含预制缺陷PLA蜂窝加筋结构承载力分析

目的 分析不同加筋构型及预制缺陷形式对蜂窝加筋结构抗弯承载能力的影响。方法 以热塑性PLA为基材,通过增材制造技术,制备含预制缺陷蜂窝加筋结构试件,考虑缺陷的长度、数量、深度、方向等因素,采用三点弯曲实验方式,并结合有限元仿真结果进行综合分析。结果 实验得到了结构的位移-荷载关系及破坏情况。线弹性变形阶段,实验与仿真拟合良好,该阶段内,六边构型PLA蜂窝加筋曲板结构承载能力整体优于正六边结构,但后者在后屈曲阶段的残余承载能力更好,且更不易发生断裂。相较于缺陷长度,缺陷深度和缺损肋壁数量对结构承载力的影响更为显著。缺陷方向越趋近宽度方向,结构承载能力越低。结论 实际工程中,应尽可能避免结构中间承载位置处横向加筋肋壁出现缺损,并充分利用正六边与内六边构型蜂窝加筋结构各自的承载优点。

高温环境下含典型凹坑缺陷蜂窝夹芯板特征值屈曲性能

蜂窝夹芯板是飞行器中一种常见的热结构,在服役过程中其面板表面容易形成不同形状的凹坑。为了研究不同形状凹坑对蜂窝夹芯板屈曲性能的影响,基于Python语言构建了含圆形凹坑缺陷、含正方形凹坑缺陷、含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板参数化有限元模型,分析了恒温和变温下凹坑缺陷关键参数对蜂窝夹芯板特征值屈曲性能影响规律,结果表明不管是恒温环境还是变温环境,随着凹坑缺陷直径(边长)或者凹坑深度的增大,蜂窝夹芯板临界失稳载荷降低;对比分析了等面积缺陷和等周长缺陷下3种典型缺陷对结构特征值屈曲性能的影响,结果表明等面积缺陷下,含圆形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者,等周长缺陷下,含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者。

复合材料蜂窝结构超声和太赫兹检测对比分析

为了研究不同无损检测技术对复合材料蜂窝结构中脱粘缺陷的可检性和检测精度,本文针对复合材料蜂窝结构进行了多种无损检测技术的检测试验和结果分析。主要采用穿透超声检测技术、穿透空气耦合超声检测技术、反射太赫兹检测技术和反射超声相控阵检测技术,对设计、制备的含有不同尺寸、不同分布位置的预制脱粘缺陷的检测对比试样进行了检测试验,对预制脱粘缺陷的可检性和检出缺陷尺寸进行了分析。分析结果表明,穿透超声检测技术、反射太赫兹检测技术和反射超声相控阵检测技术能够有效检出复合材料蜂窝结构中的脱粘缺陷,并且太赫兹检测技术具有较高的检测精度;穿透空气耦合超声检测技术无法有效检出复合材料蜂窝结构中的脱粘缺陷。

蜂窝夹层结构缺陷红外热成像检测及缺陷分类

为实现GFRP/NOMEX蜂窝夹层结构常见缺陷的准确分类,基于红外热成像无损检测技术,采用卷积神经网络及迁移学习技术建立GFRP/NOMEX蜂窝夹层结构缺陷的分类模型,比较微调的VGG16、MobileNetV2、ResNet50、InceptionV3、DenseNet201模型对于缺陷的分类效果,结果表明以上模型针对GFRP/NOMEX蜂窝夹层结构蒙皮脱粘缺陷、夹层脱粘缺陷、积水缺陷、堵胶缺陷及健康区域均可实现准确的识别分类,其准确率均在94%以上。其中基于VGG16的两种迁移学习模型及ResNet50的迁移学习模型对于此数据集的分类效果优于其余几种经典模型的迁移学习网络,其准确率分别达到99.94%、99.10%、98.95%,五个类别φ值得分均高于96%,可实现缺陷区域及健康区域的有效分类。

Stress Concentration around the Embedding of the Honeycomb Sandwich Structure

Honeycomb structures and other sandwich materials are being used as designs which have demanded high-stiffness and lightweight structures. The embedding design can further decrease the total weight of the products. Embedding will inevitably generate defect of the honeycomb and cause stress concentration. This study mainly discusses the tensile stress distribution near the defect in a quantitative way with the finite element and analytical method. The prediction function of the stress distribution is proposed. X and y directional stress distribution properties are found. These results are proved to be validate through a representative defect case. The bending stress distribution is investigated through material mechanics method and the prediction equation of the maximum bending stress is given.

