拼接与搭接铺层对复合材料性能影响研究
为了解拼接和搭接铺层对碳纤维复合材料结构的力学性能的影响，设计了7组不同的拼接和搭接铺层试验件，根据ASTMD3039标准进行拉伸试验。结果表明，结构设计铺层时，应以拼接铺层为主，对厚度无严格要求的区域，可采用搭接铺层。
标签：拼接；搭接；碳纤维复合材料
0 引言
碳纤维复合材料由于其优越的比强度、比刚度和可设计性，广泛应用于航空航天、船舶工程、建筑工程、机械制造等不同领域，尤其是在航空航天飞行器上得到广泛应用，并逐渐由次承力构件发展到主承力结构[1-2]。当前大部分的先进复合材料产品都是由预浸料铺迭后固化而成的。預浸料成型工艺主要有热压罐技术与非热压罐技术，由于热压罐预浸料成型费用昂贵，所以非热压罐技术得到了很大的发展[3-4]。由于很多结构件外形复杂，在进行预浸料铺迭时，需要对预浸料进行裁剪，之后再进行铺迭，在处理铺迭缝一般采用的就是拼接与搭接铺层，这样必然会影响结构的力学性能。本文碳纤维织物预浸料铺迭角度出发，探讨拼接与搭接铺层对碳纤维复合材料性能的影响[6-8]。
1 试验过程与方法
1.1 试样制备
本试验的试验材料为某国产T300织物预浸料。采用非热压罐预浸料成型技术中的OOA工艺对织物预浸料进行铺贴，固化制备试验件。试验件共分为7组，一组典型铺层形式试验件、三组不同拼接铺层形式试验件和三组不同搭接铺层形式试验件，试验件为250mm，宽为25mm，厚为2mm的典型层合板，碳纤维织物预浸料铺层形式为[（0，90）/（45，-45）/（0，90）/（45，-45）/ （0，90）/（45，-45）/（0，90）/（45，-45）/ （0，90）]。
1.2 试验方法
采用ASTMD3039标准，通过万能试验机对试验件进行拉伸试验，试验件两端固定在试验机夹具上，试验时需对每个试验件进行应变测量。为了减小试验误差，对每组试验进行6次试验，对比多次试验数据，寻找普遍规律。
2 试验结果与讨论
2.1 典型铺层形式试验
典型铺层形式试验件为整块碳纤维织物预浸料铺设而成，此组试验为6根试
复合材料缝合技术是指采用缝合线使多层织物结合成准三维立体织物或使分离的数片织物连接成整体结构的一种复合材料预制体制备技术。该技术起源于20世纪中后期，由于其可以提高复合材料层间损伤容限，大大改善复合材料抗冲击性能而备受关注，并在近些年来得到了广泛应用。本文系统介绍了复合材料缝合技术的特点，主要缝合方式和工艺参数及其最优的适用范围，总结了缝合技术影响复合材料拉伸、压缩、弯曲、层剪及冲击后压缩等重要力学性能的主要研究成果，最后对复合材料缝合技术的国内外重大研究及应用进展进行了阐述并提出了展望。 一、缝合技术的特点 相对于传统的复合材料纺织、编织及铺叠工艺来说，缝合技术主要具备以下特点： ①可设计性强，缝合预制体的铺层方向，铺层距离和纤维结构等均可以进行优化组合，同时缝合方式和缝合区域也可以按需调整；②缝合对原有纤维分布影响较小，而且通过缝合参数的合理设定可以获得一定程度的整体结构，并达到合理的均匀应力状态；③缝线可以承受大部分载荷，而且减少了周围树脂的应力集中，可以显著提高复合材料层间性能；④可高度自动化，目前已开发出用于提高缝合一致性和缝合效率的高度自动化缝合设备；⑤装配工艺优异，缝合作为一种连接技术，与复合材料其他连接技术（粘接、铆接等）相比，缝合复合材料整体性强，不易产生局部应力集中。 二、主要缝合方式及工艺参数 在结构应用上主要采用3种缝合方式，即改进的锁式缝合、链式缝合及簇绒法(tufting)缝合（详见图1所示）。锁式缝合属于双面缝合，改进的锁式缝合中，缝线被缝针从预制体一侧带入，与底线结套后再由缝针带出进行下一个循环，上线与底线的结套处位于预制体表面，最大限度的减少了预制体厚度方向上的缝线及纤维弯曲及应力集中效应，具体如图1（a）所示。锁式缝合一般要求预制体具有较小的曲率变化，目前广泛应用于大尺寸壁板边缘缝合及加强筋与蒙皮的连接缝合，缝合厚度可达20mm。 链式缝合属于单面缝合，弯月形的缝针与摆线钩针位于同一边，随着缝针沿缝线方向移动，弯针反复穿透预制体并使绕套相连，具体如图1（b）所示。链式缝合通常适用于曲率较大且较薄的预制体缝合，缝合厚度一般不超过10mm。 Tufting缝合也是单面缝合的一种，缝线跟随缝针从预制体一侧穿透到另一侧，缝针退出时将缝线留在预制体内以完成缝合，具体如图1（c）所示。Tufting缝合可以缝合较厚的预制体，但由于单纯的Tufting缝合仅靠缝线与预制体内部纤维的摩擦力来留住缝线，因此一般需要辅以其他的定位方式来保证缝线留在预制体内部，提高缝合质量。
1前言 复合材料因其高比强度、高比刚度、良好的抗疲劳性和材料铺层可设计性等优异特性，广泛应用于航天航空领域。在使用中，复合材料往往要同复合材料或金属材料连接起来。机械连接是最常见的连接方法。螺栓连接因传递载荷大在承力结构中得到广泛应用，但连接处往往是结构的薄弱环节，承载时最先破坏。因此，对螺栓连接的失效模式及连接强度进行研究很有意义。 纤维复合材料机械连接强度及破坏模式与接头的几何参数、纤维种类及铺层方向等多种因素有关，很多专家和学者对此进行了广泛的实验研究和理论分析[1~8]，得出了很多指导性的结论。普遍认为连接强度随W/D和E/D的增大而增大，但当W/D 和E/D增大到某一临界值后，其破坏模式由拉伸破坏或剪切破坏转变为挤压破坏时，再增加W/D和E/D对连接强度的提高没有明显作用。 现有的研究大多针对纤维复合材料，而对织物复合材料研究的较少。织物复合材料与纤维铺层复合材料结构及性能不同，连接设计的最佳参数也不相同。Bülent[9]研究了玻璃织物和铝箔混杂铺层复合材料销钉连接挤压强度；刘建超[10]等人实验研究了碳纤维织物复合材料销钉连接接头几何参数对连接性能的影响；Buket[11]等人对销钉连接玻璃纤维织物／环氧层合板的破坏强度进行了研究。本工作针对玻璃纤维织物复合材料螺栓连
