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2023年 第66卷 15期
刊出日期：2023-08-01
封面文章
专稿
本期目录
本期封面
本期电子刊
论坛——复合材料力学性能
专题——复合材料成型
专题——功能复合材料
本期封面
1
本期封面
2023 Vol. 66 (15): 1-1 [
摘要
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35
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本期电子刊
1
本期电子刊
2023 Vol. 66 (15): 1-135 [
摘要
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51
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本期目录
6
本期目录
2023 Vol. 66 (15): 6-8 [
摘要
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专稿
14
分区自加热复合材料模具设计与应用
郝小忠，申鹰翔，刘舒霆，刘强强
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.014
直接使用复合材料制成的模具可大幅度减少模具– 构件热膨胀系数不匹配导致的构件固化变形。复合材料模具自加热技术是实现构件高质、高效固化的重要发展方向，然而现有模具自加热方法难以避免地引入大量加热元件和线缆，在反复热循环后易导致模具结构失效，寿命缩短。针对上述问题，提出了一种基于电各向异性层合结构的复合材料模具分区自加热技术，通过向碳纤维层合板层间插入电导率调制层形成单向导电的碳纤维层合结构，直接对其局部通电形成若干可独立控温的条带状加热区域，最终在不引入任何加热元件、线缆的前提下，实现模具温度场的分区控制。相较传统自加热模具，分区自加热复合材料模具面内温度均匀性提高了92.1%，固化C 型构件的回弹变形量减小了27.0%。分区自加热复合材料模具在满足与构件的热膨胀系数匹配的同时，实现了温度场的分区控制，为构件的高质高效固化提供了新思路。
2023 Vol. 66 (15): 14-22 [
摘要
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81
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封面文章
24
连续纤维增强热塑性复合材料热压成型工艺研究进展
陈宏达，曹东风，胡海晓，王继辉，丁安心，钟愉承，倪爱清，冀运东，陈俊磊
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.024
连续纤维增强热塑性复合材料（CoFRTP）具有损伤容限高、成型周期短及可回收利用等优点，在航空航天及新能源汽车等领域能够规模化应用。热压成型工艺因其高效率、低成本的优势得到广泛的关注，但由于该工艺涉及成型参数多，以及成型过程中材料大变形、非线性、多相变等多场耦合的特点，所制构件易产生褶皱、纤维开裂及外形尺寸变形过大等质量缺陷，对构件力学性能的稳定及后期装配带来极大挑战。为克服传统试错法低效率、高成本的缺点，提高热压成型设计效率，本文重点对热压成型工艺及其相应有限元数值仿真方法进行综述。本文从CoFRTP应用现状及制造关键、热压成型工艺过程分析及研究现状和热压成型工艺仿真方法3 个方面展开，最后对后续的研究工作进行展望。本文将为CoFRTP 高效率和高质量成型提供理论指导，对相应的结构设计和工程应用起到推动作用。
2023 Vol. 66 (15): 24-37 [
摘要
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论坛——复合材料力学性能
40
复合材料层压板疲劳性能评估的模型和方法
杨成鹏，冯炜森，林江嵘，郑茹悦，贾斐
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.040
复合材料层压结构的单轴和多轴疲劳性能研究已在表征模型和方法等方面取得了显著进展。针对纤维增强复合材料层压板疲劳性能的分析预测，综述了疲劳损伤演化的曲线模型、剩余刚度模型、剩余强度模型、疲劳模量模型和S–N 曲线模型的研究进展，对疲劳失效判据和疲劳寿命预测的模型和方法进行了总结和分析，并就疲劳研究的不足进行了综合阐述。研究表明，疲劳损伤演化和寿命预测的理论模型多为宏观唯象模型，很少涉及微细观损伤形式和机理；针对多向层合板寿命预测的有限元方法虽然具有广泛适用性，但是还不足以模拟复合材料的真实损伤路径和历程。在此基础上，对后续复合材料疲劳损伤及寿命研究的重点方向进行了展望。
2023 Vol. 66 (15): 40-59 [
摘要
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53
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60
