内置复材管局部弱约束混凝土方柱受压性能研究

基于约束混凝土提出一种由钢筋、混凝土及缠绕管组成的内置复合材料管局部约束混凝土组合柱(ConcreteEncased FRP Confined Concrete Sub-Columns/Cores Column,简称"CEFC"),本构件截面形式为外围的钢筋混凝土类方柱和内置于4角点的FRP管约束混凝土圆柱(Concrete-Filled FRP Tube,简称"CFFT")组合而成。通过试验研究及有限元数值模拟对钢筋混凝土柱及内置复合管局部弱约束混凝土方柱进行了轴偏压作用下力学行为的分析和比较。结果表明,弱约束CEFC典型破坏模式为局部破坏,内置CFFT可较好延缓构件整体破坏。CEFC在轴压和偏压作用下延性都有所提高,且在偏压作用下CEFC具有明显的二阶刚度,且承载力具有小幅度提高。

复材管纤维缠绕角度对约束混凝土轴压性能的影响研究

纤维缠绕角(即纤维缠绕方向与试件轴线的夹角)对复材约束混凝土柱轴压性能有着较大的影响。为研究纤维缠绕角对约束混凝土轴压性能,进行了纤维缠绕角为±80°、±60°以及±45°的复材约束混凝土的轴压试验。研究结果表明:纤维缠绕角绝对值越小,复材管对约束混凝土的约束作用越小;试件整体的最大承载力随着纤维缠绕角绝对值的减小而减小,试件整体的最大极限应变随着纤维缠绕角绝对值的减小而增大。

CNTs/Al复合材料应力松弛时效特性及建模研究

针对新一代航空航天用轻量化壁板结构用高比模量、比强度碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)成形需求,研究了CNTs/Al应力松弛时效变形强化行为及其形性协同预测建模。在130℃条件下,对CNTs/AA2024开展了涵盖弹塑性初始加载条件(215 MPa、390 MPa和4%、6%)的应力松弛时效强化系列实验。结果表明,CNTs/AA2024的应力松弛曲线呈现较短的初始变速率松弛阶段(2.5 h)和稳定速率松弛阶段;进入塑性阶段后,应力松弛量未明显提高,可能来源于CNTs对位错移动的阻碍作用。在390 MPa初始应力下,材料的屈服强度随时间延长而提高,在5 h左右达到峰值时效,屈服强度为485 MPa,至16 h未出现明显过时效。在相同时效时间下,CNTs/AA2024屈服强度随着初始应力的提高而增加;塑性加载阶段,屈服强度提升效果更为明显(576 MPa),主要是由于加工硬化和位错诱导析出强化的协同作用。进一步的,建立了针对CNTs/AA2024应力松弛时效的统一本构模型,实现了其应力松弛变形、时效强化以及关键微观变量的协同预测。

基于熔池热历史的陶瓷增强金属基复材激光定向能量沉积质量实时监测方法

针对激光定向能量沉积(L-DED)制备陶瓷增强金属基复合材料(CRMMC)过程中成形质量不稳定的问题,提出一种基于熔池热历史的CRMMC质量监测方法。为实现在CPU硬件上的实时监测,构建了单路结构的轻量级全深度可分离卷积神经网络模型(FD-Net)。输入9个不同激光能量制备不同状态的CRMMC成形质量,使用红外热像仪同步采集熔池红外图像作为数据集训练和测试FD-Net,并与当前先进的轻量级卷积神经网络(CNN)模型进行性能对比。结果表明:FD-Net在Inter-CPU上以7.90ms/帧的推理时间实现了高精度监测,显著低于其他CNN模型,证明所提方法可在工业微型计算机上实现CRMMC质量状态的实时监测。

粉末金属及复材热锻工艺研究现状

相比于常规锻造,热锻工艺在锻造工艺当中应用最为广泛,更有利于组织内部的晶格重组和再结晶,并能够更好地细化组织内部晶粒,降低气孔率,提高综合性能。本文系统地综述了现阶段粉末金属合金以及复合材料的热锻工艺研究进展,介绍了目前采用热锻工艺生产制备的粉末金属及复材,分析了材料在热锻工艺下的模拟技术研究现状,最后讨论了热锻工艺的未来发展方向及后续研究方向。

飞机复材主承力结构数字化高性能装配协调技术研究与应用

为满足新一代大型飞机复合材料主承力结构高精度、低损伤、低应力的装配性能与技术指标保证需求,本文以产品多种类关键特征耦合分析与控制为装配协调设计线索,以工程化应用研究为主线,系统地阐述了以关键特征识别、三维工艺容差仿真分析、装配过程变形预测、实测数据预装分析、高精度装配补偿等方法为主要技术路径的飞机复材主承力结构数字化高性能装配协调技术体系,并以典型复材外翼盒段部件装配为对象,对上述体系方法进行了全流程工程应用研究与试验验证,解决了复材外翼盒段部件装配协调设计与产品补偿策略设计问题,产品装配质量满足设计要求。

