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金属与碳纤维增强热塑性复合材料连接研究进展
1
作者 檀财旺 刘浩然 +3 位作者 苏健晖 张雪妍 陈波 宋晓国 《航空制造技术》 北大核心 2025年第16期86-104,共19页
碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(Carbon fiber-reinforced thermoplastic composites,CFRTP)作为新一代轻量化结构材料,凭借其优异的比强度、比模量及抗疲劳特性,已成为航空航天领域替代传统金属构件的战略材料。通过实现CFRTP与航空... 碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(Carbon fiber-reinforced thermoplastic composites,CFRTP)作为新一代轻量化结构材料,凭借其优异的比强度、比模量及抗疲劳特性,已成为航空航天领域替代传统金属构件的战略材料。通过实现CFRTP与航空铝合金、钛合金等金属材料的可靠连接,可使结构件整体减重达30%~40%,同时兼具金属的高导热性和复合材料的耐腐蚀优势,这对提升飞行器推重比和燃油效率具有显著价值。由于异种材料之间理化性能差异较大,在生产过程中混合应用多种轻量化材料仍面临巨大挑战。本文总结了近年来金属与CFRTP连接技术的国内外研究成果,包括连接工艺、连接机制以及界面调控方法。首先介绍了金属/CFRTP主要连接工艺与研究进展,进一步概括了热连接界面改性的原理,并分别展开论述了金属与CFRTP界面机械嵌合调控与界面化学键合调控两种调控方法。最后,系统梳理并总结了当前金属与CFRTP连接研究进展与存在的关键问题,并对其未来的发展做出展望,为新一代航空航天装备的轻量化设计提供理论支撑和技术保障。 展开更多
关键词 轻量化 异种材料连接 碳纤维增强热塑性复合材料 热连接 界面调控
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碳纤维增强型复合材料分层缺陷的中频涡流C扫描成像检测
2
作者 王楠 何存富 +2 位作者 刘秀成 梁雪斌 李鹏 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第8期897-907,共11页
碳纤维增强型复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)在制备和服役过程中容易诱发多种损伤,其中分层缺陷对材料的潜在破坏性最大。针对CFRP中分层缺陷的检测问题,采用涡流C扫描检测技术对碳纤维复合材料板内分层缺陷进行可视... 碳纤维增强型复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)在制备和服役过程中容易诱发多种损伤,其中分层缺陷对材料的潜在破坏性最大。针对CFRP中分层缺陷的检测问题,采用涡流C扫描检测技术对碳纤维复合材料板内分层缺陷进行可视化成像。基于成像结果,建立数学统计模型对缺陷面积进行重构,通过分析不同阈值对重构效果的影响以实现涡流对分层缺陷面积检测精度的量化评估。在此基础上,研究缺陷埋深与不同方向涡流特征曲线的变化规律,揭示涡流对板内分层缺陷深度的检测能力。试验结果表明,建立的中频(小于1 MHz)涡流C扫描成像系统可以实现CFRP板内最小直径5 mm、埋深0.5 mm分层缺陷的三维成像与定量评估。研究工作为碳纤维复合材料板内分层缺陷的无损检测与评估提供了一种可行思路。 展开更多
关键词 碳纤维增强型复合材料 分层缺陷 涡流 C扫描成像 缺陷面积 深度
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碳纤维增强复合材料阻尼性能的研究进展
3
作者 孙国栋 吕龙飞 +5 位作者 解静 贾研 康凯 郑斌 尹昭怡 田清来 《材料导报》 北大核心 2025年第6期256-266,共11页
