低能冲击下复合材料蜂窝夹芯结构表面损伤分析

基于低能量冲击探究复合材料蜂窝夹芯结构表面的损伤模式,分析低能量冲击对结构表面环氧树脂膜的裂纹扩展模式、损伤面积、裂纹长度和数量的影响,通过三点弯曲试验研究了低能冲击后碳纤维增强复合材料层合板的弯曲性能以及损伤极限值。研究结果表明,冲击能量会影响表面环氧树脂膜的损伤扩展模式,裂纹均以冲击落点为中心,向周围不规则地扩展,所形成的损伤面积随冲击能量递增,裂纹扩展长度与冲击能量成正相关,层合板的层间损伤模式以分层和纤维弯曲为主;低能量冲击试验证明了表面环氧树脂膜的裂纹扩展模式、损伤面积等与夹芯结构层合板内部的冲击损伤程度之间具备特定的联系,因此可为设计一种新的无损检测方法用于快速表征结构内部的冲击损伤提供可能性。

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析

建立了一种复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析方法。利用ABAQUS有限元分析软件和VUMAT子程序建立了蜂窝夹芯结构冲击后压缩渐进损伤失效分析模型,并通过试验验证模型的有效性;在此基础上,利用Python语言对模型中材料力学性能和面板厚度、蜂窝芯子厚度进行参数化;采用径向基神经网络代理模型替代渐进损伤失效分析模型;基于蒙特卡洛法进行冲击后压缩强度的可靠性分析;分别采用基于方差和基于失效概率的方法进行参数的灵敏度分析,并研究参数的变异系数对结构可靠性的影响。结果表明:在外载荷低于10000 N,结构失效概率小于0.00017的情况下,当外载荷达到12700 N时,结构失效概率达到0.9;面板的力学性能、面板厚度、蜂窝芯厚度对冲击后压缩强度的影响较大;冲击后压缩强度的变异系数随着参数变异系数的增大而增大。

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击位置识别研究

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击实验,采用一种基于应力波和免疫遗传算法的冲击载荷定位方法对蜂窝夹芯结构上的低速冲击载荷进行分析和定位。首先,通过一组事先确定冲击位置的低速冲击载荷产生的冲击应力波实验数据,使用小波变换方法对其在时频域进行分析,获得多个频率上冲击应力波在蜂窝夹芯结构中的传播速度;然后在此基础上,考虑蜂窝夹芯结构中应力波的各向异性特性,采用免疫遗传算法对未知的低速冲击载荷进行位置识别。实验研究结果表明了该方法的可行性和有效性。

复合材料蜂窝夹芯结构修理后强度研究

对复合材料蜂窝夹芯结构受损伤之后的几种典型修理方法及修理材料、修理工艺等内容进行了试验研究。试验件分别模拟伤及单侧面板的非穿透损伤和伤及双侧面板的穿透损伤 ,分别采用单侧挖补、单侧加衬挖补和双面贴补法进行修理 ,然后进行面内单向压缩试验。给出了复合材料蜂窝夹芯结构修理前后的刚度和强度变化规律。为了同试验结果进行对比 ,还采用 NASTRAN软件对典型的非穿透挖补修理件进行了三维有限元应力分析 ,计算结果与试验结果吻合较好。

复合材料蜂窝夹芯结构挖补工艺

通过试验,对温度均匀性、打磨方法、界面处理、蜂窝芯灌封固化等工艺影响因素进行了系统研究,并通过无损检测进行了修补效果验证,得出了更佳的修补工艺方法。

大型复合材料蜂窝夹芯结构X射线数字成像自动化快速扫描检测技术

X射线数字成像(X-ray digital radiography)检测方法广泛应用于工业生产的许多领域,已成为复合材料蜂窝夹芯结构的重要检测方法,对于大型复合材料蜂窝夹芯结构,需要提高X射线数字成像检测效率。针对大型复合材料蜂窝夹芯结构特点及其检测要求,提出了一种X射线数字成像自动化扫描成像检测方法,介绍了大型复合材料蜂窝夹芯结构的X射线数字成像自动化扫描检测系统的设计特点、关键单元的参数选型。利用所研制的大型复合材料蜂窝夹芯结构X射线数字成像自动扫描检测设备、确定的检测参数和设计制备的实际大型蜂窝夹芯结构件,开展了系列的检测试验研究。试验和实际检测应用结果表明,采用X射线数字成像自动化扫描检测方法可以实现大型蜂窝夹芯结构的快速可视化检测,检测分辨率可达3.2 LP/mm,取得了很好的检测效果。

