gc11复合材料分析

复合材料结构分析总结文章来源：目录1# 复合材料结构分析总结（一）——概述篇5# 复合材料结构分析总结（二）——建模篇10# 复合材料结构分析总结（三）——分析篇13# 复合材料结构分析总结（四）——优化篇做了一年多的复合材料压力容器的分析工作，也积累了一些分析经验，到了总结的时候了，回想起来，总最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后选定Ansys为自己的分析工具，确实有一些东西值得和大家分享，与从事复合材料结构分析的朋友门共同探讨。

（一）概述篇复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成，其主要优点是具有优异的材料性能，在工程应用中典型的一种复合材料为纤维增强复合材料，这种材料的特性表现为正交各向异性，对于这种材料的模拟，很多的程序都提供了一些处理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相应的处理方法。

笔者最初是用I-Deas下建立各项异性材料结合三维实体结构单元来模拟（由于研究对象是厚壁容器，不宜采用壳单元），分析结果还是非常好的，而且I-Deas强大的建模功能，但由于课题要求要进行压力容器的优化分析，而且必须要自己写优化程序，I-Deas的二次开发功能开放性不是很强，所以改为MSC.Patran，Patran 提供了一种非常好的二次开发编程语言PCL（以后在MSC的版中专门给大家贴出这部分内容），采用Patran结合Nastran的分析环境，建立了基于正交各项异性和各项异性两种分析模型，但最终发现，在得到的最后结果中，复合材料层之间的应力结果始终不合理，而模型是没有问题的（因为在I-Deas中，相同的模型结果是合理的），于是最后转向Ansys，刚开始接触Ansys，真有相见恨晚的感觉，丰富的单元库，开放的二次开发环境（APDL 语言），下面就重点写Ansys的内容。

在ANSYS程序中，可以通过各项异性单元（Solid 64）来模拟，另外还专门提供了一类层合单元（Layer Elements）来模拟层合结构（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的复合材料。

第52卷第7期2021年7月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.7Jul.2021聚合物水泥基复合填缝料浸水后剪切性能王志航1，白二雷1，许金余1,2，刘高杰3，朱从进4(1.空军工程大学航空工程学院，陕西西安，710038；2.西北工业大学力学与土木建筑学院，陕西西安，710072；3.中国海警局直属第三局，广东广州，510006；4.中国人民解放军94921部队，福建晋江，362200)摘要：针对机场道面填缝料承受剪切荷载与面临浸水作用的实际工作环境，对聚合物水泥基复合填缝料(PCJS)进行浸水试验、干湿循环试验和剪切试验，测试剪切强度、剪切韧度、峰值应变和断裂伸长率等指标，研究PCJS 浸水后的剪切性能。

结合SEM 与MIP 试验结果，分析不同浸水时间和干湿循环次数对PCJS 微观形貌和孔隙结构的影响。

研究结果表明：PCJS 持续浸水后剪切性能劣化，浸水1d 时剪切强度损失率为6.64%，剪切韧度保持率为91.14%，峰值应变和断裂伸长率分别增大了11.73%和14.32%。

PCJS 干湿循环次数较少时(5次和10次)，剪切性能优化，当干湿循环次数较多时(15次和20次)，剪切性能劣化；水分子促使PCJS 内部分子结构发生降解断裂和未水化的水泥发生二次水化反应。

