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。

空间格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件准静态压缩吸能试验

采用聚氨酯泡沫作为填充材料,玻璃纤维增强复合材料作为面层和腹板,将双层正交格构腹板改变为双层错位格构腹板、多层错位格构腹板、六边形格构腹板和多层梯形格构腹板,制作空间格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件。对试件开展准静态压缩试验,记录试件的破坏过程,得到其荷载-位移曲线。分析试件产生不同破坏形式的原因,对比试件在压缩变形过程中承载力变化情况;引入能量吸收值、比吸能和平均压溃力3个指标比较试件的吸能性能。结果表明:改变竖直格构腹板的空间位置后,试件的准静态压缩破坏模式由竖直格构腹板突然屈曲失稳破坏改变为竖直格构腹板先产生倾斜再发生弯曲破坏,以及斜向格构与泡沫的剥离破坏和斜向格构与斜向格构的层间剥离破坏,有效减少了试件承载力的弹性突变,降低了试件的脆性;竖直格构腹板弯曲破坏比斜向格构的剥离破坏吸收更多能量,其能量吸收值波动幅度最大为16.6%;试件的能量吸收值随着压缩量增加呈线性增加,其耗能性能较为稳定。

缝合碳纤维/泡沫夹芯复合材料损伤阻抗及损伤容限性能

通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)技术制备了缝合和未缝合碳纤维/泡沫夹芯复合材料,并进行了低速冲击和冲击后压缩实验,利用深度测量仪检测冲击后的表面凹坑深度。使用Origin软件拟合出了表征损伤阻抗性能的冲击能量-凹坑深度曲线及表征损伤容限性能的凹坑深度-剩余压缩强度曲线。以未缝合复合材料为对比,发现缝合能有效提高碳纤维/泡沫夹芯复合材料的损伤阻抗性能及损伤容限性能。缝合及未缝合碳纤维/泡沫夹芯复合材料的损伤阻抗及损伤容限曲线上均存在拐点,并且损伤阻抗的拐点位置和损伤容限的拐点位置具有一致性。拐点之前,泡沫夹芯板以基体裂纹和层间分层损伤为主;拐点之后,出现了纤维断裂损伤。

缝合对泡沫夹芯复合材料低速冲击性能的影响

为了研究缝合对泡沫夹芯复合材料抗低速冲击的影响,以未缝合、全厚度缝合和冲击面纤维面板三类缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料板为研究对象,采用落锤冲击试验机对泡沫夹芯复合材料板进行10J能量的冲击试验。然后使用水浸超声波扫描成像系统对冲击后的复合材料板进行损伤检测,得出泡沫夹芯复合材料板内部不同深度层的损伤情况。采用ABAQUS有限元软件对上述三类泡沫夹芯复合材料板进行有限元模拟,得出了低速冲击响应过程及面板的损伤情况,并进行了实验与数值模拟结果对比分析。研究结果表明,缝合会使得各铺层的损伤趋向均匀化,能够大幅提高层合板的整体性使各铺层之间的衔接更加紧密。在较小冲击能量下,全厚度缝合与冲击面纤维面板缝合都能够抑制分层的破坏,并且抑制分层的效果相差不大,且靠近冲击面的层与层之间更加容易产生分层的破坏。

泡沫夹芯复合材料力学性能与水声性能综合设计初探

采用Matlab编程,利用经典梁理论和夹层板理论构建了弹性模量、压缩强度等材料参数与泡沫夹芯复合材料弯曲刚度和压缩强度的关系,利用传递矩阵法构建了纵波声速、衰减系数、损耗因子等材料参数与泡沫夹芯复合材料水中插入损失的关系。在此基础上,利用NSGA-II多目标优化算法开展了力学与水声综合设计,初步获得了实用的泡沫夹芯复合材料力学与水声性能综合设计方法。

某全泡沫夹芯复合材料无人机平尾的强度分析与验证

平尾作为飞机的重要部件,对整个飞机的安全性能有着重要影响。某型通用无人机为T型平尾,平尾载荷比较小,采用全泡沫夹芯结构,为评估全复合材料泡沫夹芯平尾的静力强度,通过Abaqus软件建立平尾结构的有限元模型,并对该平尾在最大载荷作用下的受力情况进行了有限元分析,给出了平尾的应力和变形结果。设计制造了平尾的试验件和试验加载装置,并完成了试验验证,试验结果与理论计算基本相符,表明平尾有限元模型和分析方法是正确可行的。

