碳/玻混杂纤维复合材料自行车前叉的铺层设计及耐疲劳验证

与传统金属材料相比,混杂纤维复合材料具有轻质高强、耐疲劳和抗冲击韧性好等优点。为了得到既满足力学要求又节约成本的较优性能的前叉,通过有限元分析对碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料的自行车前叉进行铺层优化设计。自行车前叉分为叉身和立管,在不改变材料铺层角度和厚度的前提下,分别改变叉身和立管的层间混杂比和铺层材料(碳纤维预浸布/玻璃纤维预浸布)顺序,计算前叉在服役状态下的力学性能。通过对比材料最大应力值以及材料成本,获得该条件下最优的前叉设计。结果表明:混杂复合材料叉身的最内层材料应该用玻璃纤维铺设。当自行车前叉叉身混杂比为1∶2,铺层顺序为[G_(3)CGC];自行车前叉立管混杂比为3∶13,铺层顺序为[GCG12C2]时,所得碳/玻混杂复合材料前叉方案为最优铺层设计。5万次加速疲劳测试实验表明:采用优化后的铺层方案制备复合材料自行车前叉,可以满足前叉的耐疲劳性要求。

基于托架模型的Fibersim铺层设计方法研究

Fibersim是一款复合材料铺层设计及工业仿真专业软件,可以通过创建层压板等信息对复材零件进行定义并可以通过软件自带的导入导出接口实现铺层设计与有限元仿真之间的交互。本文利用Fibersim进行托架模型铺层设计,将设计完整的实际铺层等信息导入到仿真软件中进行有限元仿真并与基于理想铺层设计出的托架模型做对比,分析发现在模型受压时所得出的Mises应力结果图保持一致,验证了Fibersim联合仿真进行铺层设计的可靠性。对比分析了改变铺层顺序对受压托架模型的影响,结果表明,改变铺层顺序对应力结果无影响。

大粒径透水性沥青混合料加铺层设计

以某国道干线二级公路为例,根据其公路段建设、运行现状和病害实际情况,对原水泥混凝土路面既有病害进行了处治,并从交通量预测、原材料及配合比设计、加铺方案选择等方面进行沥青加铺层设计。应用结果表明,加铺沥青层后路面高程、弯沉值等参数均满足规范;沥青层厚度设计合理,设置大粒径透水性沥青混合料(Large Stone Porous Asphalt Mixes,LSPM)加铺层应力集中问题得到缓解,加铺层反射裂缝也得到较好抑制。

防止反射裂缝的沥青加铺层设计方法

旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层 (包含刚柔两种结构形式 ) ,再采用土工布和土工网格夹层 ,以防止和延缓反射裂缝。

基于热稳定及等弯曲刚度的碳纤维层合板铺层设计与优化

针对碳纤维复合材料反射镜特殊应用,从热稳定性以及弯曲刚度均匀性两方面,对层合板进行铺层设计与优化。最终优化的16层铺层设计[22.5 90-45-22.5 67.5-67.5 0 45]s弯曲刚度均匀性最好,同时具有优异的热稳定性。该铺层设计为高精度、高热稳定性碳纤维层合面板研制提供参考,特别适合于变形镜的铺层设计应用。

基于轻量化目标的发射箱纤维增强材料铺层设计

目的以某型发射箱复合材料箱体为对象,探讨复合材料箱体的纤维增强材料铺层设计方法。方法以箱体质量为控制为目标,运用复合材料层合板力学理论结合有限元分析方法进行纤维增强材料铺层计算。结果将纤维的体积分数控制在43.6%,箱体玻璃纤维布铺层总数量为10层,可实现箱体的质量控制目标为(23±1)kg。结论获得的纤维增强材料铺层方式可有效保证箱体的质量一致性和尺寸控制要求。

基于Hypersizer的复合材料结构铺层设计和铺层过渡设计

针对复合材料各向异性严重导致设计困难的问题,采用复合材料结构分析与设计软件Hypersizer建立模型,进行铺层设计和铺层过渡设计。首先,将模型划分成不同的设计区域,根据不同设计区域的受载情况进行分析计算,设计铺层厚度、铺层比例和铺层顺序。然后,在铺层过渡区设计铺层递减方式,并按照铺层设计原则重新调整原先的铺层。最终得出满足符合工程实际要求的最佳铺层和铺层过渡。