持续浸水和干湿循环导致PCJS 的微观形貌劣化，裂缝增加，大孔增多，剪切性能劣化；当干湿循环较少时，使得PCJS 孔径分布更均匀，平均孔径减小，剪切性能优化。

关键词：填缝料；复合材料；浸水；剪切中图分类号：TU528文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）07-2416-10Shear performance of polymer cement-based composite jointsealant after immersion in waterWANG Zhihang 1,BAI Erlei 1,XU Jinyu 1,2,LIU Gaojie 3,ZHU Congjin 4(1.School of Aviation Engineering,Air Force Engineering University,Xi ′an 710038,China;2.College of Mechanics and Civil Architecture,Northwest Polytechnic University,Xi ′an 710072,China;3.The Third Bureau of China Maritime Police Bureau,Guangzhou 510006,China;4.Unit 94921,People's Liberation Army of China,Jinjiang 362200,China)Abstract:Aiming at the actual working environment where the airport pavement joint sealant was subjected to收稿日期：2020−12−26；修回日期：2021−03−10基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51208507，51378497)(Projects(51208507,51378497)supported by theNational Natural Science Foundation of China)通信作者：许金余，博士，教授，从事结构工程与防护工程研究；E-mail ：*******************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.07.027引用格式：王志航,白二雷,许金余,等.聚合物水泥基复合填缝料浸水后剪切性能[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(7):2416−2425.Citation:WANG Zhihang,BAI Erlei,XU Jinyu,et al.Shear performance of polymer cement-based composite joint sealant after immersion in water[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(7):2416−2425.第7期王志航，等：聚合物水泥基复合填缝料浸水后剪切性能shear load and facing water immersion,the polymer-cement based composite joint sealant(PCJS)was subjected to water immersion test,dry and wet cycle test and shear test,and by testing the shear strength,shear toughness,peak strain and elongation at break,the shear performance of PCJS after immersion in water was bined with the results of SEM and MIP experiments,the effects of different immersion time and the number of wet and dry cycles on the microscopic morphology and pore structure of PCJS were analyzed.The results show that the shear performance of PCJS deteriorates after continuous immersion in water.When the immersion time in water is 1d,the shear strength loss rate is6.64%,the shear toughness retention rate is91.14%,and the peak strain and elongation at break increase by11.73%and14.32%respectively.When the number of PCJS wet and dry cycles is small(5times and10times),the shear performance is optimized,and when the number of wet and dry cycles is large(15times and20times),the shear performance is deteriorated.Water molecules promote degradation and fracture of the internal molecular structure of PCJS and secondary hydration of unhydrated cement.Continuous water immersion and dry-wet cycles lead to deterioration of PCJS's microscopic appearance,increased cracks, increased macropores,and degraded shear performance.When there are fewer dry-wet cycles,the PCJS pore size distribution is more uniform,the average pore size is reduced,and the shear performance is optimized.Key words:joint sealant;composite material;water immersion;shear在机场建设施工中，需要设置各种形式的接缝，减小由温度或湿度变化引起的翘曲或收缩应力，避免水泥混凝土道面板发生破坏[1−3]。

含穿透损伤复合材料蜂窝夹芯修补结构强度分析周银华;赵美英;王瑜;万小朋【摘要】针对复合材料蜂窝夹芯含损及修补结构,应用渐进损伤分析方法,在验证铝蜂窝渐进损伤方法有效性的基础上,分析含穿透损伤的复合材料蜂窝夹芯结构在拉仲载荷下的失效形式与剩余强度,并进一步研究其修补结构,发现采用双面非加衬挖补修补的修理方法可以恢复结构的大部分承载能力,从而为复合材料蜂窝夹芯结构修理容限的制定提供参考.%For the composite honeycomb sandwich structure with penetrated damage and the repaired sandwich structure, we first verified the validity of the progressive damage analysis method which is used in this paper for metallic honeycomb sandwich structure by contrasting computational results to experimental results. We analysed the failure modes and residual strength of composite honeycomb sandwich structure with penetrated damage which is under tension load. In addition, we studied the repaired structure, and it is concluded that the double scarf joint repaired structure can restore most of the capability for bearing the load. The result is useful for the establishment of the repair tolerance for composite honeycomb sandwich structure.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2011(029)004【总页数】6页(P536-541)【关键词】复合材料;蜂窝夹芯;修补;渐进损伤【作者】周银华;赵美英;王瑜;万小朋【作者单位】西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学航空学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TB33目前对复合材料蜂窝夹芯结构的研究较少，基本是把复合材料蜂窝夹芯结构等效成各向异性的平板。

复合材料的制备和性能分析随着科技的发展和人们对材料性能需求的提高，复合材料越来越广泛地被应用到多个领域，例如航空、汽车、建筑、体育用品等。

本文将介绍复合材料的制备方法和性能分析。

一、复合材料的制备方法复合材料是由两种或两种以上的材料组成的，以得到一种具备优良性能的材料。

根据不同组合方式，制备方法主要分为以下两种：1.层压法制备复合材料层压法是一种制备复合材料的常用方法。

主要是将不同性质的材料按一定规格堆叠起来，加压高温处理，使之成为一个整体。

在制备过程中，需要注意堆叠的厚度和材料的摆放方向，以及加压和加热时间的控制等。

2.浸渍法制备复合材料浸渍法主要是将纤维材料浸泡在树脂中，再加压高温处理，以得到一个外观光滑、具有优良物理力学性能的复合材料。

在制备过程中，需要注意纤维的选材和密度、树脂的性质选择以及浸渍时间、加压温度等制造工艺。

二、复合材料性能分析复合材料的性能主要取决于其组成材料的性质和制作工艺。

下面将从强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等方面进行分析：1.强度复合材料的强度主要来自于其纤维材料的拉伸强度，而不是树脂材料。

