碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究

本文介绍了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构常见的内部缺陷,这些缺陷的存在将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用超声脉冲反射法对其内部缺陷进行检测作了详细介绍,分别对复合材料蒙皮可能出现的分层、疏松和高空隙率缺陷及蒙皮与蜂窝夹芯之间界面的脱粘缺陷进行检测,对出现的波形进行分析,并判断波形产生的原因,认为超声脉冲反射法对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构内部缺陷检测是一种行之有效的方法。

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验。并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程。结果表明,数值模拟结果与试验结果一致。上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤。无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值。薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量。

复合材料蜂窝夹层结构的局部脱粘缺陷修补评价

对于复合材料蜂窝夹层结构中出现的局部脱粘缺陷(Z≤100mm),提出局部注射修补的方法,依托ANSYS商业有限元软件建立有限元模型,并结合试验考察局部注射修补方法对局部脱粘缺陷的修补效果。结果表明,对于局部脱粘缺陷,局部注射修补后压缩强度能达到原有的80%左右,建立的有限元模型能够较为准确地预测蜂窝夹层试样的压缩强度和破坏模式。

Shell91单元在复合材料蜂窝夹层结构分析中的应用

论述了蜂窝夹层结构的三种简化计算理论模型,介绍了通用有限元计算软件ANSYS中shell91单元的sandwich(夹芯)功能,通过计算与试验位移值结果的对比,相对误差小于5%,验证了该功能的工程实用性与易操作性。

复合材料蜂窝夹层结构的优化设计

利用复合材料蒙皮结构的弯扭耦合效应可以改善翼面的气动弹性特性 .为使这种结构的弯曲扭转耦合效应最大 ,采用遗传算法来优化设计这类结构 ,并以蜂窝结构为例进行分析 .采用有限元计算软件分析目标函数 ,将铺层板、蜂窝夹芯的强度作为约束函数 ,并通过遗传算法优化与有限元计算有机的结合 。

复合材料蜂窝夹层结构的总体稳定性研究

采用两种有限元模型和工程方法分别对复合材料蜂窝夹层结构在压缩、剪切载荷作用下的总体稳定性进行了计算,根据各计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:对于承受压缩载荷的结构,采用工程计算法能够较好的预估结构的屈曲临界载荷,而对于承受剪切载荷的结构,采用三维有限元法能较好的计算结构的屈曲载荷。

复合材料蜂窝夹层结构制件的超声可视化无损检测

针对复合材料蜂窝夹层结构制件的缺陷及结构特点,进行A-Scan超声检测和BScan、C-Scan超声检测方法试验,并通过超声成像检测表征复合材料蜂窝夹层结构的粘接品质,建立适用于复合材料蜂窝夹层结构的可视化超声成像检测方法和特征缺陷判别方法。结果表明,接触式超声反射检测法能有效、准确、直观地检测出脱黏类型缺陷。

板芯脱黏损伤对复合材料蜂窝夹层结构振动特性的影响

板芯界面脱黏是复合材料蜂窝夹层结构最常见的损伤,对其开展振动分析具有科学价值和工程意义。基于蜂窝芯材的细观构造,利用有限元软件ANSYS建立了复合材料蜂窝夹层结构的有限元模型,研究脱黏损伤的尺寸和位置对振动特性的影响。结果表明:脱黏损伤使蜂窝夹层结构的固有频率降低;损伤尺寸越大,固有频率越低;损伤位于结构中部时4阶固有频率最低,其余各阶固有频率随着损伤越接近固支端而越低;损伤尺寸和损伤位置对不同阶振动模态的影响程度不同。研究方法和结论为此类结构的损伤检测以及损伤容限设计与分析提供了必要的参考依据。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构侧压强度理论计算

碳纤维复合材料夹层结构的侧压强度，不同于玻璃钢夹层结构的侧压强度，往往由碳纤维复合材料的层间强度控制。本文分析了无初波纹度和有初波纹度的碳纤维复合材料蜂窝夹层结构侧压强度的理论计算公式，与试验结果比较，计及初波纹度的理论计算公式更符合实际情况。

复合材料蜂窝夹层结构轴压载荷下总体屈曲计算研究

对两种芯层厚度的复合材料蜂窝夹层板进行轴压载荷下的稳定性试验,给出了试验件的屈曲载荷及破坏形式。分别采用四种工程方法及线性与非线性有限元方法对轴压载荷下蜂窝夹层板的屈曲破坏载荷进行计算,根据试验结果,对各类方法的计算结果进行了误差分析并给出了其使用建议。对文献[8]中的方法,因计算过程简单,易于程序化实现,推荐在型号设计中使用。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构侧压强度理论计算