接结构，研究了W/D及E/D对螺栓连接强度的影响，并分析了螺栓连接的破坏模式，找出使连接强度最佳的W／D和E/D临界值，为织物复合材料的结构设计及后续研究奠定了一定基础。2实验 2.1原材料 实验采用原材料为增强材料，2×2斜纹高强玻璃纤维布，面密度230g／m2，厚度0.22mm，南京玻纤院生产；树脂基体，环氧树脂体系。 2.2试样制备 复合材料层合板制作采用织物预浸布模压成型。玻璃布通过多功能浸胶机预浸胶，制作成预浸玻璃布，裁剪后在压制平板上铺设，铺设时各层织物经／纬向严格排布，铺设到要求厚度后，在热压机上热压成型。固化制度为RT70℃/3h 100℃/3h 120℃／3h 160℃/6h自然降温，成型压力为4~5MPa。固化后的层板厚度为4mm，树脂含量为38%（质量分数）。板形件脱模后按相关标准进行机加，制作试样。玻璃布层合板的力学性能见表1。
碳纤维复合材料螺旋桨铺层角度研究 张建国;岳金;宋春生;张锦光 【摘要】与传统的金属螺旋桨相比，碳纤维复合材料螺旋桨具有低振动、低噪音、轻质高效、耐海水腐蚀和易维修等特点。然而由于复合材料各向异性，碳纤维复合材料螺旋桨铺层角度对其性能有较大影响，因此，首先在Fluent中对螺旋桨进行 桨叶压力分析，得到在设计工况下螺旋桨桨叶表面压力；其次对碳纤维复合材料螺旋桨进行铺层设计，得到了几种铺层方案，求解分析得到了铺层角度与碳纤维复合材料螺旋桨桨叶最大位移的关系；最后考虑到螺旋桨几何特征，对设计铺层方案的主铺层角进行了修正，修正作用使桨叶变形范围更大，为复合材料螺旋桨铺层角度设计提供了参考。%Compared with traditional metal propellers , carbon fiber composite propellers are of low vibration , low noise, light and efficient , resistant to seawater corrosion , and easy to maintain .Because of anisotropy characteristics of composite materials , ply angles of carbon fiber composite propellers have a greater impact on its performance .Firstly, blade stress analysis was taken in Fluent and propeller surface stress was gained in the design conditions .And then, ply angle design of carbon fiber composite propellers was conducted; the relations between ply angle and carbon fiber composite propeller blades maximum displacement were obtained;and finally taking the geometric characteristics of the propeller into account , the ply angle was modified .It can provide a reference for the ply angle design of composite propeller .【期刊名称】《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》
复合材料常见的铺层角度 复合材料是由两种或更多种不同材料组合而成的材料，在现代工程领 域中得到广泛应用。其中，铺层角度是在制作复合材料时需要考虑的 重要因素之一。不同的铺层角度可以影响复合材料的性能和力学行为。本文将深入探讨复合材料常见的铺层角度，并分析其对材料性能的影响。 一、铺层角度的基本概念 铺层角度指的是复合材料中纤维层的相对排列角度。在制作复合材料时，可以选择纤维层与基材平行（0°角）或垂直（90°角）排列，也可以选择其他角度。不同的铺层角度会影响复合材料的力学性能和性质。 二、常见的铺层角度 1. 0°角：0°角是指纤维层与基材平行排列。这种铺层角度可以使材料 在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的强度和韧性相对 较低。0°角的复合材料适用于需要高强度和刚度的应用，例如航空航 天领域的部件制造。 2. 90°角：90°角是指纤维层与基材垂直排列。这种铺层角度可以使材 料在横向上具有较高的强度和韧性，但在拉伸方向上的强度和刚度相 对较低。90°角的复合材料适用于需要高韧性和抗冲击性能的应用，例如汽车制造中的车身部件。