针对工程应用中不可避免的振动、冲击和噪声等引起的零件失效、精度下降和结构损伤等一系列负面影响,材料阻尼性能的研究和预测显得尤为重要。碳纤维增强复合材料作为结构材料,其阻尼性能受到国内外专家学者的广泛关注。本文阐述了碳纤... 针对工程应用中不可避免的振动、冲击和噪声等引起的零件失效、精度下降和结构损伤等一系列负面影响,材料阻尼性能的研究和预测显得尤为重要。碳纤维增强复合材料作为结构材料,其阻尼性能受到国内外专家学者的广泛关注。本文阐述了碳纤维增强复合材料的阻尼来源和预测阻尼性能的主要方法,以树脂基、陶瓷基、碳质基、金属基和夹层材料为例,介绍了国内外专家学者在基体改性、夹层材料和损伤破坏对碳纤维增强复合材料阻尼性能的影响方面的主要研究成果,并对碳纤维增强复合材料阻尼性能的研究进行了总结。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 阻尼性能 基体改性 夹层材料 损伤破坏
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碳纤维增强树脂复合材料制孔技术研究进展
4
作者 袁艳萍 郭筱然 +2 位作者 王文博 陈磊 汪洋 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第7期835-850,共16页
碳纤维增强树脂复合材料是以碳纤维为增强体、树脂为基体的复合材料,因其质量轻、耐腐蚀、抗疲劳等优良特性,逐渐替代了许多传统金属材料,广泛应用于航空航天、车辆制造、船舶运输等领域。碳纤维增强树脂复合材料的各向异性及非均质特... 碳纤维增强树脂复合材料是以碳纤维为增强体、树脂为基体的复合材料,因其质量轻、耐腐蚀、抗疲劳等优良特性,逐渐替代了许多传统金属材料,广泛应用于航空航天、车辆制造、船舶运输等领域。碳纤维增强树脂复合材料的各向异性及非均质特性给加工带来了极大挑战和困难,尤其是大型复合材料的连接装配避免不了小孔结构的加工,但是孔周围产生的应力集中会显著降低连接件的抗疲劳性能。基于此,该文系统综述了碳纤维增强树脂复合材料的制孔方法及其特点。首先,阐述了不同加工工艺下碳纤维增强树脂复合材料制孔的研究进展,并分析了不同工艺下产生的主要缺陷,包括孔的表面形貌特征(如边沿毛刺、撕裂、热影响区、表面粗糙度等)和孔的侧壁形貌特征(如纤维分层、孔锥度、侧壁粗糙度等)。其次,针对复材层板的强度和破坏模式,综述了孔加工对复材层板性能的影响。最后,总结和讨论了碳纤维增强树脂复合材料制孔技术的发展趋势和前景。 展开更多
关键词 碳纤维增强树脂复合材料 孔加工 缺陷 工艺研究 开孔拉伸 数值模拟
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碳纤维增强塑料在结构加固中的运用
5
作者 贺冉 胡张齐 龙昊 《塑料工业》 北大核心 2025年第7期188-188,共1页
伴随经济的高速发展,人们对居住环境舒适性、安全性的需求也在不断提升,但受环境及建筑年限等因素影响,建筑局部或整体的承载能力已发生变化,需要通过结构加固延长建筑的使用寿命。碳纤维增强塑料具备高强度、轻便、易加工等特性,能在... 伴随经济的高速发展,人们对居住环境舒适性、安全性的需求也在不断提升,但受环境及建筑年限等因素影响,建筑局部或整体的承载能力已发生变化,需要通过结构加固延长建筑的使用寿命。碳纤维增强塑料具备高强度、轻便、易加工等特性,能在不改变建筑外观的情况下,与建筑结构紧密结合,起到良好的加固效果。1 结构加固的现实意义无论是居住性质的公寓楼或住宅,还是办公性质的写字楼,建筑的外观与质量同等重要。但随着使用年限增加,建筑承重能力会逐渐下降,即使部分建筑的承重能力仍符合规范要求,居住体验感及舒适性也难以保证。针对建筑老化问题,考虑到重建经济成本过高,多数情况下采用结构加固法进行处理。 展开更多
关键词 碳纤维增强塑料 建筑寿命 承载能力 结构加固
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碳纤维增强聚醚醚酮正交切削加工的切屑形成和表面质量研究 被引量：1
6
作者 郭睿虎 杨涛 +1 位作者 杜宇 孙瑜 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第2期112-118,共7页