局部冲击下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为与吸能机理

由于复合材料夹芯结构在局部冲击作用下会产生多种破坏模式,降低结构的承载能力,建立基于物理机制的失效分析方法和损伤模型,研究局部冲击作用下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为,并与试验结果进行对比分析。结果表明,随着冲击能量的改变,冲击力、下面板中心位移均会呈现出不同的变化趋势。进一步研究了不同能量下多次冲击的结构响应。研究表明,芯材的抗冲击能力较弱,下面板承受了较多次冲击,且随着冲击能量的增加,重复冲击的破坏次数大大降低。

T700/双马复合材料蜂窝夹芯结构损伤修复实验研究

本文制备了复合材料蜂窝夹芯结构件和三种孔径的半穿透损伤件,采用挖补工艺对损伤件进行了两种不同体系的修复,并测试了完好件、损伤件和修复件在常温和高温下的力学性能。两种体系修复后测试结果表明,高温修复(同质修复)和中温修复(异质修复)对损伤构件的性能恢复差异较小,但是由于同质修复工艺性差,固化温度高于177℃,容易造成其他构件的损伤,而异质修复工艺性较好、固化温度低,所以采用异质修复工艺能够实现对损伤构件的性能恢复,且适合于外场快速修复。

复合材料蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能

通过三点弯曲试验研究了纤维增强复合材料铝蜂窝夹芯结构的力学性能。分析了不同面板类型(碳纤维面板、玻璃纤维面板、碳纤维/玻璃纤维面板)以及面板厚度和芯体孔径大小对结构破坏模式、极限载荷和能量吸收的影响。结果表明,碳纤维/铝蜂窝夹芯结构相较于其他两种结构,其极限载荷和能量吸收更强;面板越厚,芯体孔径越小,结构的极限载荷和能量吸收越强;面板厚度对于能量吸收影响较大,芯体孔径对极限载荷影响较大。对碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元模拟,对其破坏变形过程进行对比分析后,验证了模型的有效性,为试验的设计和分析提供了指导与帮助。

复合材料蜂窝夹芯结构紧固件连接拉脱失效行为研究

结合数值仿真计算和试验研究,得到了复合材料蜂窝夹芯结构紧固件连接在拉脱载荷作用下的破坏形式及承载能力,揭示了相应的失效机理。介绍了复合材料夹层结构的刚度理论,并建立了有限元模型,数值预测了结构的失效模式与极限载荷,通过与试验结果的对比,证明了本文数值模拟方法的有效性。试验与数值计算结果均表明复合材料蜂窝夹芯结构的失效区域主要集中于连接区域,故为提高结构承载能力,尝试将连接区域的蜂窝挖空后进行灌封,并对此局部灌封形式的复合材料蜂窝夹芯结构进行数值计算,结果表明,采用对复合材料蜂窝夹芯结构连接区域蜂窝灌封的方式,其性能要优于挖空蜂窝灌封的结构,承载能力有显著提高。

大面积复合材料蜂窝夹芯结构变形浅析

近年来,随着复合材料技术的飞速发展,其优异的力学性能日益凸显,并在诸多领域得到应用。在非承力或此承力结构部位,已逐渐取代传统金属材料,甚至一些特种飞行器全机身均由复合材料构成。但受设计、工艺等诸多因素影响,复合材料结构件在制造工程中会暴露诸多问题。本文将结合工程中遇到的问题,通过试验验证,针对大面积复合材料蜂窝夹芯结构的变形情况,浅析其成因及解决办法。

复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击试验设计

复合材料蜂窝夹芯结构具有优越的材料性能,广泛应用于航空、航天和船舶制造等领域。结构在受到冲击时,很容易出现损伤。试验分析表明,低速冲击将严重降低蜂窝夹芯板的抗拉、抗压能力,造成面芯层间发生分层扩展。本文对复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击试验进行设计,并对结果进行分析,得出了相关变化规律。

复合材料蜂窝夹芯修补结构弯曲特性与温度相关性研究

建立复合材料蜂窝夹芯修补结构的渐进损伤分析模型,研究修补后蜂窝夹芯结构在弯曲载荷作用下的极限承载能力及损伤破坏模式,并进一步研究修补结构弯曲性能与温度的相关性。通过编写VUMAT子程序,设置补片以及蜂窝损伤板的失效准则及刚度退化模式,选用Cohesive单元以模拟修补结构中胶层的损伤状况,完成复合材料蜂窝夹芯修补结构的渐进损伤分析。研究结果表明:结构弯曲承载能力和胶层的粘结能力受温度影响较大,结构弯曲承载强度随温度的升高而减小,且脱粘失效会破坏结构的完整性;蜂窝夹芯结构面板基体损伤首先发生在90°方向铺层处,纤维基体剪切损伤首先发生在面板0°铺层处,并沿垂直于施载方向扩展至自由边界。