基于柔性阵列探头的铸铝金具相控阵超声检测技术研究

针对铸铝金具结构的复杂化,传统无损检测技术已不能满足不规则形状铸铝金具现场快速检测的需求,提出一种基于柔性阵列探头的相控阵超声检测方法。首先给出用于柔性阵列探头的相控阵超声动态聚焦算法,分析CIVA无损仿真平台的基础仿真理论;其次基于CIVA无损仿真平台验证动态聚焦算法实现声束的偏转与聚焦,并通过仿真对柔性相控阵超声探头进行参数优化;最后通过对典型铸铝金具进行检测,验证方法的有效性和可行性。结果表明,对于不规则形状的铸铝金具,基于柔性阵列探头的相控阵超声检测可满足其出厂检测和现场在役快速检测的需求。

纵扭复合超声振动切割铝蜂窝芯表面质量研究

铝蜂窝芯因具有特殊的薄壁网格状结构,传统加工方式往往伴随着变形和毛刺,这是限制铝蜂窝材料应用的关键因素。超声振动加工在减少加工缺陷方面具有很大的潜力。建立有限元模型并进行切削模拟,同时进行铝蜂窝芯切削实验,对铝蜂窝芯在不同振幅和不同主轴转速下切割的表面形貌进行探究,并对不同振幅下圆刀片的磨损程度进行对比。结果表明:与普通切削相比,纵扭复合超声振动切削能够获得更好的表面形貌,更有效地降低切削缺陷数目;随着振幅的增大,切削缺陷数目得到减少,刀具磨损程度得到降低,切削表面的均匀一致性也变得更好,但施加的超声振幅过高也会导致胞壁产生分离;主轴转速增大能够很好地改善胞壁变形和胞壁分离现象。同时,在1350~2700 r/min之内存在一个最佳转速,使得切削缺陷数目可以达到最少。

蜂窝夹层结构常见制造缺陷分析

蜂窝夹层结构已成为卫星结构设计中广泛应用的重要材料。基于蜂窝夹层结构制造过程的复杂性和不可逆性,注重工艺控制对产品质量的保证是非常重要的。文章对蜂窝夹层结构制造过程中,由于工艺条件不当造成的缺陷和改进方法进行了分析。

镍基合金蜂窝材料冰固持条件下的超低温铣削研究

由于低刚度航天用薄壁镍基合金蜂窝材料在机械加工后常伴有卷曲、开焊、塌边等缺陷,故需改进其固持和加工方法。将该材料进行冰固持方法处理,采用数控铣床进行高速超低温加工。分析蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因,揭示冰固持超低温铣削机理。试验结果表明:相比于传统固持加工方式,冰固持超低温铣削后,蜂窝表面质量有很大提高,相关加工缺陷得到了有效抑制,切削深度对表面质量影响较大;获得了加工参数对铣削力影响顺序:切深最大,可提高3倍,其次为主轴转速,进给速度最小。该方法提高了蜂窝强度,改善了断屑方式。冰固持超低温工艺为面内径向等效强度小、低刚度薄壁金属蜂窝材料的高效加工提供了新方法。

脱胶缺陷对蜂窝纸板侧压强度的影响

对含有脱胶缺陷的蜂窝纸板的侧压强度进行了试验研究;分析了蜂窝纸板在侧压载荷作用下的变形特征及破坏现象;给出了含有脱胶缺陷的蜂窝纸板侧压强度的测量结果;分析了脱胶缺陷对蜂窝纸板侧压强度的影响。结果表明,对于面积为220mm×120mm蜂窝纸板试件而言,当缺陷直径≥8mm以后,侧压强度明显降低。