为研究纤维取向角和切削深度对碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料的去除机理、切削力和表面质量的影响,设置了不同的切削深度和切削速度,对CF/PEEK进行了正交切削实验。实验结果表明,影响CF/PEEK加工过程的主要因素是纤维取向,0°... 为研究纤维取向角和切削深度对碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料的去除机理、切削力和表面质量的影响,设置了不同的切削深度和切削速度,对CF/PEEK进行了正交切削实验。实验结果表明,影响CF/PEEK加工过程的主要因素是纤维取向,0°与45°会形成连续卷曲的切屑,切屑曲率和切削深度有关;90°和135°在较小切深的情况下会形成连续切屑,较大切深(0.1 mm以上)则会形成崩碎切屑并伴随极其严重的损伤;对加工表面形貌分析可知,与传统热固性复合材料加工不同,CF/PEEK基于其基体的属性,形成了切屑连续性和加工表面质量上的差异。 展开更多
关键词 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料 切屑形成 切削力 切削机理 正交切削
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湿热老化环境下碳纤维增强树脂基复合材料力学性能退化机制及性能预测 被引量：1
7
作者 汪依宁 陈东东 +2 位作者 肖守讷 王明猛 何子坤 《材料导报》 北大核心 2025年第6期281-288,共8页
为了深入研究湿热老化环境下碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)力学性能退化行为,开展了30℃和50℃两种水温下CFRP材料的浸水老化试验,随后进行老化0、6、12、18、24、30 d后样件的拉伸和压缩性能测试,... 为了深入研究湿热老化环境下碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)力学性能退化行为,开展了30℃和50℃两种水温下CFRP材料的浸水老化试验,随后进行老化0、6、12、18、24、30 d后样件的拉伸和压缩性能测试,并结合SEM分析老化前后CFRP试件破坏形貌。基于有限元软件ABAQUS二次开发功能,构建了考虑湿热老化效应的层内断裂和层间分层失效的二维本构模型,并对老化前和饱和吸水状态下CFRP力学性能进行计算。结果表明:30℃和50℃两种温度下,CFRP吸湿行为均符合菲克定律;随温度提升和老化时间的延长,CFRP力学性能呈现出下降趋势。此外,相比拉伸性能,CFRP压缩性能受湿热环境影响更大,在50℃老化30 d后,CFRP压缩强度和模量降幅分别为39.3%和10.8%,远高于拉伸强度和模量的降幅(8.11%和7.08%)。分析原因是CFRP浸水老化过程中,水分子扩散会导致纤维-基体界面与基体性能恶化,而CFRP压缩性能对以上变化更敏感。 展开更多
关键词 碳纤维增强树脂基复合材料 湿热老化 力学性能 数值模拟
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基于MAT_58模型的碳纤维增强复合材料仿真参数捕捉与验证
8
作者 邱星瀚 宋通 +3 位作者 张赛 王付胜 孟宪明 陈亚军 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期54-62,105,共10页
预测纤维增强复合材料层压板的失效行为在工程应用中具有重要价值。利用万能电子试验机、冲击试验机,对一种碳纤维增强复合材料层压板在LS-DYNA有限元分析软件中的*MAT_58模型材料参数进行捕捉和验证。结果表明:单单元测试明确了*MAT_5... 预测纤维增强复合材料层压板的失效行为在工程应用中具有重要价值。利用万能电子试验机、冲击试验机,对一种碳纤维增强复合材料层压板在LS-DYNA有限元分析软件中的*MAT_58模型材料参数进行捕捉和验证。结果表明:单单元测试明确了*MAT_58模型材料参数在本构模型中的物理意义;通过双边缺口拉伸试验结合Bazant裂纹带模型计算出四边形单元尺寸为2 mm时的等效失效应变ERODS为0.56;落锤冲击试验峰值力对ERODS高度敏感,试验与仿真力-位移曲线吻合良好,峰值力误差最小为5.22%,验证了ERODS参数捕捉的有效性;纤维方向强度对于落锤冲击过程中的力学响应行为影响最大,面内剪切强度影响次之,基体方向强度影响最小。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 有限元仿真 单单元测试 面内断裂韧性 冲击响应