复合材料夹芯结构低速冲击性能研究

复合材料夹芯结构为电子设备与外层蒙皮提供了一体化设计的思路,可以大幅降低飞行器的结构重量。通过低速冲击试验和ABAQUS仿真研究了5 J和10 J冲击能量下某飞行器复合材料机翼蒙皮典型夹芯区域在低速冲击下的性能。随着冲击能量的增加,复合材料泡沫夹芯结构的能量吸收率由5 J的72.0%提升至10 J的76.0%。由仿真结果可知,当冲击能量达到10 J时,出现了纤维损伤,且损伤沿表层铺层角度扩展,基体压缩损伤主要出现在冲击正面,基体拉伸损伤主要出现在冲击背面,损伤随冲击能量的增加而变大。当冲击能量达到10 J时,上面板与泡沫芯体粘接处也产生了较大的损伤。

热塑性复合材料夹芯结构研究进展

从热塑性复合材料夹芯结构的设计、材料和制备等3个方面分析总结了国内外热塑性复合材料夹芯结构的研究现状,夹芯结构因为其高强度、轻量化以及功能集成等特点在承载和吸能等领域内广泛应用,展望了热塑性复合材料夹芯结构的未来发展趋势和前景。

双层蜂窝夹芯复合材料板在爆炸冲击下的动态响应试验

【目的】探究双层蜂窝复合材料板的抗爆炸冲击性能。【方法】采用LS-DYNA有限元分析和试验方法,以两种不同材料(玻璃纤维、凯夫拉)作为蒙皮与Nomex蜂窝芯组成双层串联蜂窝夹芯材料,并以其为研究对象,对冲击波毁伤靶板的动态响应过程进行研究,与试验结果进行比对分析。【结果】得到了靶板在冲击波作用下的动态响应数据及吸能情况。【结论】蜂窝是主要的吸能部件,凯夫拉板的毁伤情况更严重。

含穿透损伤复合材料蜂窝夹芯修补结构强度分析

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伸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。

复合混凝土材料及不同蜂窝夹芯结构的力学性能综述

为全面开展复合混凝土材料制备蜂窝夹芯板的研究,综述了国内外关于稻草秸秆纤维与纳米二氧化硅复合混凝土材料及蜂窝夹芯结构的研究,分析了各种检测方法,概述了稻草秸秆纤维与纳米二氧化硅复合混凝土材料及不同蜂窝夹芯结构的力学性能,对复合混凝土材料蜂窝夹芯板研究及应用趋势进行总结。

薄蜂窝复合材料夹芯结构侧压性能研究

对不同构型薄蜂窝复合材料夹芯结构侧向压缩响应进行了试验研究,研究参数包括芯材高度、芯材密度和面板刚度。结果表明,蜂窝芯材高度严重影响蜂窝结构失稳载荷和峰值载荷,而上下面板的刚度不对称性会严重降低失稳载荷却对峰值载荷影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构的整体破坏过程与芯材密度、芯材高度均有关系,而受刚度不对称性影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构在侧向压缩载荷下的主要失效模式是蜂窝芯材剪切破坏,通过高速摄像机对蜂窝局部进行观察,发现失效起始于单个蜂格的剪切破坏,导致其高度降低,继而引起上下两侧蜂格破坏,并且迅速扩展到上下约3个蜂格,导致载荷突降。若继续加载,破坏继续向两侧蜂格扩展,且载荷基本不变。

碳纤维/树脂基复合材料曲壁蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能

为研究碳纤维复合材料(CFRP)曲壁蜂窝结构在三点弯曲载荷作用下的承载特性与失效模式,对不同芯层高度、面板厚度的结构进行了理论预报、数值模拟及试验.首先,根据夹芯结构的主要失效模式,提出了相应的理论预报公式,并绘制了失效机制图;其次,建立了CFRP曲壁蜂窝夹芯结构的有限元仿真模型,对其在三点弯曲载荷作用下的典型失效行为进行模拟;最后,通过模压成型工艺制备了不同尺寸的CFRP曲壁蜂窝夹芯结构,并将试验结果与理论、模拟结果进行比较.结果表明,蜂窝夹芯结构承载能力与芯层高度、面板厚度密切相关,结构芯层及面板刚度随其尺寸的减小而下降,导致结构失效模式由面芯脱黏失效变为面板压溃失效.