3. 45°角：45°角是指纤维层与基材成45°角排列。这种铺层角度可以在拉伸和横向受力情况下都具有较好的强度和韧性。45°角的复合材料适用于需要兼顾强度和韧性的应用，例如体育用品的制造。 4. 其他角度：除了0°角、90°角和45°角外，还可以选择其他角度来铺设纤维层。通过选择不同的铺层角度，可以调整复合材料的性能，以满足特定的工程要求。 三、铺层角度对性能的影响 铺层角度的选择会对复合材料的性能产生重要影响。不同的铺层角度会改变复合材料的强度、刚度、韧性和疲劳寿命等性能。具体来说：1. 0°角的复合材料在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的性能较差。适合承受拉伸应力的结构。 2. 90°角的复合材料在横向上具有较高的强度和韧性，适合承受弯曲和剪切等横向应力的结构。 3. 45°角的复合材料能够在拉伸和横向受力情况下都具有较好的性能，适合多种综合应力情况下的结构。 四、个人观点和理解 铺层角度的选择在复合材料的设计和制造中非常重要。通过合理选择铺层角度，可以使复合材料具有更好的力学性能和综合性能。不同的应用领域和工程需求需要考虑不同的铺层角度，以实现最佳的性能匹配。在实际工程中，需要综合考虑各种因素，如强度、刚度、韧性、成本等，来选择最合适的铺层角度。
复合材料成型工艺方法及优缺点分析 摘要：先进复合材料具有轻质高强、性能可设计、材料与构件一体等优异特性，广泛应用于航空航天装备领域。复合材料的最终性能与使用效能，取决于原材料和成型制备技术。为满足高纤维体积分数、高性能均匀性和高稳定性的“三高”要求，热压罐成型工艺已成为航空航天复合材料制备的首选技术。但是，热压罐成型工艺也存在诸如生产效率低、成本较大、环境污染等缺点。因此，对热压罐成型工艺的研究，应着重放在优化固化工艺路线，使其向着能源节约型、环境友好型、效率最大化方向发展。 关键词：复合材料；热压罐成型；方法 在复合材料制件制造过程中由于环境、原材料缺陷、工艺规范和结构设计不合理等因素会产生各种缺陷，制造缺陷的存在严重影响了复合材料的性能和使用寿命，甚至还会导致复合材料制件的报废，造成重大经济损失。因此，制造缺陷的控制技术是目前先进树脂基复合材料成型工艺领域的重要研究内容。复合材料在航空航天领域的应用日趋广泛，热压罐成型工艺已成为航空航天领域复合材料主承力和次承力结构件成型的首选工艺之一。影响复合材料构件热压罐固化成型质量的主要因素有由热压罐和工装系统构成的成型制造外部温度场、压力场及其作用时间，由构件复杂结构及材料相变特性构成分析了复合材料热压罐固化成形工艺。 一、复合材料成型工艺 1、拉挤成型工艺。复合材料拉挤成型工艺的研究开始于上世纪五十年代，到了六十年代中期，在实际生产中逐渐运用了拉挤成型工艺。经过将近十年的发展，拉挤技术又取得了重大研究进展，树脂胶液连续纤维束在湿润化状态下，通过牵引结构拉力，在成型模中成型，最后在固化设备中进行固化，常用的固化设备有固化模和固化炉。拉挤成型工艺的制品质量十分稳定，制造成本也很低；生产效率也很高能够进行批量化的生产。
复合材料铺层 复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的综合性能。而复合材料铺层则是指将不同种类的材料按照一定的顺序和规则进行堆叠组合，以满足特定的工程需求。在实际工程应用中，复合材料铺层技术被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑领域等，其优异的性能使其成为众多领域的热门选择。 首先，复合材料铺层的设计需要考虑到材料的性能和应用环境。不同的工程应 用对复合材料的性能要求各不相同，因此在进行铺层设计时需要充分考虑到材料的强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等特性。同时，应用环境的温度、湿度、压力等因素也需要被纳入考虑范围，以确保复合材料在实际工程中能够稳定可靠地发挥作用。 其次，复合材料铺层的工艺技术也是至关重要的。在进行铺层过程中，需要严 格控制材料的堆叠顺序、层数、厚度等参数，以确保复合材料的性能和稳定性。同时，还需要注意铺层过程中的气泡、裂纹、层间粘接等质量问题，通过合理的工艺技术和设备手段来保证铺层质量。 此外，复合材料铺层的质量检测也是不可或缺的环节。通过对铺层后的复合材 料进行非破坏性检测、力学性能测试、热性能测试等手段，可以全面了解复合材料的质量状况，及时发现并解决潜在的质量问题，以确保复合材料在工程应用中能够发挥预期的效果。 总的来说，复合材料铺层是一项复杂而又重要的工程技术，其设计、工艺和质 量检测都需要高度重视。只有通过科学合理的设计、精湛的工艺技术和严格的质量管理，才能够制备出性能优异、稳定可靠的复合材料铺层制品，为各个领域的工程应用提供有力支撑。 在实际工程中，我们需要充分认识到复合材料铺层的重要性，加强对其设计、 工艺和质量检测等方面的研究和探索，不断提高复合材料铺层技术水平，为我国工
复合材料的分层缺陷 引言 目前被广泛用于飞机承力构件的纤维增强树脂基复合材料（ CFRP）主要是 层合板与层合结构。在层合板的制造过程中，常由于许多不确定的因素，使复合 材料结构发生分层、孔隙、气孔等等不同形式的缺陷；同时，复合材料层合板在 装配与服役过程中所受到低能冲击很容易引发各种形式的损伤。由于增强纤维铺 设方向的不一致常导致铺层间刚度的不匹配，引发较高的层间应力，而层间应力 的主要传递介质是较弱的树脂基体，因此对于复合材料层合板，分层是其主要的 损伤形式。有报导统计，复合材料层合板在加工、装配和使用过程中产生的分层 损伤，占缺陷件的50%以上[1]。 分层常存在于结构内部，无法根据表面状态检测出来，并且分层的存在极大 地降低了结构的刚度，特别在压缩载荷作用下， 由于发生局部屈曲而导致分层扩 展，使结构在低于其压缩强度时发生破坏。在飞机研制与制造过程中，复合材料 层合板的分层损伤问题一直是难以解决的结构问题之一，也是影响 CFRP 在结 构组分中应用的主要限制因素。因此，如何充分地结合试验测试，利用数值模拟 的方法评估分层的许和容限，成为决定飞机结构综合性能的亟待解
