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碳纤维增强复合材料（CFRP）光纤激光切割切口质量研究
摘要： 采用2千瓦多模光纤激光器研究了碳纤维增强复合材料（CFRP）板材的激光切割工艺，重点分析了切口宽度、切口深度、基体蒸发宽度、基体回退宽度、切口锥角、基体损伤区及切割表面形貌等质量指标随激光功率、扫描速度和激光扫描道次的变化规律。通过设计大工艺窗口的系统实验，确定了影响切口宽度、深度、基体蒸发宽度和回退宽度的关键参数，并验证了光束扫描速度是抑制热损伤的主导因素。研究发现切割表面各碳纤维上均存在环状痕迹，推测为纤维径向热熔所致。增加激光扫描道次有助于形成高度熔合的平滑表面，从而有效防止纤维分层与拔出现象。通过综合对比各项切割质量指标，最终确定了最优工艺参数组合。
关键词： 光纤激光切割、最佳工艺条件、切割质量因素、热损伤、碳纤维增强塑料（CFRP）
更新于2025-11-28 14:24:20
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碳纤维复合结构上压电宏观纤维复合材料的机电耦合振动有限元模型
摘要： 本文采用商业有限元软件COMSOL建立了有限元模型，用于模拟压电振动能量收集（PVEH）的多物理过程，涉及碳纤维复合结构上压电宏观纤维复合材料（MFC）的动态力学与电学行为。MFC的集成实现了能量收集、传感和驱动功能，在航空航天、汽车和可再生能源领域具有应用价值。现有文献中关于PVEH动态响应与实际振动数据关联的建模存在空白，多数模拟要么是几何非特异性的半解析MATLAB模型，要么是仅限于正弦分析的基础有限元模拟。然而，使用代表性环境振动数据对预测工业开发中的实际行为至关重要。该有限元模型结合了涉及固体力学和静电学的压电器件物理特性，并定义了电路系统。通过插值振动数据文件对结构进行动态激励，同时分别定义MFC和碳纤维复合材料的正交各向异性材料属性以确保精度。仿真结果与实验验证偏差小于10%，为所提出的多物理场有限元模型在设计优化PVEH智能复合结构方面提供了可靠性依据。
关键词： 能量收集、多物理场、有限元、碳纤维增强塑料、压电纤维复合材料、COMSOL
更新于2025-09-23 15:23:52
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碳纤维增强聚合物复合材料的断裂行为：加载速率影响的光学研究
摘要： 研究了单边缺口单向T800s/3900-2碳纤维增强复合材料层合板在应力波和准静态加载条件下的裂纹萌生与扩展行为。结合超高速摄影技术，拓展了反射式数字梯度传感这一光学测量方法，实现了裂纹萌生前、后区裂纹尖端全场变形的断裂力学研究。该技术通过光线角度偏转量可测量裂纹尖端附近两个正交表面的斜率。文中提出了一种利用所测表面斜率提取裂纹参数（包括稳态与扩展裂纹的瞬时裂纹速度及应力强度因子历程）的方法。分析了纤维取向（0°-60°范围）与两种加载速率的影响：当纤维取向为0°时表现为典型I型断裂，其他角度则产生混合模式断裂。除纤维取向增大导致裂纹在更高载荷下萌生外，应力强度因子历程显示准静态条件下低纤维取向存在显著纤维桥接效应。此外，该材料在裂纹扩展阶段呈现明显的加载速率依赖性——与应力波加载不同，准静态条件下裂纹萌生后立即出现增强的裂纹扩展阻力。
关键词： 碳纤维增强塑料、加载速率效应、裂纹扩展行为、动态断裂、数字梯度传感
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于光纤布拉格光栅和ε-支持向量回归的碳纤维增强复合材料结构损伤程度预测方法
摘要： 评估结构损伤对确保碳纤维增强塑料（CFRP）结构的使用安全具有重要意义。本文研究了基于光纤布拉格光栅和ε-支持向量回归的CFRP结构损伤程度预测方法。通过光纤布拉格光栅传感器检测结构动态响应信号，随后采用傅里叶变换提取结构动态特性作为损伤特征，并利用RReliefF算法降低损伤特征维度。在此基础上建立了基于ε-支持向量回归的CFRP结构损伤程度预测模型。最后通过实验验证了本文方法的有效性。结果表明：ε-支持向量回归模型能准确预测未知样本的损伤程度，在30组测试实验中27组的绝对相对误差小于10%。本研究为CFRP结构损伤程度预测提供了可行方法。
关键词： 频率响应，碳纤维增强塑料，Epsilon支持向量回归，RReliefF算法，损伤程度预测
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过真空紫外辐射对纤维增强塑料进行表面预处理
