復(fù)合材料修復(fù)鋁合金裂紋板的疲勞性能進(jìn)展

采用真空袋壓技術(shù)將t300/cyd128復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修復(fù)于含中心裂紋的鋁合金1.76mm薄板。研究了實(shí)驗(yàn)室模擬濕熱環(huán)境對復(fù)合材料修復(fù)鋁合金薄板的力學(xué)性能影響,修復(fù)用復(fù)合材料的吸濕特性,以及修復(fù)用復(fù)合材料拉伸試樣及其基體樹脂澆鑄體的濕熱性能。結(jié)果顯示,澆鑄體飽和吸水率為0.9%,復(fù)合材料吸濕動力學(xué)曲線則出現(xiàn)臺階;隨濕熱老化時間延長,澆鑄體與復(fù)合材料拉伸性能先升后降,其性能峰值出現(xiàn)時間分別為500h(73.9mpa)和300h(1531mpa);隨濕熱老化時間延長,鋁合金裂紋板拉伸性能基本呈線性下降,斷裂載荷下降速率δn=0.12kn/100h,修復(fù)板性能出現(xiàn)波動。

采用單向碳/環(huán)氧復(fù)合材料補(bǔ)片真空袋壓工藝單面修復(fù)含中心裂紋鋁合金板,進(jìn)行0-1700h鹽霧梯度腐蝕試驗(yàn),測試并對比分析了各腐蝕時間結(jié)點(diǎn)上試件修復(fù)前后的疲勞性能,從疲勞壽命、疲勞臨界裂紋長度和paris公式材料常數(shù)(c和m)的變化三個方面考察不同鹽霧腐蝕深度對鋁合金裂紋板修復(fù)前后的疲勞性能差異。結(jié)果表明:碳/環(huán)氧補(bǔ)片膠接修復(fù)鋁合金板能大幅度提高疲勞壽命,且未經(jīng)修復(fù)的裂紋板在腐蝕1700小時后疲勞壽命下降53.8%,而修復(fù)板僅為38.6%。修復(fù)板疲勞裂紋臨界長度acr大于未修復(fù)裂紋板,且隨鹽霧腐蝕時間延長,裂紋板和修復(fù)板acr變化不大,可作準(zhǔn)判據(jù)使用。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的不同腐蝕時間上試樣的材料常數(shù)c和m隨腐蝕時間延長而減小。利用paris公式可較好擬合鋁合金板疲勞壽命及paris區(qū)內(nèi)的疲勞裂紋擴(kuò)展行為,但疲勞壽命預(yù)測值與實(shí)際值的差異由未經(jīng)腐蝕時的5%左右增大到腐蝕1500h時的10%左右。

利用ansys有限元分析軟件,建立了復(fù)合材料單面膠接修復(fù)鋁合金裂紋板的裂紋長度參數(shù)化的有限元模型,分析了修復(fù)結(jié)構(gòu)的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子及其變化幅值的規(guī)律;與試驗(yàn)測試結(jié)果相結(jié)合,得到了描述修復(fù)結(jié)構(gòu)疲勞特性的paris公式材料常數(shù);碳纖維、玻璃纖維復(fù)合材料膠接修復(fù)鋁合金裂紋板的材料常數(shù)c、m分別為6.76×10-10、2.27和7.89×10-10、2.33。

采用碳纖維復(fù)合材料對中心裂紋鋁合金板進(jìn)行了單面膠接修復(fù),測試了修復(fù)結(jié)構(gòu)的疲勞性能,包括鋁合金板的裂紋擴(kuò)展速率、補(bǔ)片與鋁合金板之間的界面脫粘和修復(fù)結(jié)構(gòu)的疲勞剩余強(qiáng)度。結(jié)果表明:復(fù)合材料膠接修復(fù)能有效地降低鋁合金板的裂紋擴(kuò)展速率,提高其疲勞壽命;膠接的補(bǔ)片使鋁合金板的疲勞裂紋擴(kuò)展紋線線型發(fā)生變化,且線型變化集中在裂紋擴(kuò)展初始階段;疲勞導(dǎo)致修復(fù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)界面脫粘,脫粘區(qū)域近似橢圓形,且界面脫粘面積隨疲勞周次的增加而增加。

對t700/9368光滑板及兩種孔徑的含孔層合板進(jìn)行了拉-拉疲勞試驗(yàn),測量試件剛度隨加載周期的衰減規(guī)律,并利用超聲波c掃描和破壞斷口分析方法,對t700復(fù)合材料的疲勞損傷機(jī)理進(jìn)行分析。根據(jù)彈性模量法建立了層合板疲勞累積損傷模型,并從平均應(yīng)力準(zhǔn)則概念出發(fā),建立了含孔層合板的疲勞累積損傷模型。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘法擬合后代入疲勞損傷模型,得到t700/9368光滑板及含孔板疲勞壽命的具體計(jì)算公式,應(yīng)用公式預(yù)測了在不同應(yīng)力水平下的層合板疲勞壽命,與試驗(yàn)結(jié)果的吻合良好。