CFRP 层合板力学性能数值模拟的研究进展
崔旭，王祖昊
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.060
碳纤维增强聚合物基复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）具有高比模量、高比强度及耐疲劳等优异的性能，被广泛应用于各个领域。但由于其具体的使用环境较为复杂，在服役的过程中易造成损伤而形成安全隐患，为此国内外学者针对CFRP 层合板的力学性能进行了研究。本文从冲击损伤、分层损伤、高低温及湿热老化和多场耦合损伤4 个角度对CFRP 层合板力学性能模拟研究进展进行系统综述，并详细阐述了基于虚拟裂纹闭合技术（VCCT）、内聚力模型（CZM）和渐进损伤本构模型（PDM）等先进数值分析方法模拟CFRP 层合板损伤机理的研究现状。通过对比不同的有限元模拟方法，指出其优势及存在的问题，并对CFRP 层合板力学性能模拟未来的研究方向进行了展望。
2023 Vol. 66 (15): 60-70 [
摘要
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71
随机纤维网络材料力学性能研究进展
李志男，杨振宇，卢子兴
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.071
随机纤维网络材料广泛存在于生物材料和人造复合材料中，具有密度低、孔隙率高、比表面积大、变形能力强、比性能优异和结构可调控等优势，在过滤吸收、隔热减振、化学催化、组织工程、柔性电子和航空航天等领域中发挥了重要作用。与传统的均匀连续介质相比，随机纤维网络材料具有十分复杂的内部微观结构，因而对其力学性能的研究始终围绕着探索微观结构特征与宏观力学响应之间的关系展开。针对随机纤维网络材料力学性能综述，主要包括微观结构表征和力学性能研究评述两个方面，总结了试验测试、本构关系和数值模拟等方面的研究成果及其所面临的关键问题，对随机纤维网络材料力学性能的研究发展趋势进行了展望。
2023 Vol. 66 (15): 71-95 [
摘要
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49
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96
三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料热氧老化的强度降解机制
许凤，龙晶，孙宝忠，顾伯洪
DOI: 0.16080/j.issn1671-833x.2023.15.096
三维机织复合材料热氧老化强度降解机制对复合材料的安全性和耐久性设计至关重要。采用“基体收缩”二步法结合高速摄影记录冲击压缩变形过程和micro-CT 表征冲击内部损伤形态，研究三维角联锁机织复合材料老化前后的冲击压缩行为，揭示热氧老化的强度降解机制。研究发现，老化复合材料表面产生的界面裂纹随老化时间增加持续变宽。老化复合材料的冲击压缩性能随老化时间增加逐渐下降，其压缩模量在老化32 d 后下降了16.6%，老化复合材料中树脂基体热氧降解和界面脱粘共同作用阻碍了应力波从树脂到纱线的传递导致纱线断裂时间提前，破坏形态更严重。同时，老化裂纹会影响剪切裂纹的扩展路径导致剪切带更宽、损伤更严重，使老化复合材料的冲击压缩性能严重下降，但不会改变冲击压缩45° 剪切破坏模式。研究结果为复合材料在热氧环境长期服役的冲击工程制造提供了理论依据。
2023 Vol. 66 (15): 96-103 [
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专题——复合材料成型
104
预应力对复合材料C型结构固化变形的影响
郑锡涛，宋璐阳，张驰，刘振东，路拓
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.104
C 型结构是航空复合材料结构中一种常用的结构形式，其在制造过程中产生的固化变形会严重影响航空结构的装配。本文针对C 型结构提出了一种通过施加预应力来减少固化变形的方法，建立了预测C 型结构固化变形的数值分析模型，并设计了3 种不同铺层的C 型结构，分别对每种铺层形式的结构施加3 种水平的预应力，对其固化变形进行研究。研究结果表明，有限元预测结果与试验结果吻合较好，验证了该模型的准确性和有效性，通过施加合理的预应力可以减少这3 种铺层的C 型结构90% 以上的固化变形。
2023 Vol. 66 (15): 104-111 [
摘要
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37
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112
复合材料缝合预制体的研究
杨龙英，余宁
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.112