摘要： 纤维增强塑料（FRP）在交通运输、航空航天、风力发电、建筑以及体育休闲等领域具有重要应用价值。优化FRP结构的胶接工艺——尤其是胶接前的表面处理——对未来FRP应用的扩展至关重要。其中核心问题取决于FRP的聚合物基体：对于热固性基体，主要问题是连接部件表面存在脱模剂；而对于聚丙烯（PP）等热塑性基体，则存在表面能低和表面惰性等难题。传统的手工打磨预处理方法，应被真空紫外（VUV）灯（光谱范围100-200纳米）等高能辐射技术取代。这种非接触式处理方法具有处理均匀性高、材料损耗少且不产生额外纤维脱落的特点，通过氧原子掺杂活化热塑性塑料表面，同时清除或改性热固性材料表面的脱模剂污染[1-8]。研究展示了VUV表面活化对PP和碳纤维增强复合材料（CFRP）的功能基团引入、表面能提升、基体降解及胶接粘附力增强的效果，并包含脱模剂涂层及VUV辐射改性的专项研究。最后还探讨了通过波长调控、惰性气体环境及湿度控制等加速处理进程的可能性?；诹较罹咛逵τ冒咐?，最终对VUV预处理工艺进行了综合评估。
关键词： 紫外光（VUV）、辐照、准分子、脱模剂、表面预处理、碳纤维增强塑料（CFRP）、纤维增强塑料（FRP）、玻璃纤维增强塑料（GRP）
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过激光加工预处理改性金属表面结构实现碳纤维增强塑料与金属的强摩擦搭接接头
摘要： 金属与碳纤维增强塑料（CFRP）的强异种材料连接在众多领域的轻量化设计中需求迫切，但直接通过焊接实现极具挑战性。本研究首先采用激光加工方法对5052铝合金和普通碳钢进行预处理，制备出粗糙多孔的金属表面，随后通过摩擦搭接焊将其与聚酰胺6基CFRP连接。所得CFRP-铝合金和CFRP-钢异种接头的最大拉伸剪切力分别达到4.9千牛和3.9千牛，接头效率分别为78%和62%，较原始状态金属-CFRP接头提升三倍以上。这是首次报道通过辅助激光处理技术强化金属-CFRP摩擦焊接头的研究。接头强度的显著提升可归因于金属-CFRP界面处机械锚固结构和化学键合区域的大幅增加。
关键词： 金属、激光加工、机械互锁、异种材料连接、搅拌摩擦焊、碳纤维增强塑料
更新于2025-09-23 15:21:01
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采用GaInP/GaAs/Ge电池的太阳能电池阵列最小磁偶极矩
摘要： 太空中唯一的环境能源是太阳能，通过光伏转换由太阳能电池收集。大约20年前起，硅太阳能电池就被广泛用作太空主要供电装置。但近年来，采用三结技术的GaInP/GaAs/Ge太阳能电池已普遍作为空间应用发电设备。与硅太阳能电池相比，GaInP/GaAs/Ge太阳能电池不仅转换效率更高，还能以更少数量的电池提供所需电能。虽然使用GaInP/GaAs/Ge太阳能电池具有优势，但必须建立串联电池串系统设计方案以最小化其磁偶极矩——因为其电压和电流值是硅电池的三倍，这必须纳入考量。根据电磁理论，由串联电池组成的电池串通电时会产生环流，该磁偶极矩会影响轨道运行中使用磁力矩棒的姿态控制，而航天器系统为保持最佳姿态控制需将磁偶极矩控制在0.25安培平方米以内。因此我们设计单组GaInP/GaAs/Ge太阳能电池串并测试其载流能力以实现磁偶极矩最小化，最终通过仿真采用GaInP/GaAs/Ge太阳能电池的测试电池阵列提出最优串联设计方案，并将其实施于碳纤维增强塑料基材以验证原型效果。未来可通过这种测试电池设计方案扩展至更大规模太阳能电池阵列，以实现磁偶极矩最小化。
关键词： 碳纤维增强塑料，砷化镓铟/砷化镓/锗，太阳能电池，弦，磁偶极矩
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用X射线计算机断层扫描评估机加工碳纤维增强塑料产生的内部缺陷
摘要： 本研究采用X射线计算机断层扫描（X-ray CT）技术检测机加工碳纤维增强复合材料（CFRP）产生的内部缺陷。通过X射线CT方法观察到表面不可见的内部缺陷，如裂纹、断裂及碳纤维变形。这些缺陷的产生与加工方法和纤维方向密切相关：沿45°和90°方向的常规切削法以及沿90°方向的顺铣法会产生大量缺陷；而沿45°方向的顺铣法虽内部缺陷较少，但加工表面非常粗糙。除X射线CT成像外，还通过表面观测和切削力研究分析了这些现象的成因。结果表明，X射线CT是可视化CFRP内部缺陷的有效工具，这类缺陷会因纤维方向和加工方法的差异而显著不同。
关键词： 碳纤维增强塑料、表面粗糙度、铣削加工、内部缺陷、X射线计算机断层扫描
更新于2025-09-16 10:30:52
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[IEEE 2019年第24届光电子与通信会议(OECC)暨2019年国际光子学在交换与计算会议(PSC) - 日本福冈 (2019.7.7-2019.7.11)] 2019年第24届光电子与通信会议(OECC)暨2019年国际光子学在交换与计算会议(PSC) - 基于红外温度计的结构中光纤断裂检测
摘要： 我们证明可以利用红外测温技术来检测嵌入结构中的光纤断裂点。该方法具有实时操作、成本效益高以及现场可视化显示等优势。
关键词： 红外测温、碳纤维增强塑料、结构健康监测
更新于2025-09-11 14:15:04