歐洲專利ep1554409本專利提供了一種以鋁合金為基體，以碳化硼為分散相的金屬基復(fù)合材料的制備工藝。首先，將鋁合金熔化，然后，通過充分?jǐn)嚢枋固蓟鹆Ｗ痈玫貪櫇皲X液，并均勻分布在鋁液中，之后，便可進(jìn)行澆注。為了保證該金屬混合液具有較好的流動性，可采取如下方法之一：將基體中的鎂含量控制在0．2％以下，或首先將鋁合金中鎂的含量控制在0．2％以下，澆注時再加鎂，或是加入〉0．12％鈦。

歐洲專利ep1554409本專利提供了一種以鋁合金為基體,以碳化硼為分散相的金屬基復(fù)合材料的制備工藝。首先,將鋁合金熔化,然后,通過充分?jǐn)嚢枋固蓟鹆Ｗ痈玫貪櫇皲X液,并均勻分布在鋁液中,之后,便可進(jìn)行澆注。為了保證該金屬混合液具有較

利用袋壓工藝、采用單向碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料補(bǔ)片對含中心裂紋的鋁合金板進(jìn)行了修補(bǔ),測試了膠接修補(bǔ)前后板的靜態(tài)力學(xué)性能和疲勞性能。結(jié)果表明:經(jīng)過修補(bǔ)后,鋁合金板抵抗靜態(tài)拉伸破壞和疲勞破壞的能力均有顯著的提高,其靜態(tài)抗拉強(qiáng)度從258.35mpa增加到349.69mpa,提高了35.35%;其疲勞壽命從25446周次增加到63868周次,提高了1.51倍,裂紋起始擴(kuò)展速率從0.34μm/周次降低到0.16/μm/周次,臨界裂紋長度從20.20mm增加到28.05mm。

采用加壓鑄造法來制備硅酸鋁短纖維增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料,并通過與zl109合金的對比試驗(yàn),研究高溫下材料的沖擊疲勞特性。結(jié)果表明:在本試驗(yàn)條件下硅酸鋁短纖維增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的高溫沖擊疲勞性能不如zl109合金,但是隨試驗(yàn)溫度的提高,zl109合金的抗沖擊疲勞能力下降的速率比硅酸鋁短纖維增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的快

自修復(fù)復(fù)合材料是智能材料研究的重要方面。聚合物基體用于結(jié)構(gòu)材料時,不論是宏觀還是微觀上都是容易破壞的,典型的就是沖擊破壞,微觀上卻是出現(xiàn)微裂紋。微裂紋影響材料的各種力學(xué)性能,如強(qiáng)度、剛度、尺寸穩(wěn)定性等,同時影響材料的熱性能、電性能、聲性能。自修復(fù)材料是一種智能材料,同時具有感知和激勵雙重功能。材料一旦產(chǎn)生微裂紋、缺陷,在無外界作用的情況下材料本身具有自我恢復(fù)的能力,如此可延長產(chǎn)品的使用壽命,并提升產(chǎn)品的安全性。從自修復(fù)材料的提出、修復(fù)機(jī)理、修復(fù)類型等方面進(jìn)行總結(jié)和評述。

研究了碳纖維復(fù)合材料膠接修復(fù)損傷艦船鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)效果,利用ctm系列微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)及配套的引伸計(jì)自動繪制試件的拉力-應(yīng)變和拉力-位移曲線圖,通過力-變形曲線得到試樣的名義屈服載荷、膠層脫膠開裂時的極限載荷和試樣斷裂時的斷裂載荷。結(jié)果顯示:利用復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修補(bǔ)受損鋼板能有效恢復(fù)結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度和承載能力;修補(bǔ)后結(jié)構(gòu)的屈服載荷和極限載荷有明顯提高,且隨著補(bǔ)片厚度的增加而增加,但修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的斷裂載荷沒有改變。

利用真空袋壓工藝,采用單向炭纖維復(fù)合材料補(bǔ)片對中心裂紋鋁合金板進(jìn)行了單面膠接修補(bǔ)。測試了復(fù)合材料修補(bǔ)板的靜態(tài)拉伸強(qiáng)度及修補(bǔ)板在拉拉疲勞過程中的裂紋擴(kuò)展、界面脫粘和剩余拉伸強(qiáng)度等疲勞性能。結(jié)果表明,復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修補(bǔ)能有效地提高裂紋板的破壞強(qiáng)度和剛度,降低裂紋板的疲勞裂紋擴(kuò)展速率,提高其疲勞壽命。裂紋板經(jīng)單向炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料補(bǔ)片修補(bǔ)后,其破壞強(qiáng)度從311.48mpa提高到364.74mpa,疲勞壽命從32217次提高到77546次。疲勞導(dǎo)致修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的粘接界面脫粘,脫粘區(qū)域近似橢圓形;脫粘面積隨疲勞周次的增加而增加,且增加的幅度與疲勞周次相關(guān)。