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碳纤维增强聚酰亚胺复合材料摩擦学研究进展
9
作者 张伟臻 赵嘉玮 +3 位作者 黄逸伦 张琦 张师军 高达利 《化工新型材料》 北大核心 2025年第10期41-46,53,共7页
碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)复合材料因其优异的耐高温性、力学强度及摩擦学性能,在航空航天、汽车轻量化等领域的高端摩擦部件中展现出重要应用潜力。系统综述了近年来CF/PI复合材料摩擦学性能的研究进展,重点探讨了CF表面改性处理、多... 碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)复合材料因其优异的耐高温性、力学强度及摩擦学性能,在航空航天、汽车轻量化等领域的高端摩擦部件中展现出重要应用潜力。系统综述了近年来CF/PI复合材料摩擦学性能的研究进展,重点探讨了CF表面改性处理、多尺度协同增强复合材料和聚合物填充改性调控策略等对复合材料摩擦磨损行为及性能的影响,揭示了不同改性技术的适用特性及技术瓶颈,建立材料结构优化与摩擦学性能的构效关系,最后总结当前CF/PI复合材料在摩擦磨损领域应用中存在的问题,并对其未来发展进行展望。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 聚酰亚胺 摩擦学 碳纤维改性
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碳纤维增强复合材料沟槽铣削缺陷及影响因素研究
10
作者 杨然杰 李佳慧 +3 位作者 葛亮 施华 杨文超 黄树涛 《工具技术》 北大核心 2025年第10期48-54,共7页
碳纤维增强复合材料凭借良好的性能,广泛应用在航空航天、汽车等领域,沟槽铣削是其重要的加工工序,但在铣削沟槽时极易产生撕裂、分层、毛刺等缺陷。本文应用PCD铣刀对CFRP进行沟槽铣削实验,研究沟槽端面缺陷的形成特点、机理及切削参... 碳纤维增强复合材料凭借良好的性能,广泛应用在航空航天、汽车等领域,沟槽铣削是其重要的加工工序,但在铣削沟槽时极易产生撕裂、分层、毛刺等缺陷。本文应用PCD铣刀对CFRP进行沟槽铣削实验,研究沟槽端面缺陷的形成特点、机理及切削参数和冷却条件的影响。结果表明:沟槽铣削端面缺陷主要为端面表层的撕裂,沟槽侧端面撕裂缺陷主要发生在铣刀相对工件端面转出一侧,底端面撕裂缺陷在沟槽铣入端和铣出端表现不同;撕裂因子F随切削速度的提升先增大后减小,随每齿进给量的增大而增大,每齿进给量相较于切削速度对撕裂缺陷最大影响深度和撕裂因子F的影响更为显著;以较低的每齿进给量铣削时改变冷却条件可以减少端面撕裂缺陷的面积。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 端面缺陷 沟槽铣削 PCD铣刀
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碳纤维增强复合材料反射镜制备与应用研究进展
11
作者 吴迪 刘驻 +3 位作者 毕团利 程路超 刘震宇 章继峰 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第9期135-146,共12页
碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其高比刚度、低面密度和优异的热稳定性,成为大口径空间望远镜和自适应光学系统中反射镜轻量化设计的理想材料。本文系统综述了CFRP反射镜的设计与制造工艺进展、环境适应... 碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其高比刚度、低面密度和优异的热稳定性,成为大口径空间望远镜和自适应光学系统中反射镜轻量化设计的理想材料。本文系统综述了CFRP反射镜的设计与制造工艺进展、环境适应性研究及其在大型望远镜中的应用现状。通过优化铺层设计、改进固化工艺及表面处理技术,可有效抑制纤维透印(Fiber Print-Though,FPT)和固化残余应力引起的面形误差,使CFRP反射镜的面形精度达到λ/10级别(RMS)。然而,CFRP的吸湿性和热膨胀系数各向异性仍是制约其工程应用的关键问题。为此,本文进一步探讨了主动光学控制技术与CFRP反射镜的结合,使CFRP反射镜可根据力和环境变化调整面形,验证了其在可变形镜和大口径拼接镜中的应用潜力。未来需聚焦新型基体材料开发、多场耦合机理分析及长期服役性能评估,以推动CFRP反射镜在极端环境下的可靠应用。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 轻量化反射镜 环境适应性 主动光学反射镜
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碳纤维增强复合材料超声辅助钻孔缺陷研究
12
作者 胡辰 韩昇 +2 位作者 陈美伶 朱永伟 范若寻 《电加工与模具》 北大核心 2025年第4期71-77,共7页
碳纤维增强复合材料(CFRP)因具有轻质、高强度及耐腐蚀等优点,广泛应用在航空、航天、汽车等领域。然而传统钻削加工的CFPR材料小孔易产生毛刺、撕裂等缺陷。为此,分别开展了超声辅助钻削加工的单因素试验和正交试验,对比分析了微观形貌... 碳纤维增强复合材料(CFRP)因具有轻质、高强度及耐腐蚀等优点,广泛应用在航空、航天、汽车等领域。然而传统钻削加工的CFPR材料小孔易产生毛刺、撕裂等缺陷。为此,分别开展了超声辅助钻削加工的单因素试验和正交试验,对比分析了微观形貌,研究了孔径、加工参数、超声参数对切削力及缺陷的影响。结果表明,振幅为4μm的超声辅助钻削可有效降低切削力,减少毛刺和撕裂缺陷产生,但是过高的超声振幅不会导致更少的缺陷,论证了超声辅助加工减少钻孔缺陷具有可行性。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 超声辅助 钻削加工 缺陷
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碳纤维增强复合材料界面增强增韧研究进展
13
作者 邓桢 杨沛文 +1 位作者 陈彦锟 于运花 《石油化工》 北大核心 2025年第10期1500-1507,共8页
碳纤维增强复合材料(CFRP)因其轻质高强特性在新能源汽车轻量化领域得到广泛应用。然而,碳纤维与树脂基体在化学活性、模量及热膨胀系数等方面的固有差异,导致CFRP界面存在显著的应力集中和残余应力问题,严重制约了CFRP力学性能的充分... 碳纤维增强复合材料(CFRP)因其轻质高强特性在新能源汽车轻量化领域得到广泛应用。然而,碳纤维与树脂基体在化学活性、模量及热膨胀系数等方面的固有差异,导致CFRP界面存在显著的应力集中和残余应力问题,严重制约了CFRP力学性能的充分发挥。综述了通过分子结构设计调控CFRP界面相结构的研究进展。通过引入枝化结构和分子滑轮结构,能够实现CFRP界面性能的同时增强与增韧,为推动CFRP在汽车轻量化领域的广泛应用提供了理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 界面增韧 界面增强 汽车轻量化
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短碳纤维增强塑料同质点阵夹芯板的连接性能及失效模式
14
作者 何浪 陈占春 +2 位作者 谷祥 刘江林 梁建国 《工程塑料应用》 北大核心 2025年第9期78-87,共10页