污染环境中织状复材蒙皮孔的视觉检测技术研究

碳纤维增强复合蒙皮一般通过连接孔与飞机骨架零件进行连接,连接孔的孔位对于保证连接强度至关重要。为了实现污染环境中织状复材蒙皮孔的高效在机检测,文章设计了一套机器视觉装置,提出了连接孔与激光光斑的图像算法,通过孔区域快速定位和临近边缘搜索实现了孔周边缘的精确提取,结合激光光束标定和光斑坐标值计算连接孔的孔位。在蒙皮试验件上开展了在机测孔实验,将文章的图像算法与常规图像算法进行对比。结果表明,文章的算法具有更好的适应性;孔位测量误差小于0.05 mm,检测效率达到每分钟12孔。

纤维复材浆料流变性能分析及矿混匀质量应用研究

为了提高混匀料场混匀矿质量,制备了高性能碳纤维增强复合材料,考察了SiC_(240)∶SiC_(1200)比值对碳纤维增强复合材料浆料流变性能、密度和断口形貌的影响。结果表明,碳纤维增强复合材料浆料的黏度从大至小的SiC_(240)∶SiC_(1200)比值顺序为:1∶5、1∶2、1∶1、2∶1、5∶1。碳纤维增强复合材料浆料的黏度会随着SiC_(240)∶SiC_(1200)比值减小而增大。随着SiC_(240)∶SiC_(1200)比例从5∶1减小至1∶5,碳纤维增强复合材料的密度从2.62 g/cm^(3)减小至2.06 g/cm^(3)。当SiC_(240)∶SiC_(1200)比例从5∶1减小至1∶5时,由于细颗粒SiC含量增加,碳纤维增强复合材料浆料素坯和原浆料体积百分比呈现增加的趋势。适宜的SiC_(240)∶SiC_(1200)比值为1∶1,此时浆料具有较好的流变性能和较高的密度。

客机复材机身货舱门口框结构设计

探讨客机复合材料机身货舱门口框结构的设计技术,介绍复合材料的特点、优势和应用领域,以及机身货舱门口框结构的功能、要求和设计方法。从结构形式、材料选择、开口R角及铺层设计对蒙皮加强影响等方面分析复合材料机身货舱门口框结构设计中的关键问题以及采取的相应措施和技术手段,给出一个复合材料机身货舱门口框结构在某型客机上的应用方案和效果评价,并与传统的金属结构进行比较分析。

竖向荷载作用下碳纤维增强复材-混凝土密拼双向叠合楼板传力机制分析

为解决装配式混凝土叠合板预制底板有外伸钢筋带来的制造、运输及施工复杂等问题,在普通密拼叠合板的研究基础上提出了板底拼缝粘贴碳纤维增强复材条带的密拼接缝方式。通过6块四边简支的矩形单缝密拼双向叠合楼板静载对比试验和有限元模拟分析,对叠合板拼缝处的传力机制进行了分析研究,结果表明:与普通密拼叠合板相比,在拼缝位置粘贴碳纤维复材可协助拼缝两侧混凝土有效传递应力。碳纤维增强复材-混凝土密拼叠合楼板拼缝处传力机制随荷载的增加而发生变化,持载初期主要通过碳纤维复材对拼缝两侧混凝土进行应力传递;随着荷载增加,叠合面的附加钢筋向两侧传荷的能力增强,但碳纤维复材仍承担主要拉应力;加载后期碳纤维复材发生剥离后,拼缝处附加钢筋和桁架钢筋、底部纵筋构成了新的空间传力体系。

复材生产线制造执行系统设计与实现

本文梳理复材生产线制造执行系统项目实施成果,主要阐述了系统实施背景、建设目标、总体方案设计、系统具体功能实现、总结应用效果等相关内容。

基于热效应的航空复材成型Invar钢模具焊接工艺研究

针对传统点位式航空复材成型Invar钢模具焊接模型效率低、变形大的问题,提出基于热效应的焊接工艺设计。通过设定焊接参数、计算熔敷效率、设置摆动焊缝和反变形角,结合热效应原理,提高焊接效率,并采用层间温度调整和热累积比对进行焊接处理。测试结果显示,在1430℃、1570℃和1620℃条件下,热效应焊接工艺相比传统工艺,焊接变形值更小,表明该工艺更稳定、高效,具有实际应用价值。

航空复材模具制造中的绿色制造技术应用研究

本文分析了航空复材模具的类型、特点及制造流程,阐述了绿色制造技术的内涵和应用现状,并从绿色设计、绿色材料、绿色工艺和绿色管理四个方面,探讨了绿色制造技术在航空复材模具制造中的应用。最后以国产飞机C919为例,阐述了航空复材模具制造中的绿色制造技术应用,并分析了绿色制造技术在实际生产中的应用效果,为推动航空制造业的绿色发展提供参考。