纤维材料中通常采用的有碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维等。

在制备过程中，需要注意纤维的数量、排列方式和使用规格。

2.刚度复合材料的刚度是指其抵御外界变形作用的能力。

通常来说，复合材料的刚度比较高。

在制备过程中，需要注意纤维材料的排列方式和密度，同时也需要对树脂材料进行一定的调整。

3.耐热性复合材料的耐热性取决于其纤维材料的耐热性以及树脂材料的热稳定性。

在制备过程中，需要注意纤维材料的选用，同时也需要选用具有较高热稳定性的树脂材料。

4.耐腐蚀性复合材料的耐腐蚀性通常比较好，但也受到其组成材料的影响。

树脂材料通常比较容易受到腐蚀，而纤维材料的耐腐蚀性较好。

三、总结复合材料具有优异的综合性能，但也存在制作工艺复杂、成本高等问题。

在复合材料的制备过程中，需要对组成材料的选择以及制备工艺等进行适当控制，以得到具有良好性能的复合材料。

4.3.1用热重分析测定复合材料的纤维含量目的用热重分析测定复合材料中纤维材料的含量－质量控制应用。

为了改善力学和热学性能，经常用不同类型的材料填充或增强树脂。

有机填料和增强材料(例如木粉)可以提高塑料的韧性。

添加纤维能使刚度和结构强度显著提高。

除了天然有机纤维如黄麻和剑麻，合成无机纤维(例如玻璃和碳纤维)和有机纤维如芳纶纤维也广泛用于增强目的。

芳纶纤维由聚对苯二甲酰对苯二胺组成，因高拉伸强度和约550°C相对高的分解温度而备受关注。

样品复合材料，单独的环氧树脂和芳纶纤维。

条件测试仪器：TGA坩锅：70 µL铝坩锅，无盖样品制备：从复合材料上锯下54.2mg重的一片。

9.57mg芳纶纤维被剪短以便能塞入坩锅。

35.7mg环氧树脂直接装入坩锅。

TGA测试：以20K/min从25°C加热至600°C气氛：氮气，200 mL/min解释与玻璃纤维不同，芳纶纤维在520°C以上分解，如图中TGA曲线所示。

因此纤维含量不能从树脂完全分解后的残余物直接测定。

芳纶纤维开始时失去3.1％的水分；在300°C至520°C之间失重1.3％。

纯树脂首先失去水分，然后在300至520°C之间以单一台阶过程热解。

复合材料首先由于失水失重2％，然后，正如预期的，以两个台阶分解，高至520°C的树脂热解和高于此温度的纤维分解。

计算表格总结了至520°C的各个阶段的失重。

300°C以后由于热解发生的失重是基于300°C时的干质量计算的。

用这些值来计算树脂含量。

％热重台阶样品RT至300°C 300至520°C 300至520 °C，对300°C时的干燥含量芳纶纤维 3.13 1.31 1.35复合材料 2. 8 48.90 49.93纯树脂0.94 96.02 96.92复合材料的树脂含量可从300至520°C之间的热解台阶计算。

复合材料知识点南开大学2017年攻读博士学位研究生入学考试试题知识点考试科目：复合材料科目代码：3111 考试时间：月日（注：特别提醒所有答案一律写在答题纸上，直接写在试题或草稿纸上的无效！）———————————————————————————————1 什么是复合材料，复合材料有哪些特点，并结合复合材料的特点说明其应用领域广泛的原因。

答：复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同作用，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足不同的要求。

复合材料的特点：A 典型的复合材料是在一个特定的基体中，填充有一种或多种填充体；B 既能保留原组分或材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能；C 可以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能6 热塑性树脂基复合材料与热固性树脂基复合材料在性能和加工工艺上的区别是什么？答：热塑性树脂是指具有线型或分枝型结构的有机高分子化合物，热固性树脂是以不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等为主的高分子化合物。