短碳纤维增强热塑性塑料(SCFRP)同质点阵夹芯结构以其制备周期短、性能优良等优点备受关注,但其实际应用仍受其连接性能和失效模式不明确带来的限制。为解决这个问题,通过直接复合压缩成型工艺制备具有不同纤维质量分数(20%~40%)、厚度... 短碳纤维增强热塑性塑料(SCFRP)同质点阵夹芯结构以其制备周期短、性能优良等优点备受关注,但其实际应用仍受其连接性能和失效模式不明确带来的限制。为解决这个问题,通过直接复合压缩成型工艺制备具有不同纤维质量分数(20%~40%)、厚度梯度(2~4 mm)的SCFRP面板和30%纤维质量分数的点阵芯子,进一步装配成同质点阵夹芯板,采用万能试验机进行法向拉脱试验和面内剪切试验,通过与传统异质点阵夹芯板对比分析该同质点阵夹芯板连接性能和失效模式。结果表明,SCFRP同质点阵夹芯板在失效模式上呈现出优越性,其法向拉脱失效模式为镶嵌件下表面直接脱黏,面内剪切失效模式为两个镶嵌件陆续脱黏,未出现其他额外损伤。与传统异质点阵夹芯板相比,SCFRP同质点阵夹芯板连接性能得到提升,当纤维质量分数为40%、面板厚度为3 mm时,法向拉脱失效载荷约为5.65 kN,提高了88.3%;当纤维质量分数为30%、面板厚度为3 mm时,面内剪切失效载荷约为5 kN,极限载荷约为7.04 kN,提高了29.2%,面内剪切失效刚度约为2.64 kN/mm,提高了175%。上述结果表明,SCFRP同质点阵夹芯板在连接性能和失效模式方面表现出优越性,其连接性能和失效模式的阐明为其在航空航天等领域的工程化应用提供了支持。 展开更多
关键词 直接复合压缩成型 短碳纤维增强热塑性塑料 点阵夹芯板 连接性能 失效模式
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碳纤维增强复合材料多孔阵列薄壁圆管的抗冲击与吸能性能
15
作者 金跃 缪馥星 《兵工学报》 北大核心 2025年第2期103-111,共9页
为改善薄壁圆管的抗冲击与吸能性能,设计一种多孔阵列薄壁碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composites,CFRP)管,研究其分别在轴向和横向冲击载荷下的抗冲击与吸能性能。基于有限元法建立CFRP多孔阵列薄壁管在冲击载荷作用... 为改善薄壁圆管的抗冲击与吸能性能,设计一种多孔阵列薄壁碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composites,CFRP)管,研究其分别在轴向和横向冲击载荷下的抗冲击与吸能性能。基于有限元法建立CFRP多孔阵列薄壁管在冲击载荷作用下的有限元模型,并分析不同铺层角度对此结构的抗冲击与吸能性能的影响。数值分析结果表明:相比普通薄壁CFRP圆管和方管,在轴向和横向冲击载荷作用下,CFRP多孔阵列薄壁圆管有更高的比吸能和峰值载荷,而过高的峰值载荷对被保护的结构不利,但可通过改变CFRP的铺层角度而改变冲击峰值载荷和比吸能值;在轴向冲击载荷下,多孔阵列薄壁圆管铺层角度由[90°/45°/90°/0°]2S变为[90°/0°/90°/0°]2S时,有效压缩位移内的最大压缩载荷降低约10.1%,比吸能值提高约15.1%。研究结果将对CFRP薄壁管的轻量化和抗冲击性能提升的工程应用具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 多孔阵列薄壁圆管 抗冲击性能 能量吸收 有限元分析
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碳纤维增强热塑性复合材料激光原位成型工艺调控研究进展
16
作者 任毅 虞筱琛 +1 位作者 祝颖丹 陈刚 《塑料工业》 北大核心 2025年第2期6-12,51,共8页
碳纤维增强热塑性复合材料凭借其优异的力学性能在航空航天、轨道交通及国防等领域得到广泛应用。激光原位成型技术是热塑性复合材料主要的先进成型工艺,针对其工艺参数的调控和成型机理的研究具有重要的工程应用意义。本文在总结国内... 碳纤维增强热塑性复合材料凭借其优异的力学性能在航空航天、轨道交通及国防等领域得到广泛应用。激光原位成型技术是热塑性复合材料主要的先进成型工艺,针对其工艺参数的调控和成型机理的研究具有重要的工程应用意义。本文在总结国内外激光原位成型技术研究的基础上,讨论了激光加热温度、压辊压力、成型速度等工艺对热塑性复合材料成型性能和缺陷的影响规律,最后对其发展趋势进行了总结和展望。总体而言,目前国内外针对热塑性复合材料激光原位成型工艺多为试验研究,有待开展多工艺参数耦合协同仿真分析及复杂曲面成型工艺研究,为激光原位成型工程应用发展提供支撑。 展开更多
关键词 碳纤维增强热塑性复合材料 激光原位成型 工艺参数 调控
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碳纤维增强热塑性复合材料的变温单点飞切去除特性
