孔槽泡沫夹芯复合材料真空辅助树脂传递工艺仿真与优化

本工作提出了孔槽泡沫夹芯复合材料的设计方案并针对真空辅助树脂传递(VARI)工艺进行了实验和仿真研究。首先,通过实验测得玻璃纤维织物和树脂的相关参数,利用Hagen-Poiseuill方程和达西定律算出孔洞和沟槽的等效渗透率;接着,利用PAM-RTM模拟孔槽泡沫夹芯复合材料的VARI工艺过程,并与实验结果进行对比;然后,使用PAM-RTM研究了芯材加工参数、树脂灌注方式和导流网铺敷区域对成型过程的影响,并选出了最优方案;最后,在此方案的基础上研究了树脂黏度与灌注时间的关系,并拟合得到了预测函数。结果表明:实验结果与仿真结果基本一致;最优灌注方案可显著缩短树脂填充时间并降低整体孔隙率;预测函数可准确预测灌注时间,对实际生产具有一定的指导意义。

夹芯复合材料板架强度试验及典型节点疲劳试验验证研究

[目的]夹芯复合材料在船舶结构中的应用日益广泛,为保证结构的强度特性,夹芯复合材料结构与钢质主船体之间通常采用螺栓连接,但由于孔周围的局部应力集中及连接位置的边界效应,螺栓连接位置通常为结构最危险的位置,需要进行强度及疲劳校核。[方法]针对一实尺度钢-夹芯复合材料板架结构,通过试验方法和有限元方法对板架在0.1 MPa均布载荷作用下的强度特性进行研究。通过对比试验测量与有限元计算的结果验证有限元方法的计算精度。基于有限元方法,通过结构应力等效的方式,设计两个等效疲劳试验节点,通过试验方法对钢-夹芯复合材料结构的疲劳寿命进行考核验证。[结果]研究发现,该板架结构在设计载荷下的疲劳寿命满足500万次循环的设计要求。[结论]对于大型螺栓连接结构的疲劳问题,可设计等效节点进行疲劳试验,通过结构应力等效的方式进行载荷等效。

大比例芯-板比的混合夹芯复合材料阴模成型工艺的研究

本文对大比例芯-板比的混合夹芯复合材料阴模成型工艺进行了研究,以解决该产品R角内部缺陷、泡沫芯材塌陷的产品质量问题,将该产品的R角结构进行了切割打磨,使用光学显微镜观察并分析了阴R角中典型的缺陷结构。开展了预浸料对比试验、R角辅助压实工装对比试验、蜂窝稳定化试验来分析缺陷产生的原理,探索消除R角内部缺陷的方法。此外,还研究了泡沫芯材在常用的复合材料成型工艺参数下的压缩变形情况,探索出了对泡沫进行密封保存以及增加保护盖板厚度的方法来解决其塌陷变形的问题。通过以上研究形成了大比例芯-板比的混合夹芯复合材料阴模成型的优化工艺方法,解决了该产品R角内部缺陷和泡沫塌陷的问题。

船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构设计与验证

根据多晶莫来石纤维、金属碰钉和碳纤维双轴向织物的材料特性,进行船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构设计。在完成材料选择和试样制备后,对设计的船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构进行耐火试验验证。试验结果表明,试样的完整性和隔热性均合格。

夹芯复合材料在轨道交通领域的应用及研究进展

夹芯复合材料,以其优异的力学性能和减重效果,在轨道交通领域得到了广泛的应用。本文介绍了三类常用的夹芯复合材料,列举了其在国内外轨道交通领域的典型应用,简述了夹芯复合材料的研究进展,建议后续可以在行业标准、计算机辅助设计、工艺改进和多功能化这几个方向做更深入的研究。

船用夹芯复合材料加筋板结构变形研究

文中测量了类似均布载荷下夹芯复合材料加筋板的变形值,使用实体单元建模方法和实体单元、壳单元相结合的简化建模方法建立了6个不同网格尺寸的有限元模型.有限元计算结果表明:使用实体单元、壳单元相结合的简化模型4可以以较高的计算效率取得误差在5%以内的计算结果.有限元建模此类夹芯复合材料加筋板时可使用实体单元、壳单元相结合的方式来简化,且复合材料蒙皮的网格尺寸应控制在蒙皮厚度的10倍左右,夹芯厚度方向至少划分两个网格.

