RTM工艺数值模拟技术研究进展

阐述了几种RTM工艺树脂浸润过程的模拟模型 。

航天器发动机推力支架桁架结构的有限元分析与优化设计

对某航天器上的推力支架结构和承载状态进行了分析 ,设计了一系列桁架结构 ,以碳纤维 /环氧复合材料管件作为桁架结构的组成构件 ,采用有限元分析软件Ansys7.0对桁架结构的尺寸进行了优化 ,并优选出桁架质量和载荷相同条件下承载性能最好的桁架结构形式。

大载荷下空间桁架结构主承力用碳/环氧推力管的重量优化设计

航天发动机推力支架空间桁架结构通常采用金属材料。碳 /环氧复合材料用于这种空间桁架结构的主承力推力管可以显著减轻推力支架的重量。为了节约昂贵的实验费用 ,通常先对支架结构和重量进行优化设计。本文以橡胶芯模辅助RTM工艺制备的碳 /环氧管件为模型建立了某种结构优化后的推力支架空间桁架结构的有限元模型 ,采用大型有限元分析软件ANSYS7.0对推力管的外径、壁厚和重量进行了优化设计 ,得出推力管最佳参数为外径 7.8cm ,壁厚 2 .2 3mm ,总重 11.5 8kg。

整体复合裙的铺层比优化设计与轴压性能分析

通过有限元法研究了炭纤维无纬带与平纹布铺层的体积比λ对整体复合裙抗轴压性能的影响。分析表明,λ为7∶3时,复合裙的抗轴压性能较好。对用树脂传递模塑(RTM)工艺制备的具有优化铺层方式的复合裙进行了轴压性能试验,试验所得复合裙的轴压刚度与计算值的偏差为9.5%,试验的轴向应变-载荷曲线与计算的轴向应变-载荷曲线趋势基本一致。

单向带/平纹布混杂铺层层合板极限强度研究

单向带/平纹布混杂铺层方式常用于复杂复合材料结构的制备,对其极限强度进行研究具有重要的工程应用价值.把三维有限元方法和优化设计思想结合起来,建立了一种复合材料极限强度分析方法,该方法可基于通用有限元分析软件ANSYS实现.为验证该方法的有效性,实验制备了单向带/平纹布混杂铺层层合板进行了拉伸和压缩实验.结果表明该方法用于混杂铺层层合板极限强度预测,最大偏差在15%以内,满足工程应用要求.

缠绕角度对碳/环氧厚壁管件轴压性能影响的有限元分析

建立厚壁缠绕管件的轴压有限元模型,分析相同压缩载荷条件下不同缠绕角度对管件轴压模量,径向形变和剪应力的影响,并对厚壁缠绕管件在轴压载荷下的破坏模式和部位进行了预测分析。结果表明:受轴压管件的缠绕角度宜控制在20°以内,对管件端头进行环向缠绕加强可以提高管件的轴压强度和刚度。

铺层方式对碳/环氧管层间剪应力影响的有限元分析

利用有限元程序ANSYS7.0对软模膨胀成型制备的碳/环氧管件在轴向载荷下的层间剪应力进行了分析。表明铺层的不对称性会显著导致环向层间剪应力增大,增幅在0.43～1.14倍,但对轴向层间剪应力影响很小;碳/环氧管的轴向铺层和环向铺层的比例对轴向层间剪应力和环向层间剪应力有显著影响,其比例在7∶3～4∶1时可以有效降低碳/环氧管的层间应力。

基于柔性模辅助RTM技术的整体推力结构的分析与设计

本文介绍了柔性模辅助RTM(FMARTM)技术的基本原理。基于FMARTM成型技术,设计了一种整体复合材料推力结构。该结构解决了支架式推力结构的复合材料推力管与法兰边连接的难题,同时也克服了锥形壳式推力结构通风散热性能差和不便于管路设计连接的缺点。利用有限元方法对该结构的铺层方式进行了优化,采用优化铺层方式的整体推力结构的垂直压缩率和偏心率都小于1%,表明推力结构的设计是可靠的。

缠绕管件轴压下径向形变和破坏模式的有限元分析与验证

本文采用缠绕工艺制备厚壁碳/环氧复合材料主承力管件,对所制备管件试样进行轴压破坏试验,并采用有限元分析软件ANSYS7.0对试验过程进行模拟分析.分析结果表明轴压管件径向形变最大的位置在距离管件端面20～25mm处,表明该位置容易发生破坏,与实验结果是一致的.