决的关键问题。 1.1分层产生的原因 Pagano 和Schoeppne[r2]根据复合材料构件的形状，将分层产生的原因分为 两类。第一类为曲率构件，工程中常见的曲率构件包括扇形体、管状结构、圆柱 形结构、球形结构和压力容器等；第二类为变厚度截面，工程中常见于薄层板与 补强件连接区域、自由边界处、粘合连接处及螺栓接合处等。在上述结构件中， 临近的两铺层极易在法向和剪切向应力作用下发生脱胶和形成层间裂纹。 以外，温湿效应、层板制备和服役状态等亦是分层产生的原因。由于纤维与 树脂的热膨胀系数以及吸湿率均存在差异，因此，不同铺层易在固化过程产生不 同程度的收缩并在吸收湿气后产生不同程度的膨胀，不同程度的收缩与膨胀所产 生的剩余压力是导致分层的源头之一[3，4]。在层合板的制备过程中，由于手工 铺设质量具有分散性，极易形成富树脂区，进而引发树脂固化时铺层间的收缩程 度差异，使层间具有较低的力学特性，极易形成分层[5，6]。在服役过程中，低 速冲击所产生的横向集中力是层合板结构形成分层的重要原因之一。冲击引发的 临近铺层间的内部损伤、层合板制造过程中工具的掉落、复合材料部件的组装及 维修以及军用飞机及结构的弹道冲击等均会引发层间分层。 1.2分层的种类 Bolotin [5，6]将分层分为内部分层( Internal delaminations)和
【技术帖】碳纤维复合材料与铝合金连 接方式选型研究 摘要：多材料混合车身设计是汽车轻量化的重要手段，其中铝和碳纤维的连接是轻量化车身结构设计和工艺装配面临的挑 战。研究了SPR、FDR、抽芯铆钉3 种连接方式及结构胶应用于碳纤维复合材料和铝合金异种材料的连接，测定了连接结构的剪切和十字拉伸性能，分析了连接方式和结构胶对力学性能和失效模式的影响，旨在指导碳纤维复合材料连接设计与选择。 关键词：碳纤维复合材料铝合金连接技术 1 前言 将直径5～10 μm 碳纤维丝按照统一方向排布形成12K/24K/48K 丝束，然后丝束按照不同的铺层设计通过不同的工艺过程（预浸料、树脂传递模塑、湿法模压等）与树脂复合，形成特定物性的碳纤维复合材料。碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）以其优异的比强度和比刚度在航空和汽车制造领域广泛应用。随着车身多材料技术的发展，碳纤维结构件开始逐步应用于白车身，如宝马7 系、奥迪A8 和蔚来ES8。连接结构的强度和刚度是决定白车身框架整体强度和刚度的重要因素之一。碳纤维结构件不可避免的与车身框架的其他金属钣金发生连接，如果碳纤维复合材料与金属件接头强度、刚度不足可能会带来异响、扭转刚度降低等NVH 问题以及电化学腐蚀、安全、耐久、可靠性等问题[1]。 为了充分发挥CFRP 的优势，需要在设计开发过程中准确描述这类连接形式。特别是当进行虚拟设计验证时，需要合理描述连接单元的力学性能等信息。故有必要研究CFRP 与铝合金的连接方式对接头强度的影响，分析其不同连接形式的失效加载力和失效模式。目前多数前人的工作主要集中在抽芯铆钉或是螺栓的连接方式[2]，但是它们都需要预开孔且螺栓紧固件会增加较多重量。随着连接技术的发展，可尝试使用自冲铆接（Selfpiercing Riveting，SPR）和热熔流钻铆接（Flow Drilling Riveting，FDR）等方式来进行异种材料的连接，这也为车身的设计提供了更多的自由度。
复合材料性能与细观结构的关系研究 复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料。相比于传统的单一材料，复合材料具有独特的性能优势，例如高强度、轻量化、耐磨、耐腐蚀等。这些性能的实现与复合材料的细观结构密切相关。 复合材料的细观结构由两个主要部分组成：增强相和基体相。增强相通常是纤 维或颗粒，而基体相则是固体、液体或气体。这两个相互作用形成了复合材料的整体性能。其中最重要的参数之一是增强相的强度和刚度。 在复合材料中，增强相的强度和刚度是由其细观结构决定的。例如，纤维材料 的细观结构可以是纤维的直径、长度和形状等。纤维的直径越小，纤维间的界面作用力越大，从而提高了复合材料的强度。而纤维材料的长度越长，纤维间的相互作用越大，使材料的刚度增加。此外，纤维的形状也对复合材料的性能产生影响。例如，纤维材料的形状可以是直线、曲线、环形等，这些形状的不同会导致复合材料的性能有所差异。 除了增强相的影响外，基体相也对复合材料的性能起到重要作用。基体相的细 观结构可以是晶体结构、玻璃结构、聚合物链等。这些结构对材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性等性能有着直接影响。例如，晶体结构具有规则的排列方式，使得复合材料具有较高的硬度和刚度。而聚合物链具有较高的柔韧性和韧性，使得复合材料具有较好的抗冲击性和变形能力。 此外，复合材料的性能还与增强相和基体相之间的相互作用有关。细观结构直 接决定了相互作用的性质和强度，进而影响复合材料的性能。例如，增强相与基体相之间的界面作用力越强，复合材料的强度和韧性就越高。而如果界面作用力较弱，增强相容易脱离基体相，导致材料的性能下降。 因此，复合材料的性能与其细观结构之间存在着紧密的关系。在设计和制备复 合材料时，需要充分考虑增强相和基体相的细观结构，并利用科学的方法进行调控，