缝合技术作为复合材料预制体成型的主要方法，在航空领域应用广泛。临缝、链式缝合和锁式缝合是缝合技术中较为常用的3 种缝合方式，不同的缝合方式对缝合复合材料预制体的渗透特性和压缩特性产生的影响不同。同时缝合参数包括针距和行距对缝合复合材料预制体的渗透特性和压缩特性会也产生不同的影响。本文通过试验分别研究了临缝、链式缝合和锁式缝合3 种缝合方式以及不同的针距和行距对缝合复合材料预制体渗透特性和压缩特性的影响。试验结果表明，缝合预制体的渗透率均大于未缝合织物的渗透率，且链式> 锁式> 临缝, 链式缝合预制体随着缝合针距的增加，渗透率显著增大，临缝预制体的渗透率随行距的增加而减小；缝合预成型体厚度压缩率的大小关系为：临缝> 链式> 未缝合；链式缝合预制体的厚度压缩率随着缝合密度的增加而增加；临缝的压缩率随着针距的增大而减小。
2023 Vol. 66 (15): 112-117 [
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专题——功能复合材料
118
碳微球/硼酸镁晶须混杂增强碳泡沫复合材料的性能研究
王斌，王恒，曹越，苏秉尧，侯林伟，赵建伟
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.118
碳泡沫存在力学性能较差等问题，为改善其综合性能，以航空领域的应用需求为导向，以改性酚醛树脂为碳源，空心碳质微球为分散相，硼酸镁晶须（Mg
2
B
2
O
5
w）为增强相，通过压塑成型– 碳化工艺制备了碳微球/Mg
2
B
2
O
5
w混杂增强碳泡沫复合材料。采用扫描电子显微镜、万能试验机等研究了碳质微球与不同质量分数的Mg
2
B
2
O
5
w 混杂增强下碳泡沫的力学性能、热氧化性能和电磁屏蔽特性。结果表明，受压过程中，Mg
2
B
2
O
5
w 起到裂纹偏转作用和弯弓效应，增加了裂纹扩展路径，Mg
2
B
2
O
5
w 与空心碳微球协同作用，提高了碳泡沫复合材料的抗压缩性能；当Mg
2
B
2
O
5
w 质量分数为2% 时，复合材料的压缩强度达11.8 MPa，较纯碳泡沫提高了157%。碳泡沫复合材料在X波段的电磁屏蔽性能随Mg
2
B
2
O
5
w 含量的增加，亦提升明显。Mg
2
B
2
O
5
w 分散在基体及微球相表面，增加了复合材料内部的孔结构，延长了电磁波的传播路径，增大了复合材料对电磁波的吸收；当其质量分数8% 时，复合材料的电磁屏蔽效能高达53.8 dB，较改性前提高了68%。Mg
2
B
2
O
5
w 具有优异的抗氧化性能，其分散在基体及微球相表面上，阻止了热氧与基体和微球相的接触，使复合材料的耐氧化性能提高；当其质量分数5% 时，质量损失率为24%，复合材料的耐高温氧化性能最优，较纯碳泡沫提高了12.1%。
2023 Vol. 66 (15): 118-124 [
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125
多级次改性SiO
2
/PU超疏水涂层的制备及应用
董凯，薛志宏，卢自强，何鹏杰，李杰，卢自英，茹海波
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.15.125
为了消除航空飞行器表面、电力传输电缆、风力涡轮机叶片等因低温结冰而带来的不利影响，同时为了增强航空飞行器表面吸波涂层的自清洁能力，将经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅（n-SiO
2
）和微米二氧化硅（m-SiO
2
）填料按照质量比6∶1 共混后与聚氨酯（PU）基体复合制得多级次改性SiO
2
/PU 超疏水涂层。研究表明，m-SiO
2
在PU 基体中较好的分散状态提升了涂层的稳定性，有效消除了因n-SiO
2
团聚而出现的涂层开裂现象。n-SiO
2
和m-SiO
2
填料在涂层的表面共同构筑起致密的多级次微凸起疏水结构，可以截留更多的空气来增大水滴的气–液接触面积。多级次改性SiO
2
/PU 超疏水涂层的水接触角可达158.56°±1.08°，并且具有良好的自清洁能力和耐磨性。此外，多级次改性SiO
2
/PU 超疏水涂层优秀的透波性能使其不会对吸波涂层的性能产生不利影响，表明制备的多级次改性SiO
2
/PU 超疏水涂层是一种理想的吸波材料保护涂层。
2023 Vol. 66 (15): 125-132 [
摘要
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《航空制造技术》入编中国科协《航空航天领域高质量科技期刊分级目录（2023版）》
《航空制造技术》入编《中文核心期刊要目总览》2023版
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《航空制造技术》入选WJCI科技期刊世界影响力指数报告（2023）来源期刊
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在线投稿:http://www.amte.net.cn
国际标准刊号：ISSN1671-833X
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