氧活性官能团、利于润湿的极性组分表面能等因素可以增强其与EP的界面结合,最大程度发挥CF的力学性能,使高压容器承载复合材料具有稳定的力学性能。

关键词： Ⅳ型高压储氢气瓶 CF CFRP 界面剪切强度 nol环

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碳纤维复合材料强度的有限元模拟

玻璃钢／复合材料 2011年第1期 20-23页

作者：李玮段成红吴祥北京化工大学机电工程学院北京100029

碳纤维复合材料在工业上的应用越来越广,但对其材料性质的研究还远不充分。为了节省试验经费,应在进行必要试验的同时对碳纤维复合材料的性质进行模拟计算。本文针对一标准试验,利用ANSYS软件的节点耦合技术和接触分析技术分别对某碳纤... 详细信息

碳纤维复合材料在工业上的应用越来越广,但对其材料性质的研究还远不充分。为了节省试验经费,应在进行必要试验的同时对碳纤维复合材料的性质进行模拟计算。本文针对一标准试验,利用ANSYS软件的节点耦合技术和接触分析技术分别对某碳纤维复合材料制成的nol环进行了拉伸破坏载荷下的强度计算,给出nol环上各点的周向应力。结果发现,这两种模拟方法与试验值的误差分别为23.6%和5.6%,表明接触分析技术比较精确。

关键词：碳纤维复合材料 nol环有限元分析

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缠绕成型复合材料制品力学性能测试方法研究

当代化工研究 2023年第10期 12-14页

作者：张瑾中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心山东257000

纤维缠绕成型复合材料由于其加工的特点,进行力学测试时存在不同的测试方法。为选择一种更为精确并且简便易行的测试方法,本文综述了缠绕成型纤维增强复合材料制品的几种常见力学性能测试方法及相应标准,结合相关理论对纤维缠绕复合材... 详细信息

纤维缠绕成型复合材料由于其加工的特点,进行力学测试时存在不同的测试方法。为选择一种更为精确并且简便易行的测试方法,本文综述了缠绕成型纤维增强复合材料制品的几种常见力学性能测试方法及相应标准,结合相关理论对纤维缠绕复合材料力学性能测试的各种方法进行分析,确定了通过nol环测试缠绕成型制品的方法。

关键词：缠绕成型力学测试爆破 nol环

固化工艺对碳纤维增强复合材料力学性能影响的正交试验研究

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强度与环境 2008年第3期35卷 43-46页

作者：张晓军常新龙刘洪超樊钰第二炮兵工程学院西安710025 中国航天科技集团公司四院西安710025

以nol环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的固化制度进行正交试验设计,研究了固化工艺对碳纤维增强复合材料力学性能的影响。极差分析和方差分析表明:a)通过正交试验设计方法研究固化工艺对复合材料性能的影响,可以... 详细信息

以nol环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的固化制度进行正交试验设计,研究了固化工艺对碳纤维增强复合材料力学性能的影响。极差分析和方差分析表明:a)通过正交试验设计方法研究固化工艺对复合材料性能的影响,可以大大减少试验次数;b)后固化温度下的保温时间对试件力学性能影响最大;c)目前采用的固化制度不是最优组合,需要进一步寻求最优组合。

关键词：正交试验设计固化工艺纤维缠绕 nol环