基于CATIA复合材料铺层设计

复合材料预浸料铺层成型易产生皱褶或凸起,而铺层设计是关键。以飞机双曲面罩类零件为例,运用CATIA复合材料设计方法,先通过对零件进行产品性能分析,确定曲面的不可展性;再对单层曲面进行网格离散化处理,计算出网格曲面模型上各点的高斯曲率,根据曲率最大值所在点确定剪口路径,最终将曲面进行展开;通过模拟铺层成型试验,对展开样板的准确性进行验证,有效地避免了皱褶或凸起的出现。

无纵向温度变形的复合材料管的铺层设计

提出了无纵向温度变形的复合材料管子铺层设计的一种方法。通过对三类碳纤维／ 环氧复合材料的管子的实例计算表明：高模碳纤维，而不是极高模量碳纤维，更适合于航天结构的应用。

旧水泥混凝土路面路况评价与沥青加铺层设计

结合湖北省某三级路改造的工程实践,采用最新《公路水泥混凝土路面设计规范》所述方法,对旧水泥混凝土路面进行了路面损坏状况调查评定、接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定和路面结构参数调查等。并针对不同路况,提出了相应的沥青层加铺改造方案。

遗传算法在沥青路面加铺层设计中的应用

沥青路面加铺层设计时,老路的模量往往是根据公式计算得到的,存在一定的局限性,为此文章将遗传算法应用于沥青路面加铺层设计中,对旧路面各层模量进行反演。结果表明:在进行沥青路面补强设计时,采用FWD测试后,基于遗传算法反算所得到的路面模量比较理想。

复合材料铺层设计准则的一些理解

该文介绍了复合材料飞机结构铺层设计的一些常用设计准则,特别针对最重要的对称性和均衡性设计准则,基于经典层合板理论进行了分析,同时对其它一些准则也作了一定的解释。

复合材料电子吊舱结构与铺层设计研究及应用

电子吊舱作为机载外挂设备,不仅在刚强度设计、可靠性、透波、重量等方面有要求,而且在淋雨、砂尘、霉菌、盐雾等环境适应性方面也有较高的要求。文中通过吊舱结构设计、材料选型、铺层设计和工艺设计,保证其刚强度和功能性要求,以适应恶劣的工作环境,保障载机和吊舱内电子设备的安全,最终完成了复合材料电子吊舱的研制和飞行验证,可为其他吊舱设备的设计和工程应用提供指导。

基于铺层设计特征的碳纤维增强复合材料悬架控制臂结构优化

基于铺层设计特征,提出一种使用碳纤维复合材料对承载结构件进行结构优化设计的方法和流程.该方法综合考虑结构几何特征、材料铺层方式、铺层厚度及铺层角度在设计环节中的序列关系,通过几何设计空间构建、离散变量多目标优化、基于工艺可行性的最优决策等方法实现结构设计.以碳纤维增强复合材料悬架控制臂的轻量化设计为例:首先,以钢质控制臂结构为参考建立复合材料控制臂的几何设计空间;然后,以复合材料铺层便利性为原则对其进行结构设计,采用准各向同性铺层对控制臂的铺层厚度进行设计;进而,以提高控制臂刚度和1阶固有频率为目标,使用优化算法对铺层角度进行多目标优化设计;最后,以工艺可行性为约束对优化结果进行筛选并最终完成结构设计.结果表明,所设计复合材料结构具有更大的刚度和1阶固有频率,并且与钢质结构相比减重47.9%.所提出的方法能够较好地兼顾结构特征和复合材料设计要求之间的关系,为复合材料结构优化设计理论与方法的发展提供有益参考.

