蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。

蜂窝夹层复合材料结构侧压强度研究

为了探讨蜂窝夹层复合材料结构的侧压强度,先基于ABAQUS有限元软件,利用刚度退化模型对材料系数进行退化,结合USDFLD子程序,对蜂窝夹层复合材料试验件进行有限元模拟,最终得到试验件的模拟强度值,然后开展夹层结构试验件侧压试验。对比试验结果与模拟结果表明,试验值与模拟值较为吻合,可为蜂窝夹层复合材料结构的侧压强度预测提供参考。

碳纤维复合材料蜂窝夹层零件质量控制研究

采用热压罐成型工艺方法制造碳纤维复合材料蜂窝夹层结构试验件,分别从蒙皮表面质量控制和蒙皮内部质量控制两个方面进行研究。结果表明:在试验件靠模具面选择合适表面胶膜材料可以解决蒙皮表面贫胶的问题;通过改进试验件的铺贴及固化工艺过程可以使蒙皮内部质量得到很好地控制,解决孔隙率超差及铺层褶皱的问题。研究成果为复合材料碳纤维蜂窝夹层零件的成型质量控制提供了参考。

热膨胀模压法成型复合材料夹层结构的制备工艺及结构力学性能分析

该文主要探究热膨胀模压法成型复合材料夹层结构的制作工艺,并对夹层结构的力学性能进行测试分析。选用A3钢制作模具,将EPS泡沫进行水浴发泡后倒入模具中,使用热膨胀模压法成型工艺制作泡沫芯材。然后制作蒙皮并将其铺叠在泡沫型材上,固化后得到复合材料夹层结构。选取弯曲性能和剥离强度2项指标验证夹层结构的力学性能,结果表明增大发泡密度、缩短发泡时间、降低发泡温度,可以获得更大的发泡压力,从而使夹层结构具备更强的弯曲性能。在发泡密度较低的情况下,夹层结构的胶含量较高,有助于提高其剥离强度。

BN-石墨烯-BN夹层式结构的ABS基复合材料导热绝缘性能

为解决石墨烯/ABS复合材料导热不绝缘,采用夹层式结构制备ABS基导热绝缘材料。通过混炼分别得到石墨烯/ABS、六方氮化硼(hBN)/ABS复合材料,再将hBN/ABS对石墨烯/ABS进行包覆,得到了hBN/ABS—石墨烯/ABS—hBN/ABS夹层式结构的导热绝缘材料。研究了石墨烯含量和夹层厚度对ABS基导热绝缘材料标准试样的热导率、电阻率的影响,发现,包覆了hBN/ABS绝缘层后的夹层式结构试样,石墨烯填料对导热性能的提升作用幅度减小,此时,材料受氮化硼/ABS绝缘层热传导的影响较大,与改性前的ABS相比,复合材料导热性能得到较大的改善,同时,复合材料阻值达1×1010数量级,成为绝缘体。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究

本文介绍了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构常见的内部缺陷,这些缺陷的存在将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用超声脉冲反射法对其内部缺陷进行检测作了详细介绍,分别对复合材料蒙皮可能出现的分层、疏松和高空隙率缺陷及蒙皮与蜂窝夹芯之间界面的脱粘缺陷进行检测,对出现的波形进行分析,并判断波形产生的原因,认为超声脉冲反射法对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构内部缺陷检测是一种行之有效的方法。

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。

蜂窝夹层结构复合材料特性及破坏模式分析

文章介绍了蜂窝夹层结构复合材料的特性,结合研制实践破坏模式做了分析,同时还叙述了损伤破坏模式类型和损伤修补要求等内容。

共固化复合材料/铝蜂窝夹层结构性能

采用共固化工艺制备了碳纤维增强复合材料面板/铝蜂窝夹层结构。通过考察固化压力对复合材料面板性能的影响确定了共固化的成型压力,对比分析了不同规格铝蜂窝及其夹层结构的力学性能。结果表明,对于薄面板,成型压力对面板力学性能的影响较小,规格为0.04 mm×4 mm的铝蜂窝制备的夹层结构具有更高的比强度和比刚度,且成型工艺性好。

星载蜂窝夹层结构天线复合材料力学性能检测

针对卫星的发射力学环境、在轨温度环境和辐照环境要求,对常用的蜂窝夹层结构反射器天线,提出了天线复合材料的力学参数要求和检测内容,包括:胶黏剂、原材料和蜂窝夹层结构高、低性能要求和随炉试件的检测内容,同时针对蜂窝夹层板的结构特点,提出了拉拔力、刚度测试、模态测试的方法,总结了振动试验和热真空试验中常见的失效模式。由于复合材料测试与测试方法有很大的关系,因此文章也介绍了这些参数测试的标准,同时根据仿真分析结果给出了星载蜂窝夹层结构天线板-芯胶黏剂在高温、低温下要达到的剪切强度和剥离强度指标。