17
作者 鲍永杰 殷国运 +3 位作者 郑植 杨宇星 陈晨 程东 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期616-625,共10页
基于切削温度模拟与单点飞切试验研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的力热变化规律及其去除特性,分析不同纤维角度和切削温度下CFRTP去除过程和损伤特点.采用单点飞切试验开展CFRTP表面损伤特性研究,通过改变工艺参数、纤维方向和材... 基于切削温度模拟与单点飞切试验研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的力热变化规律及其去除特性,分析不同纤维角度和切削温度下CFRTP去除过程和损伤特点.采用单点飞切试验开展CFRTP表面损伤特性研究,通过改变工艺参数、纤维方向和材料加热温度,分析切削力热的变化趋势以及温度对材料去除的影响.当飞切速度从3 m/s增大到7 m/s时,切向力和法向力分别增大130.60%和147.80%;当飞切深度从0.05 mm增加到0.10mm时,切向力和法向力分别增大72.44%和58.13%;当纤维角度从0°增大到30°、45°、60°、90°时,切向力分别增大12.50%、37.50%、75.00%、137.50%.CFRTP在20.0℃下以剪切破坏为主,在高温下以拉伸破坏为主且易出现分层和纤维拉拔现象.随切削温度升高,热塑性树脂软化,CFRTP层间强度和承载性能降低,切削力下降,有效切断的纤维数量降低,加工表面质量变差. 展开更多
关键词 碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP) 单点飞切试验 切削温度模拟 去除特性 金刚石磨粒
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基于FDM的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料低温试验及失效机理
18
作者 崔梦洋 茅健 《工程塑料应用》 北大核心 2025年第3期153-159,共7页
为研究碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在低温环境下的失效机理,通过熔融沉积成型(FDM)技术制备了CF质量分数为10%的CF/PEEK复合材料试样。设计了5种温度梯度(25,-25,-75,-125,-175℃)下的低温拉伸试验,利用扫描电子显微镜(SEM)... 为研究碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在低温环境下的失效机理,通过熔融沉积成型(FDM)技术制备了CF质量分数为10%的CF/PEEK复合材料试样。设计了5种温度梯度(25,-25,-75,-125,-175℃)下的低温拉伸试验,利用扫描电子显微镜(SEM)对试样断面形貌进行表征,分析了复合材料在不同温度下的力学性能、失效模式及界面性能变化。结果表明,随温度降低,CF/PEEK复合材料的拉伸强度持续下降,在-175℃时达到最低值12.83 MPa,较室温(81.93 MPa)降低了84.3%;而拉伸弹性模量呈现先减小后增大的趋势,在-75℃时最小为6.8 GPa,-175℃时升至最大值7.8 GPa。SEM观察表明,低温环境下复合材料的失效机制包括纤维脆性断裂、基体脆性断裂、纤维-基体界面脱黏及层间分层。其中,-175℃时层间空隙显著增大,表明复合材料界面结合性能严重衰退。PEEK与CF热膨胀系数差异导致界面区域热应力集中,加剧了低温下的界面脱黏;同时,低温抑制了分子链运动,虽增强了基体刚性,但限制了塑性变形能力,最终引发脆性断裂。上述结果揭示了CF/PEEK复合材料在低温下的多尺度失效机制,为该类复合材料的极端环境应用提供了借鉴。 展开更多
关键词 熔融沉积成型 碳纤维增强聚醚醚酮 低温 失效机理 力学性能
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基于飞秒激光技术的碳纤维增强复合材料(CFRP)表面微结构的制备及其对润湿性能的调控