蜂窝夹芯板缺陷的ESSPI无损检测

蜂窝夹芯板的缺陷严重地制约和影响了其在航空航天领域的应用.介绍了电子剪切散斑干涉技术的基本原理,并利用电子剪切散斑干涉技术,用热加载的方式对蜂窝夹芯板进行了无损检测,通过图像处理及对含缺陷材料的3点弯曲实验,验证了电子剪切散斑干涉技术的正确性和适用性.结果表明,蒙皮与蜂窝芯子的脱粘等缺陷是蜂窝夹芯板强度降低的主要原因,该无损检测技术可以快速地对蜂窝夹芯板的质量检测进行评估.

含初始缺陷的蜂窝夹芯板疲劳行为

借助四点弯曲装置,对含有初始芯面脱焊缺陷的钢质蜂窝夹芯板开展了室温疲劳行为研究.载荷比为0.20,载荷水平在15%～90%.通过考虑不同脱焊尺寸研究该类结构的失效,得到疲劳寿命S-N曲线和疲劳极限.利用曲线拟合和外推技术,得到疲劳阈值为105次不发生破坏的临界缺陷尺寸为7.04 mm.失效模式分析表明:当芯子和面层脱焊缺陷尺寸为30～40 mm时,较易发生脱焊区的整体横向断裂;缺陷尺寸为15～20 mm时,主要以脱焊尖端的蜂窝芯壁撕裂和坍塌为主.

缺陷对蜂窝铝压缩变形机制及性能的影响

缺陷普遍存在于蜂窝材料中,对蜂窝材料的压缩变形机制和性能均有不同程度的影响。利用有限元法模拟研究了蜂窝铝的压缩过程,分析了制备蜂窝铝的过程中可能存在的缺陷及其数量,如断边、填充、大孔(SBS)、小孔(BSB)缺陷,研究了缺陷对其变形机制、屈服强度、平台应变和能量吸收特性的影响。研究结果表明:断边和大孔缺陷对蜂窝铝屈服强度的影响较为显著;而填充和小孔缺陷对平台应变和能量吸收的影响较为显著。

胞元缺失对蜂窝结构面内力学性能的影响

为了研究胞元缺失对蜂窝结构面内力学行为的影响,建立了负泊松比蜂窝结构有限元模型,并验证了模型的可靠性。对缺失比例及缺陷类型对蜂窝结构的面内力学性能的影响进行了比较分析。通过分析含缺陷蜂窝结构在特定等效应变下的蜂窝结构变形模式、归一化塑性能量损耗以及它们在相同归一化初始动能条件下的抗冲击能力等,讨论了蜂窝结构对缺失比例和缺陷类型的敏感程度。结果表明,在低速(2 m/s)压缩情况下,胞元缺失比例和缺陷类型均对蜂窝结构的塑性能量损耗有显著影响。但随着压缩速度的增大,这种影响逐渐减弱。另外,胞元缺失对蜂窝结构的抗冲击性能也有影响。该文研究可为蜂窝材料的工程设计提供参考。

玻璃钢蜂窝夹层结构制品常见缺陷修补技术

主要研究低压成型玻璃钢及其蜂窝夹层结构制品中常见缺陷(板-芯脱胶,蒙皮分层)的修补技术。制备了SC-13基体/玻璃布低压成型玻璃钢蜂窝夹层结构制品中常见的板-芯脱胶与蒙皮分层2种缺陷试样,分别用树脂注射法和贴补法对缺陷进行修补,对3种试样(含缺陷试样、无缺陷试样和缺陷修补试样)进行了检测,测试了试样的弯曲强度,分析了修补方法和所用材料的合理性、修补技术的可行性。研究结果证实,采用铁锚204与无碱布-60制备的胶膜贴补修补板-芯脱胶、采用J-153低粘度环氧胶黏剂注射修补蒙皮分层均有效,且修补工艺方法简单,修补后剪切强度恢复率与弯曲强度恢复率均较高,达80%以上。