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析

建立了一种复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析方法。利用ABAQUS有限元分析软件和VUMAT子程序建立了蜂窝夹芯结构冲击后压缩渐进损伤失效分析模型,并通过试验验证模型的有效性;在此基础上,利用Python语言对模型中材料力学性能和面板厚度、蜂窝芯子厚度进行参数化;采用径向基神经网络代理模型替代渐进损伤失效分析模型;基于蒙特卡洛法进行冲击后压缩强度的可靠性分析;分别采用基于方差和基于失效概率的方法进行参数的灵敏度分析,并研究参数的变异系数对结构可靠性的影响。结果表明:在外载荷低于10000 N,结构失效概率小于0.00017的情况下,当外载荷达到12700 N时,结构失效概率达到0.9;面板的力学性能、面板厚度、蜂窝芯厚度对冲击后压缩强度的影响较大;冲击后压缩强度的变异系数随着参数变异系数的增大而增大。

“蜂窝-柱子”芯夹层轻量型仿生物复合材料结构

为了设计开发轻量型仿生复合材料, 通过对独角仙前翅内部微细结构及其成因的分析探讨, 提出了一种蜂窝柱子芯轻量型复合材料的三维结构模型, 并列举了若干可能的设计思路, 同时简述了这种仿生结构的优点及其应用前景。分析结果表明: 独角仙整个前翅内部存在完整的网状小柱结构, 这种网状结构由气囊构成,呈现出生物界的不规则性、多样化, 但可认为大多为类似于蜂窝状的多边形结构。

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验。并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程。结果表明,数值模拟结果与试验结果一致。上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤。无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值。薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量。

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。

Shell91单元在复合材料蜂窝夹层结构分析中的应用

论述了蜂窝夹层结构的三种简化计算理论模型,介绍了通用有限元计算软件ANSYS中shell91单元的sandwich(夹芯)功能,通过计算与试验位移值结果的对比,相对误差小于5%,验证了该功能的工程实用性与易操作性。

纤维含量对汽车内饰用夹层结构植物纤维增强PP复合材料性能的影响

分别以竹纤维(BF)/聚丙烯(PP)复合板、麻纤维(JF)/PP复合板为表层,聚氨酯(PUR)泡沫为芯层,经热压成型制备夹层结构植物纤维/PP复合材料,通过万能力学试验机、导热系数测定仪和驻波管吸声系数测试系统对不同纤维质量分数的夹层结构复合材料进行性能测试及表征。结果表明,PUR夹层结构BF/PP复合材料的力学性能与PUR夹层结构JF/PP复合材料接近,其导热系数≤0.044 W/(m·K),吸声性能良好,燃烧速度≤20.28 mm/min,满足主机厂对汽车内饰构件用材料的要求,且当植物纤维质量分数为40%时,PUR夹层结构植物纤维/PP复合材料的综合性能最佳。

碳泡沫复合材料夹层结构准静态横压性能

碳泡沫是一种比强度高、导热导电率可控的新型功能结构材料,在复合材料成型模具制造等领域具有广阔的应用前景。本工作通过试验研究碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压状态下的损伤过程,提出适用于横观各向同性碳泡沫的失效判据,分别建立不考虑胶黏剂渗入区域和考虑渗入区域的夹层结构有限元模型,利用试验结果对模型的有效性进行验证,并进一步讨论相关参数的影响。结果表明,碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压后主要发生芯材的压缩破坏和剪切破坏,以及上面板的基体开裂和分层破坏。损伤过程为芯材塌陷、芯材45°或竖直开裂、芯材与面板分离,同时伴随上面板基体开裂和分层。与PMI泡沫和铝泡沫的损伤形貌相比,碳泡沫内部存在少量随机分布的裂纹。有限元模型满足分析精度要求,可以很好地模拟出夹层结构的准静态横压损伤过程。准静态横压能量和极限载荷随面板厚度和芯材厚度的增大而增大,与胶层厚度和压头直径没有明显的相关性;面板使用±45°铺层可有效提高夹层结构的准静态横压能量。

变截面蜂窝夹层结构复合材料胶接工艺研究

针对变截面蜂窝夹层复合材料典型结构件在固化成型过程中出现缺陷的问题进行研究,并在原有的成型工艺基础上,对变形区域的材料特性及受力形式进行了分析,找出了在胶接过程中可能产生蜂窝位置滑移、造成局部结构变形的原因。通过采用分步固化、蜂窝芯二次后处理、发泡胶预粘等工艺处理方法,有效解决了变截面蜂窝夹层结构胶接件在成型过程中的形变问题。

复合材料蜂窝夹层结构的优化设计

利用复合材料蒙皮结构的弯扭耦合效应可以改善翼面的气动弹性特性 .为使这种结构的弯曲扭转耦合效应最大 ,采用遗传算法来优化设计这类结构 ,并以蜂窝结构为例进行分析 .采用有限元计算软件分析目标函数 ,将铺层板、蜂窝夹芯的强度作为约束函数 ,并通过遗传算法优化与有限元计算有机的结合 。

碳纤维增强复合材料方形蜂窝夹层结构水中冲击波作用下的能量特性数值模拟

基于Abaqus有限元仿真软件,建立了不同夹芯相对密度的碳纤维增强复合材料方形蜂窝夹层结构在水中爆炸冲击波载荷作用下的仿真模型,研究了该结构在响应过程中的能量特性;分析了该结构的冲量传入特性、能量吸收过程、结构中不同组分的能量吸收情况,以及夹层结构与等质量层合结构的能量吸收效率。结果表明:碳纤维增强复合材料夹层结构的能量吸收与其变形情况、失效模式和损伤程度相关,且其在冲量传入特性及能量吸收效率方面的表现均优于等质量层合结构。