热膨胀工艺制备不同厚度泡沫夹芯复合材料的低速冲击性能

热膨胀工艺能够一体化成型各种泡沫夹芯复合材料。选择初始厚度为1 mm的可膨胀环氧泡沫预浸胶,通过控制模具型腔尺寸以控制不同成型压力制备4种不同厚度的泡沫夹芯板。以10 J和42 J冲击能量研究热膨胀工艺和芯材厚度对泡沫夹芯复合材料低速冲击性能的影响。通过ABAQUS有限元分析、超声C扫描对比试验数据分析了不同试样的损伤模式。通过冲击后压缩试验分析了不同试样的损伤容限。结果发现更高膨胀倍率的泡沫芯子,产生更低的膨胀力,泡沫夹芯板的抗冲击强度降低,但结构具有更优异的吸能效果。高能量和低强度的泡沫芯子都会导致蒙皮更高的损伤程度。试样在10 J能量冲击后的压缩强度衰减率为8.2%,而42 J能量冲击后的压缩强度衰减率达到38.2%。成型压力和芯子的厚度对泡沫夹芯板的损伤容限影响很小。研究确定了热膨胀工艺成型泡沫夹芯复合材料具有高的结构和抗冲击性能可设计性。

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。

缝纫泡沫夹芯复合材料细观纤维柱破坏行为

缝纫泡沫夹芯复合材料中的纤维柱在拔出过程中的破坏行为复杂导致结构承载性能难以预测。采用真空辅助树脂注射(VARI)工艺制备了缝纫泡沫夹芯复合材料,并使用层间拉伸试验(ITT)研究了缝纫泡沫夹芯复合材料中含有单根缝线纤维柱细观试件的破坏过程。讨论了不同破坏现象对缝线纤维柱拔出摩擦过程的影响,并分析了缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式。分析了缝线粗细的变化对试件破坏过程中关键的力、位移等参数及能量吸收性能的影响。研究了由于成型工艺所导致的缺胶现象对缝纫泡沫夹芯复合材料性能的影响。结果表明:缝纫泡沫夹芯复合材料的能量吸收性能、关键位移参数及最大载荷都随着缝线变粗而增大。但是缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式对其也有一定的影响,导致了变化趋势的波动;缺胶缝纫泡沫夹芯复合材料由于缺陷的存在,最大破坏载荷和能量吸收性能均有所下降。

Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料平压性能

设计了一种新型Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料,以复合材料柱作为Z向点阵增强材料,并对不同分布密度Z向点阵增强材料的泡沫夹芯复合材料试验件进行了平压试验,探究了其平压力学性能和破坏方式。研究结果表明,当点阵间距为30 mm时,试样密度增加了2.8%,压缩强度和压缩模量分别提高了6.2倍和7.4倍。基于ABAQUS有限元软件建立了Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料平压试验仿真模型,对其平压力学性能和破坏模式进行了模拟与分析。试验件平压强度有限元计算结果与试验结果偏差为10%左右,破坏方式与试验基本相同,验证了有限元模型的合理性和可靠性。

泡沫夹芯复合材料水声性能预测研究

针对泡沫夹芯复合材料声学测试的实际情况,建立了耦合声学有限元法的计算模型,针对计算模型进行了算例验证。结果表明,模型的预测值与试验值趋势吻合较好,计算方法是有效且可行的,可以用于预测泡沫夹芯复合材料的声学性能。同时,研究了与面板和芯材有关的四个参数对夹芯复合材料声学性能的影响规律。

碳纤维增强复合材料在汽车副车架中的应用

采用碳纤维布、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)泡沫和阻燃环氧树脂,经真空辅助成型工艺制备了碳纤维泡沫夹芯复合材料。利用碳纤维泡沫夹芯复合材料代替原有的金属材料,采用真空导入工艺制作汽车副车架,为考虑承重及安装方便,设计了边梁、主梁和横梁的制作及搭接工艺。结果表明,采用此工艺大大减轻了汽车副车架的质量,整个副车架的总重仅为116 kg。

空气耦合超声检测技术在复合材料检测中的应用

通过采用空气耦合超声检测方法分别对含模拟缺陷的蒙皮泡沫夹芯复合材料、蒙皮蜂窝夹芯复合材料、碳纤维复合材料、环氧树脂层压复合材料及玻璃纤维复合材料进行检测,验证了空气耦合超声检测技术是评价蒙皮泡沫夹芯复合材料、蒙皮蜂窝夹芯复合材料、碳纤维复合材料、环氧树脂层压复合材料及玻璃纤维复合材料的可靠性无损检测手段,且在复合材料的超声检测中具有广泛的应用前景。

专利文摘

专利名称:纤维增强形状记忆复合材料及其应用专利申请号:CN200710071621.9公开号:CN101003652申请日:2007.01.10公开日:2007.07.25申请人:冷劲松;纤维增强形状记忆复合材料及其应用,它涉及一种形状记忆复合材料及其应用。本发明解决了目前形状记忆聚合物材料的刚度和强度等力学性能较差。