起圈织物泡沫夹芯复合材料Ⅰ/Ⅱ型断裂韧性研究

夹芯复合材料在受到弯曲、剪切和冲击等载荷作用下易发生脱层损伤。脱层损伤程度与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性密切相关。起圈织物由于在其厚度方向引入环状纤维束,增强了与芯层的结合能力,使其在抗分层方面性能优良。本文主要研究起圈织物泡沫夹芯复合材料的Ⅰ/Ⅱ型界面断裂韧性。根据试验标准分别制作了平纹织物泡沫夹芯复合材料和起圈织物泡沫夹芯复合材料。采用双悬臂梁试验(Double cantilever beam, DCB)和末端缺口挠曲试验(End notch flexure, ENF)对上述试验件的增韧机理进行了研究。研究表明,环状纤维束的引入大大提高了界面性能。起圈结构相较于平纹结构的Ⅰ型断裂韧性G_(ⅠC)提高了434%,Ⅱ型断裂韧性G_(ⅡC)提高了400%。通过建立有限元模型,采用内聚力模型来描述裂纹的扩展,数值结果与试验结果吻合较好。

机械冲击防护柱胞夹芯复合材料及其吸能性能

对机械冲击的定义进行了解释,重点分析了柱胞的抗冲击吸能原理,介绍了抗冲击吸能性能评价指标。在此基础上,阐述了直管、锥形管、球壳结构三种不同构型的柱胞单元在冲击荷载条件下的吸能特性及其研究现状,并对比了不同要素对柱胞抗冲击吸能性能的影响。最后分别归纳总结了不同构型柱胞单元的抗冲击吸能特性,并对机械冲击防护材料进行了初步展望。

夹芯复合材料损伤分析方法研究

为了实现夹芯波纹板在加工和服役过程中由于冲击载荷、疲劳等产生的脱焊损伤缺陷无损伤检测,本文提出一种对损伤进行定量识别的检测方法,基于动态响应参数对夹芯波纹板结构开展损伤分析方法研究。根据固有频率、模态振型、振型曲率、模态应变能等参数理论,建立夹芯波纹板有限元模型,基于动态响应参数开发曲面光滑算法、曲率模态变化率法和二维连续小波变换法对结构脱焊损伤进行识别;然后对该模型进行模态分析,获取损伤夹芯波纹板模态振型,使用中心差分法求取模态振型曲率,将模态振型曲率作为损伤敏感参数,通过提出的损伤检测方法对该敏感参数进行处理,分别建立损伤识别指标,对损伤的位置、数量进行识别,并对各方法损伤识别结果进行对比分析。结果表明,曲率模态变化率法和二维连续小波变换法可有效识别出损伤的位置和数量,且曲率模态变化率法的损伤识别指标更显著,损伤识别效果最好。但在预设一处损伤的情况下,曲面光滑算法还需进一步研究和验证。

纤维增强树脂基夹芯复合材料隔声性能的研究

本文对轨道交通车辆安装复合材料头罩的驾驶室进行隔声研究,先从双层纤维增强树脂基夹芯复合材料对称结构和非对称结构的隔声性能进行研究,再对三层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构的隔声性能进行探究,接着进一步探究阻尼材料、隔声材料对纤维增强树脂基夹芯复合材料隔声性能的影响,最后根据驾驶室的实际情况,探究空气层和内饰件产品对驾驶室隔声性能的影响。结果表明,对于双层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构,在声源侧分配厚的纤维层,比平均分配两侧纤维层可获得更高的隔声性能;对于三层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构,将厚度最大的纤维层置于近声源端,将厚度次之的纤维层置于远声端,将厚度最小的纤维层置于中间的结构,其隔声量明显优于双层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构;在复合材料背面增加阻尼材料或隔声材料都可提高其隔声性能;考虑内饰件及空气层时,驾驶室的隔声量可提高。

全高度PMI泡沫夹芯复合材料组件制造技术研究

某型民用支线飞机舵面尖部选用全高度泡沫夹层,以实现舵面结构和操纵功能,提出了PMI泡沫芯材不同铣切方法,验证了无铣切夹具加工双曲面全高度PMI泡沫芯材的铣切技术,探讨了共胶接和共固化制造技术特点,使用共胶接成型增加了骨架组件修整操作,实现了制造过程可视化。以组件角分线为分模面,采用“软硬合模”工装,确定了“预浸料+airpad+预浸料+airpad”的“软模”压力垫形式,实现固化压力有效传递。