填料对复合材料力学性能的影响随着科学技术的不断发展，复合材料在多个领域的应用越来越 广泛。填料是复合材料中的重要组成部分，其种类和性质对复合 材料的力学性能有着不同程度的影响。本文将深入探讨填料对复 合材料力学性能的影响。 一、填料的种类和特性 填料是复合材料中的一种添加剂，主要起填充增强材料的作用。填料的种类很多，包括有机填料、无机填料和金属填料等。各种 填料价格不同，性能也不同，用户可以根据需要进行选择。下面 以针对三种常用的填料进行简单分析： （1）有机填料 有机填料是包含有机物的填料，例如聚酰亚胺、碳纤维等。这 种填料的优点在于具有高强度、高模量以及高温性能，因此被广 泛应用于制造高性能复合材料中。 （2）无机填料
无机填料是指包含无机物的填料，例如玻璃纤维、滑石粉和氧化铝等。这种填料的优点包括具有良好的抗溶解性、防腐性和热稳定性，同时还具有较低的成本。 （3）金属填料 金属填料是指包含金属物的填料，例如铜粉和铝粉等。这种填料的优点在于具有良好的导电性和导热性，同时还具有良好的增强效果。 二、填料对复合材料的影响 （1）强度 填料的选择对复合材料强度有着不同程度的影响。例如，一些高强度的有机填料可以大幅度提高复合材料的抗拉强度和抗压强度。同时，金属填料能够提高复合材料的疲劳强度和耐磨性，显著提高其使用寿命。
（2）振动 填料的选择对复合材料的振动特性有着不同程度的影响。实验 结果表明，添加大颗粒的无机材料可以降低复合材料的振动频率，从而提高其使用寿命。 （3）热稳定性 填料的热稳定性对复合材料的使用寿命有着很大的影响。例如，添加具有高热稳定性的填料可以提高复合材料的耐烧蚀性，增强 其防护能力和使用寿命。 （4）成本 填料的选择通常也受到成本的影响。例如，无机填料的成本相 对较低，因此在一些对性能要求不是非常高的场合中更为常见。 三、填料在工程实践中的应用
纤维增强复合材料的界面粘结性能研究 纤维增强复合材料是一种结构优良、性能出色的材料，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。而复合材料的界面粘结性能则是其性能优越性的关键之一。在本文中，我们将探讨纤维增强复合材料界面粘结性能的研究成果，并分析其对材料性能的影响。 1. 界面粘结性能的意义 纤维增强复合材料是由纤维和基体构成的复合材料，纤维在复合材料中起到增强效果，而基体则负责传递载荷。界面粘结性能决定了纤维与基体之间的协同工作程度，直接影响到材料的力学性能和使用寿命。良好的界面粘结性能能够提高材料的力学性能、抗疲劳和润湿性，而密度、界面能、纤维含量等因素会对界面粘结强度产生影响。 2. 界面粘结性能测试方法 目前，界面粘结性能的测试方法主要包括力学试验和物理化学试验两类。力学试验包括剪切试验、剥离试验和拉伸试验等，通过测量材料在不同外力作用下的界面失效行为来评估界面粘结性能。物理化学试验则包括表面能测量法、接触角测量法和引入活性分子等方法，用于检测材料表面的化学性质和界面结构。 3. 影响界面粘结性能的因素 界面粘结性能的好坏受到多个因素的影响。首先是基体-纤维界面的形态、表面性质和化学成分。不同基体和纤维的界面形态和化学成分差异较大，会影响到界面的湿润性和结合力。其次是加工工艺因素，如纤维渗透处理、胶粘剂选择和固化工艺，都能对界面粘结性能产生影响。此外，材料的使用环境和条件也会影响界面粘结性能。例如，温度变化、湿度和腐蚀等因素都可能对界面产生破坏。 4. 提高界面粘结性能的方法
为了提高纤维增强复合材料的界面粘结性能，研究者采取了多种方法。一种常用的方法是表面改性，通过在纤维和基体表面引入粘接剂、活性分子或聚合物等改性剂，以增加界面的结合能力。另一种方法是优化加工工艺，如改变纤维的渗透处理条件、优化胶粘剂的固化工艺等，以提高界面的物理和化学结合能力。此外，选择合适的纤维和基体组合也是提高界面粘结性能的关键。 5. 发展趋势与应用前景 随着科学技术的不断发展，对纤维增强复合材料界面粘结性能的研究也在不断深入。未来，通过对界面结构和界面粘结机理的深入研究，有望实现对界面粘结行为的精确控制和量化评估。此外，界面粘结性能的提高将进一步推动纤维增强复合材料在航空航天、汽车工程、建筑结构等领域的应用，为我们的生活带来更多的便利和创新。 总结起来，纤维增强复合材料的界面粘结性能是影响材料性能和使用寿命的重要因素。通过探索测试方法、分析影响因素和研究改进方法，我们可以提高界面粘结性能，进而推动纤维增强复合材料在各个领域的广泛应用。这将对于推动科技进步、经济发展和社会进步产生积极的促进作用。我们对纤维增强复合材料界面粘结性能的研究充满期待，相信未来将有更多的突破和创新。