苎麻织物铺层设计及化学改性对复合材料力学及界面性能影响

为了提升复合材料的力学性能以及界面结合效果,通过对不同铺层角度的不饱和聚酯树脂/苎麻织物(UPR/苎麻)复合材料力学性能进行研究,从0°,±45°和90°的角度组合中选择了最佳铺层设计方案;利用碱处理、硅烷偶联剂处理以及碱+硅烷偶联剂联合处理分别对苎麻织物表面进行化学改性,研究改性处理对复合材料的层间剪切性能和吸水性能的影响,表征苎麻与UPR之间的界面结合情况。结果表明,当UPR/苎麻复合材料中苎麻织物为沿90°纬向铺层时力学性能最优,拉伸、弯曲和剪切强度分别比0°经向铺层的复合材料提高了42.7%,34.3%,27.1%。碱处理和偶联剂处理占纤维织物的质量分数分别是1%,3%。碱处理+偶联剂联合处理复合材料的层间剪切性能比未处理、单独碱处理和单独偶联剂处理分别提高了23.6%,26.0%,10.7%。在浸泡96 h后,联合改性复合材料的吸水率最小,较未处理、单独碱处理和单独偶联剂处理的复合材料降低了28.5%,23.2%,16.2%。

复合材料风扇叶片榫头铺层设计及加工制造

碳纤维复合材料风扇叶片榫头段是铺层数量最多、递减铺层最集中的部位,榫头的铺层质量影响叶片的低周疲劳强度。为完成叶片榫头段的铺层设计,基于铺层设计准则,建立了一种适用于航空发动机复合材料风扇叶片榫头段铺层设计的方法。根据铺层高度大小将铺层分为结构层和插入层,在结构层铺层设计中考虑了高度递减层的角度与铺放位置。在插入层铺层设计中,考虑了单组插入层铺层数量、单组插入层内部铺层顺序及铺层角度、单组插入层形成的坡度、相邻插入层之间的错开距离等五个方面的因素,确定了单组插入层的结构及其在榫头的分布。根据设计方案对榫头进行加工制造,成型的榫头试样件厚度检测质量良好,证实了该铺层设计方法的可行性。

复合材料风扇叶片铺层设计方法研究

为了设计航空发动机复合材料风扇叶片,根据相关准则,系统建立了复合材料风扇叶片的铺层结构设计流程,针对某自行设计的风扇叶片,完成了叶片的几何模型检测、体积填充铺层设计、铺层纤维方向的确定、铺层的分组与顺序调整,以及铺层的结构检查与可制造性检查。对铺层顺序调整前后沿叶高及弦长方向的铺层过渡进行了对比分析,完成了铺层的可制造性检查与改进。结果表明:铺层结构满足现有复合材料铺层设计准则要求,铺层的递减过渡合理,可制造性良好。

厚壳玻璃钢艇体选材、铺层设计及工艺

本文涉及玻璃钢猎扫雷艇艇体材料的优选、铺层设计和工艺等内容。试验确定了以１６２９间苯聚酯树脂为基体、以９００ｇ／ｍ２无碱无捻粗纱短切毡（Ｍ）和８１０ｇ／ｍ２无碱无捻粗纱方格布（Ｒ）为增强体以及（Ｍ＋Ｒ）为基本铺层设计单元的方案。试验表明，按上述材料和铺层制作的层板，性能达到Ｌｅｒｉｃｉ和ＭＨＣ－５１艇壳层板的指标要求。

变厚度连续纤维增强复合材料铺层设计优化方法

由于具备高的比强度、比刚度,利用连续纤维增强复合材料代替传统金属材料以实现结构轻量化正受到设计者们的广泛关注.然而,结构的复杂性给复合材料的铺层设计与优化带来了很大的挑战.针对航空用复合材料铺层设计约束多的问题,通过逐步构建设计变量准确表达结构的铺层信息.基于经典遗传算法框架,结合各设计变量特点,定义了铺层优化算法中的遗传算子,通过引入“修复”策略保证了每一代解都能满足设计约束,分布在可行域区间内.最后利用精英保留策略提高了算法的局部寻优能力,可以降低复杂复合材料结构铺层设计的计算成本.通过解决经典benchmark问题并与已有优化结果的比较,验证了前述铺层优化算法的全局、局部寻优能力,为工程实际中的复合材料铺层设计优化提供了理论支撑.

对AASHTO柔性路面加铺层设计方法的评述

系统总结了美国AASHTO指南中的加铺层设计方法,并对其进行分析评论,为完善我国半刚性基层沥青路面的加铺层设计方法提供借鉴。