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作者 李金龙 关会英 +1 位作者 马晓旺 李玲玉 《表面技术》 北大核心 2025年第12期217-228,共12页
目的分析不同激光参数对飞秒激光在碳纤维增强复合材料(CFRP)表面制备微结构的影响和不同微结构参数对CFRP表面疏水性的影响,为CFRP自清洁表面以及表面防腐蚀保护提供参考。方法使用飞秒激光微加工系统在CFRP表面制备出网格状微结构,依... 目的分析不同激光参数对飞秒激光在碳纤维增强复合材料(CFRP)表面制备微结构的影响和不同微结构参数对CFRP表面疏水性的影响,为CFRP自清洁表面以及表面防腐蚀保护提供参考。方法使用飞秒激光微加工系统在CFRP表面制备出网格状微结构,依次调节不同的激光功率、标刻速度、标刻次数、激光频率,通过超景深显微镜对微结构形貌进行分析和表征,分析单个激光参数变化对微结构尺寸及形状的影响。通过四因素五水平的正交试验分析出激光参数对微结构影响的主次,确定了最优组合加工方案。最后对不同尺寸的微结构表面使用接触角测量仪进行材料表面润湿性分析。结果当激光功率为1.6W、标刻速度为250 mm/s、标刻次数为6次、激光频率为100 kHz、扫描间距为30μm时,可加工出高度为36.17μm、深宽比为3.56、周期间距为1.81的网格状微结构,此时CFRP表面接触角为161.21°达到超疏水状态。结论激光参数对微结构形貌及尺寸影响的主次顺序为:标刻速度影响最大,激光功率和扫描次数影响次之,激光频率影响最小。网格状微结构的周期间距临界值为1.95、微结构深宽比大于1.76,可使液滴在材料表面处于稳定的Cassie-Baxter状态。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 飞秒激光 润湿性 表面微结构 接触角 超疏水
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打印角度对FDM碳纤维增强聚醚醚酮力学性能及表面性能影响
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作者 辛骅 陈棋棋 +2 位作者 张泰 杨乐 贝茂阳 《工程塑料应用》 北大核心 2025年第3期104-111,共8页
采用熔融沉积成型(FDM)技术制备了碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料样件,探究打印角度对样件力学性能、失效模式及表面性能的影响。结果表明,打印角度对样件的力学性能影响显著,其中,0°打印的样件呈现最大拉伸和弯曲强度,分别为12... 采用熔融沉积成型(FDM)技术制备了碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料样件,探究打印角度对样件力学性能、失效模式及表面性能的影响。结果表明,打印角度对样件的力学性能影响显著,其中,0°打印的样件呈现最大拉伸和弯曲强度,分别为126.15 MPa±4.03 MPa和176.70 MPa±3.98 MPa,而以剪切强度平均值为基准,则±30°打印的样件剪切强度最大,为64.60 MPa。就失效模式而言,0°打印样件的拉伸失效模式为层内失效,呈现纤维拔出的断面形貌;90°打印样件的拉伸失效模式为层间失效,呈现PEEK基体微裂纹的断面形貌。样件的弯曲失效模式为下表面产生横断裂纹逐渐向上表面扩展。样件的剪切失效模式主要为裂纹的萌生并沿打印方向扩展,直至完全断裂。打印角度对样件的表面粗糙度、润湿性、硬度等均无显著影响。样件抛光后的表面粗糙度可达到0.22~0.28μm,完全满足骨科植入物要求。此外,样件的表面呈现亲水特性(接触角78.20°~82.72°),具有较高的硬度(邵氏D硬度72.20~75.70),可用于人工关节假体设计领域。 展开更多
关键词 熔融沉积成型 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料 打印角度 力学性能 失效模式 表面性能
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