本文对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构侧压强度进行了理论计算，试验值在理论计算范围内。 理论计算公式可供碳纤维复合材料夹层结构产品设计时应用。

复合材料蜂窝夹层结构双频副反射器的制造技术

简要叙述了复合材料蜂窝夹层结构双频副反射器的研制技术。通过透波性纤维复合材料研究和成型工艺技术研究,制造出满足设计要求的双频副反射器制件。

复合材料蜂窝夹层结构翼梁优化设计

利用三明治夹芯板理论,对蜂窝夹层结构翼梁进行预先等效处理,把夹层板用当量层合板模拟,将蜂窝芯子看作一特殊单层,则复合材料蜂窝夹层梁模拟成了复合材料层合结构梁。以质量最轻为目标函数,以材料的设计许用应力和单元满足应变要求作为约束函数,利用MSC.NASTRAN对当量复合材料层合结构梁进行尺寸优化设计,得到最优蜂窝芯子厚度、各铺层角度的铺层厚度。按照层合板铺层设计一般原则得到合理的单层铺层角度以及铺层顺序。

复合材料蜂窝夹层结构在民用飞机上的应用综述

复合材料蜂窝夹层结构具有强度高、比刚度大、密度小、抗压和抗弯性能好等特点,在民用飞机领域被大量应用。应用部位包括机身、发动机罩、整流罩、舱门、天线罩、前缘等。蜂窝夹层结构的大量应用显著减轻了飞机结构的重量,随着成型工艺的进步和材料性能的提高,蜂窝夹层结构逐渐应用于地板等主承力结构上。本文首先分析了蜂窝夹层结构的研究进展和发展过程。其次,梳理了蜂窝夹层结构在典型飞机部件上的应用情况。最后,介绍了蜂窝夹层结构在民机地板上的应用现状。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

复合材料蜂窝夹层结构四点弯曲性能研究

对某型号复合材料夹层结构内力情况进行分析,进行理论计算,建立力学模型;使用patran&nastran大型有限元软件建立复合材料蜂窝夹层结构有限元模型,模拟试验件受力特点计算出蜂窝夹层结构失效过程,建立了合理的数学模型;采用ASTM C393试验标准对复合材料蜂窝夹层结构试验件进行试验,获得某型号复合材料蜂窝夹层结构强度,并将试验结果与计算结果进行对比分析,得出蜂窝夹层结构的受力特点及验证模型的准确性。

树脂基复合材料蜂窝夹层结构修补技术研究

为了降低复合材料蜂窝夹层结构件制造成本及延长其使用寿命,修理技术是必不可缺的。本文主要针对面芯脱胶复合材料蜂窝夹层结构进行了平拉、侧压和疲劳试验,为修补提供依据;同时根据不同修理方法和材料体系对复合材料蜂窝夹层结构修理技术进行了研究。结果表明。

芯层高度对复合材料蜂窝夹层结构总体稳定性的影响

通过对压缩、剪切载荷作用下复合材料蜂窝夹层板的稳定性试验和采用工程算法及有限元法的稳定性计算,验证了有限元计算方法的准确性,讨论了芯层高度对薄面板复合材料蜂窝夹层板总体稳定性的影响。结果表明,增加蜂窝芯高度能显著提高薄面板复合材料蜂窝夹层板的屈曲载荷,但剩余承载能力随芯层高度增加而减小;并且单一增加芯层高度会导致屈曲载荷下面板应变增大,甚至超过许用值。

热补仪挖补修理复合材料蜂窝夹层结构

利用热补仪进行复合材料蜂窝夹层结构的挖补修理实验研究。利用热电偶测试热补仪修补复合材料蜂窝夹层结构的面内及厚度方向的温度分布;采用光学显微镜观察不同修补层数下的HTS/977-2与HTS/MTM44-1两种预浸料在热补仪固化下的内部质量;并测试不同损伤程度下蜂窝夹层试验件修补后的侧压性能及弯曲性能。结果表明:使用热补仪修补蜂窝夹层结构时在厚度方向上温度分布不均匀,因此在面板及芯子损伤、穿透损伤情况下,应采用分步修理;热补仪对单次修补层数具有局限性,修补材料特性不同,单次修补固化层数上限不同,对HTS/977-2,热补仪最佳单次固化层数为4层或5层,对HTS/MTM44-1,热补仪最佳单次固化层数为10层以上;试验中不同损伤程度的蜂窝夹层结构试验件进行热补仪修补后,侧压强度达到完好状态的79.9%以上,弯曲强度达到完好状态的89.4%以上,验证了热补仪挖补修理复合材料蜂窝夹层结构的可行性。