性能上：热塑性树脂—柔韧性大，脆性低，加工性能好，但刚性、耐热性、尺寸稳定性差。

热固性树脂—刚性大，耐腐蚀性、耐热性、尺寸稳定性好，不易变形，成型工艺复杂，加工较难加工工艺上：热塑性树脂—受热软化或熔融，可进行各种线型加工，冷却后变得坚硬。

再受热，又可进行熔融加工，具有可重复加工性。

热固性树脂—受热熔融的同时发生固化反应，形成立体网状结构，冷却后再受热不熔融，在溶剂中不溶解，不具有重复加工性。

三、如何改善聚合物的耐热性能？产生交联结构（对于热固性树脂、有机硅树脂等，工艺条件影响聚合物的交联密度）。

增加高分子链的刚性（引进不饱和共价键或环状结构（脂环、芳环、杂环）、引入极性基团）。

提高聚合物分子链的键能，避免弱键的存在（例：以C-F键完全取代C-H键，可大大提高聚合物的热稳定性）。

装备环境工程第20卷第6期·64·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年6月树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为王登霞1，谢可勇1，刘俊聪1，安琪1，王新波1，钟勇2，丁康康3（1.山东非金属材料研究所，济南 250031；2.西南技术工程研究所，重庆 400039；3.中船重工第七二五研究所，山东 青岛 266237）摘要：目的实现高性能树脂基复合材料的环境适应性评价和使用寿命预测。

方法选取玻璃纤维增强不饱和聚酯（GF/197S）与玻璃纤维增强乙烯基脂（GF/905-2）2种树脂基轻质复合材料，开展模拟海洋环境实验室盐雾、湿热和盐水浸泡环境9 600 h的加速老化试验。

基于4种力学性能（拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度）开展材料老化行为规律研究，利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）对树脂基体在3种加速老化环境中的分子链段与官能团变化情况进行分析，得到基体树脂的老化机理。

利用外观、超声扫描成像、SEM分析树脂纤维界面的变化情况，明确树脂/纤维界面的失效模式。

利用差示扫描量热分析（DSC）与热重分析（TG）分析3种加速老化方式对玻璃纤维增强树脂复合材料（GFRPC）的玻璃化转变温度（t g）与热质量损失的影响。

结果3种老化方式对树脂基体的老化影响顺序依次为70 ℃/95%RH 湿热、35 ℃盐雾、常温盐水浸泡。

结论得到了先进轻质树脂基复合材料的模拟海洋环境老化行为、失效模式以及树脂基体的老化机理，为实现高性能树脂基复合材料的环境适应性评价和使用寿命预测奠定了基础。

关键词：玻璃纤维增强树脂复合材料；模拟老化；力学性能；腐蚀行为；失效模式；不饱和聚酯；乙烯基脂中图分类号：TQ322.4 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)06-0064-011DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.06.009Long Term Aging and Failure Behaviors of Polymer Composites inSimulated Marine EnvironmentsWANG Deng-xia1, XIE Ke-yong1, LIU Jun-cong1, AN Qi1, WANG Xin-bo1, ZHONG Yong2, DING Kang-kang3(1. Shandong Institute of Non-metallic Materials, Jinan 250031, China; 2. Southwest Institute of Technology and Engineering,Chongqing 400039, China; 3. 725th Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Shandong Qingdao 266237, China)ABSTRACT: Two kinds of resin based lightweight composites: glass fiber reinforced unsaturated polyester (GF/197S) and glass fiber reinforced vinyl ester (GF/905-2) were selected to carry out accelerated tests in simulated marine environment of salt spray aging, hydrothermal aging and salt water immersion for 9 600 h in laboratory. The effects of the three aging environments收稿日期：2022–09–07；修订日期：2022–11–04Received：2022-09-07；Revised：2022-11-04基金项目：国防技术基础科研项目（JSHS2019209C001，JSHS2019207B001，JSHS2020209B007）Fund：Basic scientific research project of National Defense Technology (JSHS2019209C001, JSHS2019207B001, JSHS2020209B007)作者简介：王登霞（1981—），女，博士，研究员，主要研究方向为非金属材料环境试验与寿命预测。