蜂窝复合材料的研究与应用

从20世纪40年代起,鉴于航空工业的需要,复合材料逐渐发展起来并以其优越的性能占据了极大分量。蜂窝复合材料作为新型仿生学新复合材料,借鉴了蜂巢正六边形的完美拓扑结构,具备十分优异的消音、高强度、高抗性、隔热等性能,被广泛应用在航空航天等多个领域。文章主要以蜂窝复合材料为研究对象,探究其在与不同新型热门材料结合后相比于传统材料的优势及未来发展应用方向。

碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁轻量化设计

采用碳纤维铝蜂窝复合材料替代原铝合金材料,对汽车的保险杠横梁进行轻量化设计,并利用Abaqus CAE软件对比分析铝合金(6082-T6)、T300和T700碳纤维以及T300碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁的力学性能。利用碳纤维铝蜂窝复合材料结构方面的可设计性,探索碳纤维铝蜂窝复合材料面板的厚度、铝蜂窝的边长尺寸以及铝蜂窝的壁厚等结构参数对碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁性能的影响规律,通过调节结构参数获得最优性能的碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁。结果显示,设计的H4碳纤维铝蜂窝复合材料的保险杠横梁的抗冲击性能优于传统铝合金,并且能减重50%左右,满足使用要求且轻量化效果显著。

蜂窝复合材料超声加工复合变幅杆的设计

在蜂窝复合材料的超声加工中,针对阶梯形变幅杆截面交界处突变存在应力集中,不适合在高振幅的情况下工作的情况,兼顾形状因素与放大系数,设计了指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆。通过波动方程建立变幅杆参数方程,计算了变幅杆的谐振长度、放大倍数、节点位置。利用ANSYS软件分别对指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆进行有限元分析,通过调节变幅杆的长度对变幅杆进行优化。计算表明,优化后变幅杆的频率误差降低,指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆的谐振频率分别为20.194 kHz,19.999 kHz,19.633 kHz,放大倍数分别为5.506,4.460,6.16,最大应力分别为38.976 MPa,30.399 MPa,55.593 MPa。将简单形状变幅杆与阶梯形变幅杆相结合,既有较大的放大系数又避免了应力集中。

基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究

Nomex蜂窝复合材料的超声切割技术克服了传统高速铣削中存在的工件固持困难、加工粉尘大等问题。基于断裂力学研究Nomex蜂窝复合材料的超声切割机理,为超声切割工艺参数优化以及超声波声学主轴的优化设计提供理论依据。根据直刃刀超声切割Nomex蜂窝复合材料加工工艺,建立直刃刀的运动学方程,分析得到超声切割断续加工过程中直刃刀与材料相互作用时间关系;应用断裂力学理论,引入动态应力强度因子建立蜂窝复合材料的断裂韧性模型,研究超声切割作用下蜂窝复合材料的微观断裂过程,根据直刃刀位移和裂纹扩展的关系模型,分析切削力的影响因素,并进行仿真研究。研制了超声切割工艺试验台,对蜂窝复合材料进行了有超声和无超声切割加工的对比试验,试验结果显示超声切割显著地减小了切削力,也证实了冲击产生的微裂纹扩展是蜂窝复合材料在直刃刀超声切割作用下,切割力减小的主要原因。理论分析和试验研究表明基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究具有有效性和合理性。

刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统阻抗特性的影响

针对刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统的影响,利用四端网络法,将压电换能器与变幅杆结合在一起,提出了声学系统的整体设计方程,得出了负载与声学系统阻抗特性的关系式。利用有限元软件对声学系统进行模态分析及谐响应分析,并利用阻抗分析仪和激光位移传感器对声学系统的阻抗﹑谐振频率和输出振幅进行检测。仿真和实验结果表明:随着刀具负载的增大,声学系统的阻抗值增大,谐振频率减小,但仿真与实验得出的输出振幅与理论分析不同,这是由于刀具的放大作用造成的。研究结果对声学系统的设计及实际应用有指导意义。