缠绕管件轴压强度的数值分析与实验研究

以Tsai-W u准则作为铺层失效判据,用三维有限元法研究了缠绕角度和环向缠绕层含量对炭/环氧管件轴压强度的影响规律。用Boltzm ann方程对有限元分析结果进行了数据拟合,得到轴压强度关于缠绕角的计算式。通过拟合公式计算了22°、35°、48°和61°共4种随机缠绕角的管件轴压强度,并对这4种缠绕角度的管件及其具有部分环向缠绕层的管件进行了轴压强度实验。实验结果验证了数值分析结果是可靠的。

缠绕角度对碳/环氧厚壁管件轴压性能影响的实验研究

文摘采用缠绕工艺制备了20°、30°和40°三种缠绕角度的碳/环氧厚壁管件,通过轴压实验研究了缠绕角度对厚壁管件的轴压模量和轴压强度的影响,并对轴压破坏模式进行了分析。实验测得轴向模量值比有限元模型计算值偏小,破坏模式为纤维层向外崩裂破坏与有限元分析结果一致。

主承力缠绕管件轴压强度实验研究

缠绕复合材料管件已经在航空航天上用于大载荷主承力构件,为进一步提高这类管件的轴压强度,本文对影响缠绕管件轴压强度的一系列因素进行了实验研究,系统地探讨了提高缠绕管件轴压强的途径.研究表明,除了一般文献研究较多的缠绕角对管件轴压强度具有很大影响以外,一般文献很少涉及的环向缠绕层含量和端面边缘效应等因素也对缠绕管件的轴压强度有重要影响.在材料用量和缠绕角相同的前提下,把20%的角度缠绕层改为环向缠绕层后,轴压强度最大能够提高77%;采用缠绕方式对管件受压端头进行加强以后,可以有效地消除受压端面边缘效应的负面影响,亦可提明显高管件轴压强度.

端面边缘效应对缠绕管件轴压强度的影响

建立了缠绕管件三维有限元模型,通过应力分析发现轴压条件下缠绕管件受压端面存在明显应力集中现象,由此预测管件受压端面边缘效应会导致管件轴压强度下降,通过三维有限元模型对端头加强和未加强管件的轴压强度分别进行了定量计算,得出端头加强管件的轴压强度明显高于未加强管件的轴压强度。在理论分析的基础上,设计了缠绕管件轴压性能实验,实验结果对理论分析结果进行了验证。研究结果表明,对缠绕管件进行端头加强后,可有效减轻端面效应对轴压强度的负面影响,轴压强度可提高30%以上。

大载荷承力支架结构用碳/环氧承力管金属整体接头的结构设计

某大载荷承力支架结构采用碳/环氧管作为主承力构件,利用金属接头把承力管、前端框和后 端板连接成整体支架。利用有限元分析软件ANSYS7.0对承力支架结构进行了总体静力分析,并分析了接 头的局部受力状态。根据接头的受力状态,结合胶接失效模型设计了整体接头叉形部分长度为50mm,并根 据最大弯曲正应力设计了接头的壁厚为3mm,设计表明整体接头许用拉伸强度为250MPa,可满足承力支 架的承载要求。

航天运载器支架式主结构承载性能的有限元分析

航天运载器主结构的功能是把载荷从一种结构传递到另一种结构上。依据对美国可重复使用运载器X-33和Atlas V型火箭上两种典型支架式CFRP(碳纤维增强树脂基复合材料)主结构的分析,建立了两种支架结构的有限元模型,计算了在支架轴向力、横向力和绕纵轴的扭矩及综合载荷作用下支架结构的形变、压缩比、偏心率和CFRP管件的轴向应力,通过计算结果对两种支架式主结构的承载性能特点进行了分析。

膨胀芯模法制备炭/环氧主承力管件研究

对膨胀芯模法制备主承力复合材料管件的工艺原理进行了阐述,对工艺过程的关键环节进行了深入研究,并对该工艺制备的炭/环氧主承力管件进行了轴压强度实验研究。通过与相同材料体系制备的相同尺寸的缠绕管件的轴压强度和截面微观形貌的对比研究,表明膨胀芯模法制备的复合管件性能更好。

导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展

综述了导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)的研究与应用现状和进展,阐述了CFRP的声子导热和光子导热机理,介绍了不同铺层角度和铺层比的CFRP面内和厚度方向热导率计算模型及测试方法,分析了环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺等3类树脂体系和聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、中间相沥青基碳纤维、气相生长碳纤维、碳纳米管纤维等4类增强体以及工艺方法等因素对CFRP热导率的影响。

复合材料圆管端部加强对其轴压性能影响的实验分析

通过实验研究了复合材料圆管端部加缠碳纤维对其轴压性能的影响,并对轴压破坏模式进行了分析。结果表明,复合材料圆管端部加强后,其轴压破坏模式和破坏位置都发生了改变。在轴压载荷作用下,端部加强能减小管的径向变形,并能更好地传递载荷,对提高复合材料圆管的压缩性能有利。

复合材料修复铝合金构件的刚度分析和试验验证

用ANASY有限元分析软件对复合材料修复铝合金结构的刚度进行数值分析,研究了开孔损伤对铝合金板结构刚度和应力扰动区范围的影响。结果表明:开孔损伤对铝合金板的平均刚度有很大的影响,且修补所用复合材料补片存在临界长度。此结果在试验中得到了验证。

真空导入模塑工艺树脂流动行为研究进展

综述了近年来真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究进展,结合自己的研究成果系统地评述了真空导入模塑工艺中树脂的流动模型及机理、流动行为的数值模拟和流动行为的监测控制,并在此基础上对真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究前景进行了展望。