用復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)修理金屬結(jié)構(gòu)裂紋損傷時,修補(bǔ)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵,不同的修補(bǔ)設(shè)計(jì)會產(chǎn)生不同的修補(bǔ)效果。通常應(yīng)在有限元計(jì)算或解析計(jì)算的基礎(chǔ)上,合理選擇補(bǔ)強(qiáng)材料、膠粘劑、鋪層尺寸和鋪層數(shù)量等參數(shù)。飛機(jī)鋁合金蒙皮裂紋是飛機(jī)在使用過程中最常見的損傷形式。傳統(tǒng)的修理方法是在裂紋部位鉚接一塊與蒙皮材料相同的加強(qiáng)片,以恢復(fù)蒙皮裂紋部位的損失強(qiáng)度。由于現(xiàn)代飛機(jī)的

美國專利us201414898422本發(fā)明涉及一種在高溫下具有了改善力學(xué)性能的鋁合金,以及采用這種鋁合金為基體的b4c顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料和其它類型的復(fù)合材料。此鋁合金成分包括（質(zhì)量分?jǐn)?shù),%）：0.50~1.30si、0.20~0.60fe、cu≤0.15、0.5~0.90mn、0.6~1.0mg、cr≤0.20,其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。該合金可包括過量的mg,即超過0.6~1.0,主要以mg-si析出物存在。

石墨烯和碳納米管被發(fā)現(xiàn)后,碳材料的總類也隨之?dāng)U大并因其獨(dú)特的性能而被廣泛應(yīng)用,用以提升材料的性能?？偨Y(jié)了各種通過碳材料和鋁材料復(fù)合來制備具備特殊性能的復(fù)合材料的研究進(jìn)展,并對未來的發(fā)展予以展望。

目前,復(fù)合材料在航空工業(yè)和武器工業(yè)中的材料應(yīng)用比例逐年上升,復(fù)合材料的應(yīng)用程度已經(jīng)成為現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要標(biāo)志之一.復(fù)合材料與金屬件之間的連接工藝尤其受到人們的關(guān)注.本篇主要描述了通過收集鋁合金與碳纖維復(fù)合材料膠接老化后剪切性能數(shù)據(jù),以期能從中找出規(guī)律,為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)提供依據(jù).

鋁合金與碳纖維復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)耐老化性能研究

復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、耐疲勞性能好、減震性能好、性能可設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn),在航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文通過改變復(fù)合材料管的鋪層和膠接結(jié)構(gòu)形式考察某航天復(fù)合材料管與接頭連接構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度和疲勞性能。結(jié)果表明,采用雙搭結(jié)構(gòu)或單搭結(jié)構(gòu)膠接段管的外側(cè)局部加強(qiáng)都可以顯著提高復(fù)合材料管與接頭膠接構(gòu)件的抗彎性能及疲勞性能,這兩種方法都能夠滿足該航天構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求。

本文總結(jié)介紹了鋁硅合金套筒裂紋返修的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)措施。主要敘述了從缺陷的定位、分段清除、預(yù)熱、改善返修焊縫處的受力狀態(tài)、分段焊接等措施,保證返修的成功率。

重金屬離子由于其毒性和不可降解性,嚴(yán)重威脅著人們的生存環(huán)境和身體健康,一直是環(huán)境污染治理領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文介紹了重金屬離子的危害和來源及處理方法,綜述了重金屬螯合劑和重金屬螯合復(fù)合材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,分析評述了以高分子樹脂、硅膠微粒、生物質(zhì)、納米顆粒和多孔介孔材料為基體的重金屬螯合復(fù)合材料的國內(nèi)外研究進(jìn)展?fàn)顩r和存在問題。提出重金屬螯合復(fù)合材料今后研究方向?yàn)?基體材料的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮材料來源、價格和性能,優(yōu)先選擇生物質(zhì)材料、納米材料和多孔介料;選擇和探索新的高效螯合功能基團(tuán);復(fù)合材料制備和使用過程中應(yīng)注意材料與環(huán)境的相容性,不產(chǎn)生環(huán)境污染。

建立了碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修補(bǔ)雙向受載裂紋板的3d有限元模型,分析了補(bǔ)片的單面膠接修補(bǔ)效果,探討了補(bǔ)片材料、鋪層順序、補(bǔ)片長度及載荷比等對裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律。結(jié)果表明:復(fù)合材料補(bǔ)片的存在使裂紋板垂直裂紋方向載荷和平行裂紋板方向載荷發(fā)生耦合作用,從而影響補(bǔ)片修補(bǔ)效果。平行裂紋方向的壓應(yīng)力可降低裂紋尖端的應(yīng)力集中因子,而拉應(yīng)力可提高裂紋尖端的應(yīng)力集中因子。

以粉末冶金鋁合金及復(fù)合材料的制備流程為主線,圍繞粉體制備、成形固結(jié)和后續(xù)處理這三個環(huán)節(jié),闡述了粉末冶金鋁合金及復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀.同時對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討,指出以高速壓制為代表的新成形技術(shù)的出現(xiàn),有望為鋁粉末冶金的成形及燒結(jié)環(huán)節(jié)帶來新的突破.