复合材料力学性能与制造工艺研究 复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的力学性能和独特的制造工艺。本文将探讨复合材料的力学性能与制造工艺研究。 复合材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形、破坏和耐久性等方面的性能。由于复合材料由不同的材料组合而成，其力学性能往往优于单一材料。例如，碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量和低密度的特点，使其在航空航天、汽车和体育器材等领域得到广泛应用。而玻璃纤维增强复合材料则具有较高的冲击强度和良好的耐腐蚀性能，适用于建筑和船舶等领域。 复合材料的力学性能与其组成材料的性质有关，也与其制造工艺密切相关。首先，材料的选择对复合材料的力学性能至关重要。不同的纤维和基体材料具有不同的力学性能，因此需要根据应用需求选择合适的材料组合。其次，纤维的取向和分布对复合材料的力学性能有显著影响。纤维的取向决定了材料的强度和刚度，而纤维的分布则影响材料的均匀性和韧性。因此，在制造过程中需要控制纤维的取向和分布，以获得理想的力学性能。最后，制造工艺对复合材料的力学性能也有重要影响。例如，热固性复合材料的固化温度和固化时间会影响材料的强度和硬度，而纤维增强复合材料的层压工艺会影响材料的界面粘结强度。
在研究复合材料的力学性能与制造工艺时，需要进行一系列实验和分析。首先，可以通过拉伸试验、弯曲试验和冲击试验等方法评估复合材料的力学性能。这些试验可以获得材料的强度、模量、断裂韧性和疲劳寿命等参数。其次，可以通过显微镜观察材料的断口形貌，分析材料的破坏机制。此外，还可以利用有限元分析等数值模拟方法研究复合材料的力学行为。最后，还需要对制造工艺进行优化，以提高复合材料的力学性能。例如，可以通过改变纤维取向和分布、调整固化温度和时间等方法改善材料的性能。 综上所述，复合材料的力学性能与制造工艺密切相关。通过研究复合材料的力学性能和制造工艺，可以优化材料的性能，提高其应用价值。未来的研究可以进一步探索新材料和新工艺，以满足不同领域对复合材料的需求。
多层次复合材料的力学特性研究复合材料作为一种新型材料，在机械、航空、航天等领域中得 到广泛应用。其中，多层次复合材料由多种复合材料垂直叠加所 构成，其力学特性的研究一直是复合材料领域的重要研究方向。 本文将从材料制备、力学性能测试、力学特性研究等方面进行探讨。 一、多层次复合材料的制备 多层次复合材料的制备过程通常包括以下几个步骤： 1.单层板材的制备：先将所需的复合材料混合均匀，再用挤出法、层压法等工艺制成单层板材。这里，挤出法是指将混合好的 材料经过高温、高压的挤出过程，形成带有固定截面尺寸的板材；层压法是指将混合好的材料依次铺在模具上，通过加热、加压的 方式使其紧密结合并固化。 2.搭接：将多个单层板材按照规定的方向堆叠在一起，是多层 次复合材料的关键步骤。搭接方式有交错式、对称式等多种。
3.压制：将搭接好的多层次板材放入压制机中，通过极高的压力和温度将其压制成所需的形状，并达到固化效果。 二、多层次复合材料的力学性能测试 1.材料力学性能测试：针对多层次复合材料，需要测试材料的弯曲强度、抗拉强度、横向剪切强度、模量等基本力学性能。 2.微观结构测试：通过采用扫描电镜、透射电镜等检测技术，观察材料内部的微观结构和初始缺陷，了解其材质性能。 3.应力-应变测试：这是多层次复合材料力学性能测试中最为关键的部分。通过加力使材料发生形变，测量形变量和所受力量，从而得出材料的应力-应变曲线，进一步分析材料的力学性能。 三、复合材料的力学特性是指材料在受到外界力的作用下所表现出的特殊性质，包括各种力学性能参数和材料的破坏特点等。对于多层次复合材料而言，其力学特性研究主要集中在以下几个方面：
复合材料的结构与性能优化设计研究 复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的一种材料，它的性能表现优越，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。在现代制造工业中，人们越来越关注复合材料的结构与性能优化设计，以提高材料的使用效率和产品的质量。 一、复合材料的结构与性能 复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，它们的结构和组成方式对材料的性能表现起着至关重要的作用。常见的复合材料有无机复合材料、碳纤维复合材料、玻璃钢复合材料等。这些材料均具有优异的性能表现，如高强度、高温性、防腐蚀性等。 1. 结构优化设计 复合材料的结构优化设计是提高材料性能的关键。常见的结构优化方法包括材料选择、纤维层位设计、复合层压顺序设计等。选择合适的材料是结构优化设计的首要条件，不同的材料组合可以产生不同的性能表现。纤维层位设计是复合材料结构优化的重要方向，通过精确的纤维层位控制可以提高复合材料的强度和刚度。复合层压顺序设计可以减小材料的应力集中，提高材料的抗裂性。 2. 性能测试
复合材料的性能测试包括强度、刚度、韧性、屈服强度、断裂伸长率等多个参数。这些参数的测定可以评价复合材料在力学和物理等方面的表现。不同类型的复合材料具有各自的性能测试标准，应根据具体材料类型和用途进行评价。 二、复合材料优化设计的案例 1. 采用颜色编码法设计结构 颜色编码法是结构优化设计常用的一种方法。美国宇航局研究人员采用颜色编码法设计了一种新型的碳纤维复合材料，该材料既具有高强度又具有一定的柔韧性。色彩图像表示了纤维的分布方式和层压顺序等信息，实现了精细的结构优化设计。 2. 嵌入纳米材料 嵌入纳米材料是一种新型的结构优化设计手段，可以增强复合材料的力学性能和耐磨性。瑞典科学院研究人员通过嵌入纳米炭化硅颗粒，增强了碳纤维复合材料的强度和抗冲击性。 三、复合材料优化设计的发展趋势 1. 仿生学应用 仿生学是一门探究自然界生命现象的学科，它的应用在复合材料优化设计中具有很大的潜力。仿生学方法可以探索复合材料在结构、功能和性能方面的多样性，为复合材料的创新提供灵感。