三维扫描技术对碳基复材产品加工余量确定的研究

当下碳基复材产品已广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。碳基复材产品在经过气相沉积,热压成型等工艺后的毛坯件,会存在工件膨胀、结构局部形变、内部结构分层等缺陷。对于体积大、复杂曲面多的碳基复材产品,存在加工基准难以定位,加工余量难以确定的问题。研究人员将三维扫描技术引入碳基复材加工环节,通过三维激光扫描毛坯外形,获得点云数据,进而确定碳基复材产品的加工余量。

基于遗传算法的复合材料壁板热颤振优化设计

将遗传算法与有限元分析方法结合起来,探索了以壁板颤振临界速度最大为目标,以壁板不发生热屈曲为约束条件,层合复合材料壁板铺设方式为设计变量的热颤振优化设计方法。在该方法中,通过有限元分析获取壁板的颤振速度作为适应度,同时引入一个可自动更新的数据库用于存储已求得的适应度,使得在优化过程中可以直接从数据库中读取对应的个体适应度,大大节约了优化搜索的时间。通过对矩形和正方形壁板的热颤振优化设计算例表明,该方法能在保持壁板铺层数固定的情况下有效提高壁板颤振临界速度,可应用于高速飞行器壁板热颤振的工程优化设计。

铺层方向角偏差对复合材料层板阶梯挖补的拉伸强度影响研究

针对复合材料损伤结构维修中容易出现的铺层角度偏差,根据实际维修情况建立复合材料层板阶梯挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了该模型的准确性。基于该有限元分析模型并考虑真实维修过程中可能出现的铺叠误差与基准偏差,分别进行了维修结构的单层与整体铺层方向角偏移的拉伸强度性能分析。结果表明,补片出现小角度方向角偏移时,补片中面层以下的铺层角偏移对于拉伸强度的影响可以忽略,中面层以上的铺层随着偏移角度的增大与越靠近表层的位置,结构整体极限应力逐渐增大,当最表层铺层出现偏移时,对于修补结构拉伸强度的影响较大;附加层在修补结构中受载严重,通用的0°附加层铺设角度不一定适用于所有的修补工况,该分析结论也为实际工程维修提供了很好的指导意义。

约束方式对温度环境下复材/金属混合结构壁板稳定性的影响

采用有限元对粘结连接和螺铨连接的复材/金属混合结构加筋板进行了数值模拟,分析了混合结构加筋板在不同温度、不同约束方式下的剪切、压缩屈曲及后屈曲性能。结果表明:温度环境下,夹具的厚度、与试件连接形式都对壁板屈曲失稳载荷有影响。通过不同组别的分析优化,可以得到比较理想的夹具及连接形式,即夹板厚度为6mm,螺栓连接;同时热胀系数接近壁板试件的边界约束可作为温度环境下混合结构壁板剪切稳定性试验边界条件较优的设计形式;壁板压缩情况下,侧边固支加筋板失稳载荷比侧边简支加筋板高5.6%,但侧边固支与简支加筋板的破坏载荷基本相同。

复合材料环状声衬降噪特性试验研究

根据民用飞机结构轻质化、高性能化的发展需求,利用发动机声模态模拟试验平台开展复合材料环状声衬的降噪特性试验研究,探索复合材料声衬在发动机短舱的可行性。针对发动机短舱声衬的某特定工况,以高分子树脂基复合材料,利用无缝拼接和环装整体成型等先进工艺研制出无拼缝的、两种不同长度的环状声衬试验件;通过基于旋转轴向传声器阵列方法的管内声模态测试和指向性测试开展声衬降噪效果试验。试验结果表明,声衬的降噪效果具有强烈的模态选择性,切向来流速度对声衬的降噪效果具有显著影响。

复材管-混凝土-钢管双管组合柱的偏心受压承载力

复材管-混凝土-钢管双管组合柱,是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件.为研究该组合构件的偏心受压承载力,完成4个短柱和8个长柱试件的试验,研究加载偏心距、复材管壁厚和混凝土截面空心率的影响.结果表明:长柱偏压下均为受压侧跨中附近复材管环向断裂,且表现出良好的延性;在其他参数相同条件下,随加载偏心距的增大,极限承载力降低,而变形能力增强;随复材管壁厚的增大,极限承载力提高,变形能力增强;随截面空心率的增大,极限承载力减小.试验结果与已有双管组合长柱偏压承载力计算公式吻合良好.

超声振动辅助干式钻削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料试验研究

针对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在干式钻削中的工具磨损快、加工效率低等问题,提出了一种基于有序排布钎焊金刚石套料钻的超声振动辅助干式钻削加工工艺。采用不同排布参数下的钎焊金刚石套料钻对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料进行超声振动辅助钻孔加工,通过对加工孔径的测量,研究钎焊金刚石套料钻磨粒排布参数对钻孔工具寿命和制孔精度的影响规律,分析工具不同位置处磨粒的磨损特征。结果表明:工具端面磨粒越多,工具使用寿命越长;工具侧边磨粒排布越长,列数越多,加工孔的孔径变化越小;距离工具端面越近处的磨粒磨损越大,主要以宏观破碎和磨耗平台为主,而距离工具端面较远处的磨粒磨损较小。