无人机动力风扇端部造型增效技术研究

为了有效控制无人机动力风扇端区损失,提升无人机动力风扇效能,通过对无人机动力风扇转子NASA Roter 67进行叶片端部弯曲造型,分析端部弯曲造型对风扇性能的影响,探究叶片端部弯曲造型对风扇内部的影响规律及损失机理。研究表明,风扇转子叶片端部弯曲造型不仅改变了转子表面的压力分布,而且转子激波结构也发生较大改变。转子端部弯曲造型使得激波强度降低,风扇叶顶和叶中尾缘区域分离区明显减小,降低了流动损失,提高了风扇绝热效率,有利于无人机动力风扇增效。

复合材料Ⅱ型分层损伤演化声发射监测

通过风电叶片复合材料Ⅱ型分层扩展力学性能实验,并借助声发射技术手段,研究复合材料[0/0]、[0/45]和[+45/-45]层间界面损伤演化特性。复合材料试件弯曲加载时,采用声发射实时监测整个分层损伤过程。结果表明,[0/0]复合材料分层试件裂纹扩展快、分层面积大、前沿平齐,不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;受±45°方向纤维作用,[0/45]和[+45/-45]复合材料试件不稳定分层扩展前声发射撞击累积数较高,裂纹扩展相对缓慢,分层面积小,前沿不齐。复合材料分层损伤演化可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。

平纹编织C/SiC复合材料层间断裂行为试验研究

通过双悬臂梁和端部切口弯曲试验分别对平纹编织C/SiC复合材料的Ⅰ型(张开型)和Ⅱ型(滑开型)层间断裂行为进行试验研究,得到该材料以临界能量释放率GⅠC和GⅡC表征的层间断裂韧度值。试验后利用光学显微镜对两组试验的试样断口进行显微观察,以分析其破坏机理。结果表明:Ⅰ型层间断裂韧度值GⅠC和Ⅱ型层间断裂韧度值GⅡC分别为(737.2±57)J/m2和(1 082.7±90)J/m2;Ⅰ型开裂为层间SiC基体沿初始裂纹方向的断裂破坏;Ⅱ型开裂与Ⅰ型开裂相似,但裂纹上下表面包裹碳纤维束的SiC基体发生脱落,并且出现碳纤维束中部分碳纤维剪切破坏。

温度荷载作用下GFRP-泡沫夹层结构Ⅱ型界面断裂韧性分析

研究不同温度对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)-泡沫夹层结构的Ⅱ型界面断裂韧性的影响,首先分析不同温度对GFRP以及聚氨酯泡沫的压缩性能的影响。再按照端部开口弯曲试件(ENF)的方法测量GFRP-泡沫夹层结构的荷载-位移曲线。试验结果表明:随着温度的升高,极限承载能力逐渐降低。通过能量释放率(G)判据来分析界面的分层情况,并基于试验现象和数据的进一步分析,计算出界面应变能释放率(G_Ⅱ),通过不同温度下G_Ⅱ值的比较发现:当温度升高时,界面的应变能释放率逐渐降低。

复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏声发射监测

利用声发射技术实时监测复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏的全过程,研究了不同胶接长度的复合材料胶接头破坏的力学性能以及声发射信号响应特征。结果表明,界面破坏是复合材料胶接头的主要破坏模式,胶层边缘的应力集中导致整个胶层的破坏。缺胶缺陷降低了复合材料胶接头的承载能力。声发射信号的相对能量、幅度和撞击累计数与试件损伤破坏的过程相对应,因此,声发射信号的动态特征可为风电叶片胶接头的无损检测和健康监测提供依据。

Ⅱ型模态控制下的GFRP-混凝土界面断裂韧度测定

介绍了一种适用于评价GFRP-混凝土界面断裂性能的理论分析模型,并结合端部开口试件的四点弯曲试件(4ENF)试验,测得了该类界面在II型模态控制下的断裂韧度.该模型考虑了试件各子梁中的横向剪切变形对能量释放率的影响,引入一阶剪切变形梁理论对界面断裂过程进行模拟;同时由于混凝土在受剪及受拉区域容易发生破坏,故试件设计过程中引入钢筋进行加强,有效减少了实验数据的离散性;进一步通过与有限元仿真进行对比发现结果吻合较好,这说明本文方法能够有效测定II型模态荷载控制下复合材料-混凝土界面的断裂韧度,评价复合材料增强混凝土结构的界面断裂性能,预测界面的起裂、裂纹扩展和失效容差.

CFRP/钢复合结构的Ⅱ型断裂性能研究

为了研究CFRP/钢复合结构的II型断裂性能,采用端部切口弯曲试验(ENF),基于短纤维对树脂粘接层的桥联增韧作用,利用均匀分布的kevlar纤维薄膜、多壁碳纳米管(MWCNT)和刻槽钢板,制备两种粘接界面(刻槽/kvlar、刻槽/kvlar/CNT)的ENF试件,通过ENF试验的载荷-位移曲线、试样裂纹断裂面形貌特征,研究分析短纤维的桥联增韧机理。实验结果表明刻槽/kvlar/CNT试样相对于刻槽/kevlar试样厚度基本不变,极限载荷提高了13.5%,断裂能提高了16%。

基于界面单元的复合材料Ⅱ型层间损伤分析

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅱ型层间分层扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序(VUEL)中实现,采用显示积分方法求解,不存在收敛性问题。将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料CCF300/5428端部缺口弯曲试验(ENF)模拟分析中,结果表明,此界面单元模型能够准确模拟复合材料层板Ⅱ型裂纹扩展,为复合材料层间损伤分析提供了一种有效的方法。

铺层角度对CFRP多向层板Ⅱ型分层扩展行为的影响

碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)因其良好的力学性能被逐渐应用于飞机主承力结构中。分层是复合材料层板最常见的损伤形式之一,也是飞机复合材料结构损伤容限设计与分析所关注的焦点问题。对于II型分层,现有研究主要针对单向层板展开,而工程实际中应用较多的是多向层板,对II型分层的铺层角度影响缺乏深入认识。为此,采用试验和数值方法开展了相关研究。首先设计了3种工程实际中常用界面(0°/5°、45°/-45°和90°/90°)的T700/QY9511碳纤维/双马来酰亚胺树脂基复合材料层板,所设计铺层可降低耦合作用并确保II型主导的分层扩展。采用端部开口弯曲装置开展了II型分层试验并测得了断裂韧性。结果表明:铺层角度对断裂韧性和分层失效行为影响显著。采用控制变量法建立了内聚力关键参数模型,在此基础上实现了多向层板II型分层扩展行为的模拟,预测的载荷-位移曲线响应与试验结果吻合很好,说明了有限元模型的有效性。有限元结果表明,基体损伤做功表现出随铺层角度增加而增加的趋势。为揭示基体损伤做功与分层前缘损伤区大小之间的关系,利用用户自定义子程序,模拟了不同界面试样的分层前缘损伤区域。