水泥混凝土中添加复合材料的影响研究 一、研究背景 水泥混凝土是建筑材料中使用最广泛的一种，其性能和品质直接关系到建筑物的安全和耐久性。然而，普通的水泥混凝土存在一些缺陷，如易龟裂、不耐久、不抗压等，为了解决这些问题，科学家们开始研究添加一些复合材料来提高水泥混凝土的性能和品质。 二、复合材料的种类及特性 复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，其性能优于单一材料。常见的复合材料有纤维复合材料、颗粒复合材料、板材复合材料等。 1.纤维复合材料 纤维复合材料是由纤维和基体材料构成的一种材料，其具有轻质、高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀、绝缘、隔音、吸音等特点。常见的纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。 2.颗粒复合材料
颗粒复合材料是由颗粒和基体材料构成的一种材料，其具有低成本、 易加工、易成型等特点。常见的颗粒有石英粉、硅酸盐颗粒、铝粉等。 3.板材复合材料 板材复合材料是由板材和基体材料构成的一种材料，其具有轻质、高 强度、耐腐蚀、绝缘等特点。常见的板材有铝板、钛板、镁板等。 三、复合材料在水泥混凝土中的应用 1.纤维复合材料在水泥混凝土中的应用 纤维复合材料可以加强水泥混凝土的抗拉强度、抗冲击性能、抗裂性 能和耐久性。在水泥混凝土中添加纤维复合材料可以有效地防止水泥 混凝土在受力时龟裂，提高其承载能力和抗震性能。 2.颗粒复合材料在水泥混凝土中的应用 颗粒复合材料可以改善水泥混凝土的力学性能和耐久性能，如提高水 泥混凝土的抗压强度、抗折强度和耐久性。在水泥混凝土中添加颗粒 复合材料可以有效地改善水泥混凝土的性能和品质。
3.板材复合材料在水泥混凝土中的应用 板材复合材料可以提高水泥混凝土的力学性能和耐久性能，如提高水泥混凝土的强度、硬度和耐久性。在水泥混凝土中添加板材复合材料可以有效地提高水泥混凝土的性能和品质。 四、复合材料对水泥混凝土性能的影响 1.复合材料对水泥混凝土强度的影响 复合材料可以提高水泥混凝土的抗压强度、抗折强度和抗拉强度，由于其具有高强度、高刚度等特点，可以有效地增加水泥混凝土的力学性能。同时，在水泥混凝土中添加复合材料可以改善水泥混凝土的微观结构，提高其强度和耐久性。 2.复合材料对水泥混凝土耐久性的影响 复合材料具有耐腐蚀、耐疲劳、耐久等特点，可以有效地提高水泥混凝土的耐久性。在水泥混凝土中添加复合材料可以减少水泥混凝土的龟裂和开裂，防止水泥混凝土的劣化和老化。 3.复合材料对水泥混凝土工艺性能的影响
不同工艺对复合材料性能的影响研究 复合材料是由两个或两个以上不同类型的材料组合而成的一种材料。这些材料的结构各不相同，但是它们的组合能够产生出很好的力学性能，因此被广泛应用于工业生产和科学研究领域中。 不同的工艺对于复合材料的性能影响很大，因此对于复合材料的制造工艺进行深入的研究是非常必要的，下面将探讨不同工艺对于复合材料性能的影响。 一、纤维制备工艺对于复合材料性能的影响 纤维是复合材料中不可或缺的部分，对于纤维的制备工艺有直接的影响。常见的纤维制备工艺主要有拉伸法、喷丝法、纺丝法等。 1. 拉伸法 拉伸法是一种较为常见的纤维制备工艺，它通过拉伸聚合物塑料使其形成长而细丝，然后对其进行喷涂、成形等工艺处理，制成大面积的纤维结构。 相比于其他的纤维制备工艺，拉伸法制备的纤维强度更高、柔韧性更佳，因此能够有效地提高复合材料的力学性能。 2. 喷丝法 喷丝法是一种高速将熔融聚合物喷雾成纤维的制备工艺。喷丝法制备的纤维具有无数个小孔，这些孔能够有效地增加纤维的表面积，进而提高复合材料的强度和耐磨性。 3. 纺丝法 纺丝法是将聚合物溶解于溶剂中，再将其混合在一起，并经过蒸发、干燥等处理后制成纤维的一种方法。纺丝法制备的纤维表面光滑，对于复合材料的力学性能起到提高的作用。
二、复合材料加工工艺对于性能的影响 复合材料加工工艺的好坏也具有决定性的影响，常见的加工方法有注塑、挤塑、外包层复制等。 1. 注塑法 注塑法是一种将熔融的复合材料注入模具内，并通过蒸汽或压力使其定型的加 工方法。注塑法可以有效地控制复合材料的表面光滑度和厚度，因此在制造高精度零部件和高质量塑料件时被广泛应用。 2. 挤塑法 挤塑法是将熔融的复合材料通过模具，以恒定速率挤压成型的加工方法。通过 控制挤出过程可以精确控制复合材料熔融物的流动性和温度，从而得到具有优异性能的复合材料制件。 3. 外包层复制法 外包层复制法是一种将纤维（如碳、玻璃纤维等）包装在预制布匹上，然后将 其与热固性或热塑性复合材料结合，使其在时树脂固化过程中与纤维结合成一体的加工方法。此方法制备的复合材料强度高、韧性好，适用于制造大型复合材料件。 三、纳米材料对于复合材料性能的影响 纳米材料作为近年来研究热点，对于复合材料的性能提升也发挥了重要作用， 研究也比较深入。 1. 碳纳米管 碳纳米管是由碳原子组成的螺旋形结构，具有轻质、高强、高刚性、导电性好 等优异性能。因此将其加入到复合材料中，能够有效提高复合材料的力学性能。 2. 纳米氧化铝