冲击荷载下含随机缺陷的梯度蜂窝材料的力学性能

蜂窝金属材料由于生产工艺而产生材料梯度及随机缺陷等是不可避免的。本工作以材料梯度和随机缺陷为基础,探究了不同梯度和随机缺陷下蜂窝材料的动态力学性能,并通过变形均匀系数Φ来定量分析不同工况下材料的变形模式。结果表明:(1)无随机缺陷时,低速(v=20 m/s)冲击下,单层蜂窝材料的变形模式呈“X”型,多层蜂窝材料呈“V”型;高速(v=60 m/s)冲击下,蜂窝材料的冲击端出现惯性坍塌带,相对密度较小处出现“V”型变形带。有随机缺陷时,蜂窝材料的坍塌变形带呈弥散分布。(2)适当的随机缺陷和蜂窝梯度有利于改善整体材料变形,使材料的变形均匀系数Φ降低。(3)低速冲击下蜂窝材料的平台应力随梯度增加而降低,高速冲击下则随梯度增加而增加。同时,蜂窝材料的平台应力随缺陷率增大而降低,当随机缺陷率超过15%时,平台应力急剧降低,此时,随机缺陷率是影响材料动力学性能的主要因素。

利用呼吸图案法制备聚(苯乙烯-b-丙烯腈)有序多孔薄膜

以自制的聚(苯乙烯-b-丙烯腈)(PS-b-PAN)嵌段共聚物为成膜材料,采用呼吸图案法制备了有序多孔薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜形貌进行了分析,研究了聚合物浓度、溶剂种类及共聚物结构对薄膜结构的影响.结果表明,薄膜表层为多孔结构,且孔为圆形、以六方阵列形式排列;薄膜表层下面是蜂窝状结构.以三氯甲烷(CHCl3)为溶剂时,在较高浓度下制备的薄膜表层孔间距较大,蜂窝结构尺寸较小,且形成了多层结构.与CHCl3为溶剂时相比,挥发速度较快的二硫化碳(CS2)作溶剂时制备的多孔薄膜有序性较好,薄膜表层孔径和孔间距均较大,蜂窝结构尺寸较小.以没有PAN链段的聚苯乙烯大分子引发剂(PS-Cl)为成膜材料时,制备的薄膜表层没有形成多孔结构,而是形成了窝状结构.同时,通过对薄膜表层晕的研究证明了多孔薄膜表层缺陷是由水滴处于液膜下较深的位置造成的.

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。

缺陷对高温合金蜂窝板弯曲力学性能的影响

采用预埋缺陷的方法,制备含有面芯脱焊缺陷的高温合金蜂窝板,进行了三点弯曲试验,研究了缺陷形状、大小、位置和蜂窝芯取向对蜂窝板三点弯曲损伤模式和承载能力的影响。研究发现,含面芯脱焊缺陷的蜂窝板在缺陷受压部位产生反向鼓包,并沿着宽度方向扩展为完全破坏;随着缺陷尺寸的增大,蜂窝板承载能力逐渐降低;当缺陷位于三点弯曲受拉面时,蜂窝板具有更高的三点弯曲极限载荷,且矩形缺陷试样的弯曲极限载荷要高于相同缺陷面积的圆形试样。最后,利用LS-DYNA对含圆形缺陷高温合金蜂窝板的三点弯曲性能进行了数值模拟分析,得到其三点弯曲过程中的应力分布状态。

蜂窝壁缺失所致应力集中分析

蜂窝或胞壁缺失是蜂窝夹层结构缺陷形式的一种,由于蜂窝(壁)的缺失,导致蜂窝芯子的连续性被破坏,并产生应力集中。本文从蜂窝细观尺度出发,通过数值解析与有限元模拟相结合的方式对缺陷周围胞壁正应力进行分析,首先,通过有限元模拟得到胞壁的拉应力结果,结果表明,应力集中带状区上的胞壁标准化拉应力沿横向符合近似卡方概率密度函数的分布形式;存在一个临界位置使蜂窝壁拉应力分布曲线出现反转。其次,对蜂窝缺陷最大拉应力处的壁内弯矩值与胞壁缺失个数的关系进行了推导。最后,给出了预估弯曲应力的公式,并分析了缺陷形状对预估公式参数的影响。