安静型夹芯复合材料舵设计及其力学性能分析

通过对夹芯复合材料各层材料的选择,以及夹芯复合材料舵壳的结构设计,提出了夹芯复合材料舵的设计方案和制作工艺。并利用有限元方法计算了复合材料舵壳在流体压力作用下的应力和变形,以及在瞬态载荷作用下舵壳的振动响应。计算结果表明,夹芯复合材料舵壳满足结构的强度和刚度的要求,同时振动水平与钢舵比较有很大的改善。

夹芯复合材料结构阻尼特性研究

从粘弹性材料的本构关系出发,应用复特征值理论推导了夹芯复合材料结构阻尼的计算方法;同时基于能量损耗原理和阻尼的产生机理,研究了夹芯复合材料结构阻尼计算的模态应变能方法;提出了两种承载/减振夹芯复合材料结构模型,应用动态力学热分析方法测量了芯材的阻尼参数;应用两种阻尼计算理论和有限元数值分析相结合的方法研究了两种夹芯结构模型的损耗因子,并与试验结果进行了比较;分析了夹芯厚度对结构损耗因子的影响。

斜入射下水中隐身夹芯复合材料附体结构声学设计

将隐身夹芯复合材料代替附体结构钢质壳板,建立了斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了二维空间声波斜入射时的传递矩阵,及带空腔水附体结构的声反射系数和吸声系数表达式;对带空腔水附体结构模型进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验模型进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对隐身附体结构声学性能的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料附体结构进行了声学设计,分析了各层材料参数和几何参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律。

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。

碳纤维/环氧树脂基中空夹芯复合材料压缩性能的有限元法研究

在已有研究的基础上,利用有限元软件ANSYS Workbench,建立了三维中空夹芯复合材料结构模型,进行三维中空夹芯复合材料的压缩性能研究。利用该模型,探讨了材料在2 mm压缩位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明:三维中空夹芯复合材料在压缩载荷作用下,芯材交叉处应力最大,最容易发生压缩破坏;上下面板应力最小,最不容易发生压缩破坏;复合材料在承受压缩载荷作用时,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用;材料的破坏模式主要为树脂破裂。

夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法,分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。

夹芯复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究

潜艇的声隐身问题一直是研究的热点,各种新的声学材料和结构不断涌现。首先对复合材料在潜艇声隐身结构中的应用情况进行了分析,对其材料、结构形式、作用效果等方面进行了详细阐述,提出了夹芯吸声复合材料作为水下声隐身结构的发展趋势。然后利用数值计算的方法,对夹芯复合材料的声学性能进行了分析,得到了夹芯复合材料各层材料参数,如厚度、声特性阻抗和损耗等对声学性能的影响规律。最后,评估了典型局部结构壳板应用夹芯复合材料后的力学性能和声隐身性能。结果表明,潜艇非耐压结构的壳板采用夹芯复合材料可以满足结构的力学要求,与钢结构相比声隐身能力得到提高。

基于背衬影响的水下声隐身夹芯复合材料结构设计

在考虑背衬影响的前提下,建立了3种典型水下声隐身夹芯复合材料的结构模型;从水声波动方程出发,推导了3种模型的传递矩阵、声反射系数和吸声系数,并通过试验验证了传递矩阵法的有效性;考虑吸声层厚度、密度、损耗因子、水层厚度等对声隐身性能的影响,应用数值方法对水下夹芯复合材料声隐身结构形式进行了设计,分析了各层材料参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律;在吸声层中附加了一层复合材料,有效地抑制了隐身结构的谐振峰,并研究了附加层的匹配位置,使隐身结构在不改变吸声层厚度的情况下获得了更好的声学性能。

三维中空夹芯复合材料拉伸性能的有限元分析

利用有限元软件Workbench,建立了三维中空夹芯复合材料结构模型,进行拉伸性能研究。利用该模型,探讨了材料在1 mm拉伸位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明:三维中空夹芯复合材料在拉伸载荷作用下,"X"形芯材交叉处应力最大,最容易发生拉伸破坏;上下面板应力最小,最不容易发生拉伸破坏;复合材料在承受拉伸载荷作用时,增强体纤维起主要承载作用,基体树脂起次要作用;当拉伸位移载荷达到1 mm时,材料的破坏模式主要为树脂破裂。