纤维铺层角度对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性影响研究解江;马骢瑶;霍雨佳;周建;牟浩蕾;冯振宇 【摘要】研究T700/3234复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性受纤维铺层角度变化的影响规律.开展复合材料力学性能试验和薄壁圆管轴向准静态压溃试验.通过对比圆管轴向压溃峰值载荷及比吸能等指标的试验结果,验证建立的复合材料圆管有限元模型和分析方法.基于验证的有限元分析方法,探讨了复合材料纤维铺层角度的变化对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响规律.结果表明,在准静态轴向压缩载荷下,随着纤维铺层角度的增大,比吸能先增大后减小;纤维角度为±45°时,初始峰值载荷最低,载荷效率最高,圆管易于进入渐进破坏吸能阶段.研究结果可为复合材料纤维铺层角度设计及复合材料薄壁结构有限元建模提供参考. 【期刊名称】《振动与冲击》 【年(卷),期】2018(037)020 【总页数】7页(P200-206) 【关键词】复合材料薄壁圆管;纤维铺层角度;有限元法;吸能特性;模型验证 【作者】解江;马骢瑶;霍雨佳;周建;牟浩蕾;冯振宇 【作者单位】中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300
【正文语种】中文 【中图分类】V257 由于具有比模量高、比强度大、质量轻及优异的吸能特性等，复合材料自20世纪80年代开始在航空航天领域得到广泛应用[1]。近年来，碳纤维增强树脂基复合材料在民用航空器中的应用比例越来越大，尤其是大量应用到机身这样的主承力结构上，如波音787和空客A350。由于复合材料结构与金属结构在失效模式和坠撞吸能机理上的显著不同，复合材料结构的使用为航空器结构适坠性设计、验证及适航审定带来了极大的技术挑战。 以民用运输类飞机为例，当发生应急着陆或坠撞时，飞机客/货舱地板下部结构能 起到缓冲吸能的作用，以减少传递给机上乘员的载荷并保证客舱结构完整性，从而确保乘员的生命安全[2]。目前民用运输类飞机客/货舱地板下部主要采用重量轻、刚度高的典型薄壁结构，如果突破复合材料的失效吸能机理和设计技术，复合材料薄壁结构具备成为一种高效吸能结构的潜力，从而保证航空器的坠撞安全。2005 年开始，波音公司对B787复合材料机身框段结构进行坠撞分析与设计，并从2007年起，对B787机身结构进行了3次实验：客舱地板下部结构的压缩实验；客舱地板下部结构倒置冲击实验；3 m长的机身下部结构9.14 m/s的坠撞实验。同时，FAA联合华盛顿大学等，针对B787机身下部复合材料缓冲吸能结构也开 展了大量的试验方法、分析方法与吸能结构优化研究[3-6]。为B787下部结构的 适坠性设计提供了重要依据。 与此同时，国内外学术界对薄壁吸能结构的吸能机理及吸能特性也进行了深入研究。Farley[7]通过压溃试验证明复合材料吸能能力是金属材料的5倍～10倍。Kindervater[8]对不同截面形状的复合材料管件吸能特性进行研究，发现方管的比
复合材料胶接、缝合连接设计研究 XX：1671-7597（20XX）17-0117-01 1 概述 根据复合材料的自身特点及其破坏的机理，存复合材料连接中，胶接、缝合连接、混合连接已被广泛的运用。合理的胶接、缝合连接、混合连接设计，不但能够满足使用要求，减轻结构重量，提高可靠性，还可以延长结构的使用寿命。本文针对复合材料的胶接、缝合连接、混合连接方法进行探讨。 2 胶接连接 胶接连接是借助胶粘剂将复合材料、金属材料零件连接成不可拆卸整体的连接方法。 2.1 胶接连接优点 1）胶接连接受力均衡，接触为面接触，承载能力强，不同于机械连接的点接触。 2）没有钻孔引起的应力集中和分层，连接可靠性好，结构重量轻。 3）胶接连接能获得光滑的气动外形，外形美观。 4）抗疲劳性、密封性、减振性能好。 5）不同材料连接时，有隔离的作用，无电偶腐蚀问题，相容性好。 6）有阻止裂纹扩展的作用。 2.2 胶接连接缺点
1）胶接的质量操纵比较困难。 2）胶接强度分散性大，剥离强度低。 3）胶接的工艺要求严格。 4）胶接性能受湿热效应、介质等环境的因素影响大，胶粘剂存在老化的问题。 5）如果需要加温加压就需要专门的设备，成本高。 2.3 胶接连接参数 胶接连接主要参数包括胶接件的厚度t、胶层厚度h、胶接件的搭接长度L等（见图1数值为本文推举）。 1）胶接件的厚度t。胶接件的厚度由其所传递载荷P的大小确定。 图1 胶接连接的参数图2 缝合连接的参数 2）胶层厚度h。胶层厚度h对连接强度有很大影响，增加胶层厚度，可减少应力集中，提高连接强度。胶层厚度过厚，会产生胶层厚度偏差、气孔等缺陷；胶层厚度过薄，不能满足连接强度的要求。因此，胶层厚度一般取0.1～0.4 mm。胶接件的搭接长度L。胶接件的搭接长度与胶接件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，胶接件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。胶接件的搭接长度L≥8 mm。 3 缝合连接 缝合连接是借助缝合线将复合材料连接在一起，经过固化使缝合线与复合材料成为不可拆卸的整体的连接方法。