蜂窝复合材料超声切割力建模及工艺参数选择研究

针对Nomex蜂窝复合材料超声切割加工因缺乏系统化的理论指导以及工艺参数选择的盲目性而导致导致工件加工质量差的问题,对蜂窝复合材料直刃刀超声切割力以及工艺参数的选择进行了研究,基于刀具运动学特性分析建立了超声切割力与工艺参数的关系理论模型。基于该模型,研究了施加超声波振动能量后引起切割力变化情况,基于该模型,通过运用Matlab软件仿真分析,研究了工艺参数对超声切割力的影响规律。研究结果表明,与普通加工相比,采用超声复合切割蜂窝复合材料可以有效地降低切割力。刀尖角、刀刃面夹角对切割力的影响较为显著,其次是前倾角,刀具摆角对切割力的影响最小,该结果为工艺合理选择及进一步优化奠定了较好的理论基础。

Nomex蜂窝复合材料冲击损伤及剩余压缩强度试验

针对Nomex蜂窝复合材料冲击损伤问题,研究蜂窝材料在冲击作用下的损伤行为。对试件进行预制冲击损伤试验和冲击形貌分析。测试剩余压缩强度,根据试件应变值变化情况得出试件的屈曲载荷和破坏载荷,并与未进行冲击试件对比分析。结果表明:冲击损伤后,Nomex蜂窝复合材料试件压缩屈曲载荷保持率为80.0%左右,破坏载荷的保持率为67.7%左右,破坏最大应变的保持率为62.9%。

航天大型蜂窝复合材料构件的配合型面加工技术

对于航天飞行器的大型蜂窝复合材料椭圆球冠构件，提出了数字化制造的技术路线和实施方案，并进行批量生产。

铝蜂窝复合材料客车底板性能研究及应用

铝蜂窝复合材料作为一种新型材料,具有轻质高强的结构。对铝蜂窝复合材料的平拉性能、压缩性能、剥离强度等基本力学特性进行试验研究,试验结果表明:铝蜂窝客车底板具有比其他客车底板材料更好的力学性能。基于模态分析理论,对系统的模态参数和物理参数进行分析;并将铝蜂窝的动弹性模量和三点弯曲法的静弹性模量进行对比分析,结果表明:动弹性模量普遍大于静弹性模量,可以用动弹性模量作为铝蜂窝复合材料的一种考核指标。并对铝蜂窝复合材料客车底板进行结构设计,说明铝蜂窝客车底板安装的可行性。

铝蜂窝复合材料的大面积粘接与应用

由铝蜂窝和铝合金面板粘接而成的蜂窝夹层结构具有质轻、比强度高、隔音、隔热、防潮和密封性好等特点 ,是一种很有价值的新型材料。本文所介绍的是大面积铝蜂窝夹层结构板的粘接成型与实际中的应用。

Nomex蜂窝复合材料冲击损伤及剩余剪切强度试验

Nomex蜂窝复合材料在航空航天中的应用越来越广泛,但其对低速冲击损坏较为敏感,针对Nomex蜂窝复合材料冲击损伤问题,研究了蜂窝材料在冲击作用下的损伤行为,并进行了剩余剪切强度试验,观察试验件应变值变化,得出试验结构件破坏载荷和最大破坏应变,并与未进行冲击试验的试验件进行对比。结果表明:冲击损伤后,破坏载荷的保持率为69.0%左右,破坏最大应变的保持率为78.8%,即冲击损伤使蜂窝复合材料的力学性能恶化,且影响较大。

创新让我更有底气——访广东佛山利铭蜂窝复合材料有限公司总经理区廷杰

2009年11月7日,佛山市技术创新协会第一次会员大会在众人的关注中召开。该协会首批企业会员如骏达、利铭、康达、金珠江、峰华等尽管在产业规模上都属小企业,但在技术创新上都各拥专利"绝活",有的还参与了行业标准的制订,已成为国内某领域的行业领跑者。据新当选的技术创新协会理事长叶俊杰透露,协会成立后,将致力于增强佛山中小企业的技术创新能力,搭建中小企业技术创新平台,加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。欣闻该协会成立,记者趁11月中旬在广州采访中国专利周主会场开幕式之际,抽空走访了这个协会。在协会秘书长黄志海先生的陪同下,记者还有幸采访了该协会的副理事长,广东佛山利铭蜂窝复合材料有限公司总经理区廷杰先生,以及协会理事广东西屋康达空调有限公司总经理蔡湛文先生,并由此更加深切地感受到,应对金融危机的最有效法宝就是技术创新。

蜂窝复合材料圆盘刀超声切削研究

Nomex蜂窝复合材料具有非均质、各向异性的特点,是一种典型的难加工材料。为了提高数控超声切削蜂窝复合材料的加工质量和加工效率,对圆盘刀超声切削的运动学及切削力进行研究。针对圆盘刀超声切削的加工工艺,分析超声切削刀具的位移、速度和断续切削条件,推导建立超声切削力模型,为优化刀具结构参数和工艺参数提供理论基础。

超声相控阵技术检测蜂窝复合材料案例

随着蜂窝复合材料在航空航天领域的广泛应用,其无损检测的要求也越来越高。常规超声检测技术不仅速度慢而且分析困难。超声相控阵技术采用电子扫查,检测速度大大提升,再配合C扫描视图,可以使缺陷的分析变得简单。文章介绍了采用超声相控阵技术检测碳纤维蒙皮铝蜂窝工件、带涂层以及不带涂层的碳纤维蒙皮纸蜂窝工件的三个检测案例。从检测结果可以得出,超声相控阵技术可以有效检测蜂窝复合材料的内部脱粘缺陷,具有很好的应用价值。

玻璃纤维蜂窝复合材料的太赫兹无损检测技术（英文）

采用双高斯脉冲反卷积滤波技术对太赫兹时域波形进行滤波优化,提出一种基于太赫兹时域光谱无损检测的太赫兹反射式层析成像技术,用于分析玻璃纤维蜂窝复合材料的粘接质量.结合玻璃纤维蜂窝复合材料结构的特点,分别在蜂窝上层胶膜和下层胶膜中设计了不同直径的圆形和梯形脱粘缺陷,在此基础上,完成了脱粘缺陷蜂窝结构样品的制作.提出的太赫兹反射式层析成像和B-scan成像方法,适用于玻璃纤维蜂窝复合材料的脱粘缺陷分析.针对反射式层析成像图像对比度差的问题,结合脱粘缺陷处的太赫兹时域波形数据特征,采用缺陷特征时间区域成像优化技术,提高了脱粘缺陷的检测能力和识别准确率,实现了玻璃纤维蜂窝材料的上层脱粘厚度50μm、下层脱粘厚度50μm缺陷的太赫兹无损检测.

基于激光散斑的蜂窝复合材料缺陷检测

通过基于激光散斑检测技术的缺陷信息提取方法,可快速判断缺陷的位置及大小。基于散斑干涉原理,对图像降噪进行了研究分析,试验结果表明,通过傅里叶滤波、图像线性趋势处理、灰度处理、分步解包等图像综合处理技术可有效提取散斑干涉信息,缺陷信号比较清晰。针对该研究结果,对飞机雷达罩进行检测时,运用图像综合处理技术获得缺陷的相关信息,验证了采用该方法提取层压结构和纸蜂窝结构缺陷信息的可行性,有效提高了激光散斑检测的工作效率和可靠性。

薄蜂窝复合材料夹芯结构平压试验研究

复合材料夹芯结构自产生以来，因其优良的性能受到航空航天行业内的认可，已成为一种十分重要的结构材料。夹芯结构由于其特点，在飞机结构高度大的位置（例如蒙皮壁板）取代加筋结构应用能较大程度的减轻重量，

蜂窝复合材料粘结质量的相控阵超声波检测

蜂窝复合材料由于其突出的使用性能，目前在航空航天和建筑等领域得到大量的应用。蜂窝复合材料又叫蜂窝夹层板，主要由蒙皮（树脂涂层＋合金板）、蜂窝芯和粘接剂组成（如图1所示）。