不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能

采用大型非线性动力学软件PAM-CRASH,分别建立了三种铺层角度GLARE层板复合材料简单平板和飞机尾翼典型前缘结构的有限元模型,对三种平板和结构进行抗鸟撞有限元模拟,研究了不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能,并进行了试验验证。结果表明:对于厚度相同的GLARE层板复合材料,铺层角度为±45°正交铺层方式的平板和结构的吸能量效果最佳,抗鸟撞性能最优;铺层角度为0°/90°正交铺层方式的次之,0°/45°/-45°/90°铺层方式的最差;试验得到的三种铺层结构的破坏形态、面积以及撞击点附近某点的应变时程曲线与模拟结果一致,说明建立的有限元模型正确。

GLARE层板复合材料零件成形与装配技术浅析

GLARE层板是复合材料中的新型品种,该材料结合了金属材料和纤维树脂基复合材料的优点,并克服了各自的缺点,使其密度小、强度高、疲劳性能和损伤容限性能好、维护维修方便等优势得到充分地体现。

复合材料层板光纤冲击判位与载荷历程重构方法

针对典型航空航天器复合材料层板冲击载荷识别需求,提出了一种基于光纤Bragg光栅传感器的复合材料层板冲击响应特征辨识方法。基于光纤Bragg光栅传感器离散应变感知信息,发展了基于距离倒数乘方原理的复合材料层板冲击应变响应反演方法。基于冲击响应突变特征并结合极值比较法,辨识出冲击载荷对应的应变响应峰值所在位置。在辨识出冲击位置的基础上,提出采用贝叶斯正则化法对复合材料层板冲击载荷进行重构,有效解决了常规载荷历程重构中脉冲响应矩阵病态性造成的不适定性问题。实验结果显示,冲击点与辨识点坐标之间平均误差约为13.00 mm,重构所得冲击载荷有效作用历程内平均相对误差约为4.21%,载荷峰值辨识相对误差为3.85%。

复合材料变厚层板热压成型缺陷类型与成因实验研究

采用热压机工艺与热压罐工艺两种成型方法制备了玻璃纤维/环氧648变厚度层板,研究了两种工艺下缺陷的形成机制及铺层方式和变厚梯度对缺陷程度和分布的影响。结果表明:纤维分布不均、富树脂、分层是主要缺陷类型,其中纤维分布不均由树脂二维流动引起,并与纤维不连续区、纤维层渗透特性以及外压的均匀性有关;富树脂主要是纤维的不连续性造成的;而分层缺陷与纤维分布和热膨胀各向异性紧密相关。研究结果对变厚度复合材料层板的缺陷消除和成型质量控制有重要的指导意义。

L形复合材料层板热压工艺密实变形过程的数值模拟

基于Biot固结原理和达西定律,建立了二维树脂流动与纤维密实模型,采用有限元方法实现了L形层板热压成型过程树脂压力分布、层板变形的预测。通过对AS4炭纤维/环氧3501-6等厚层板厚度变化的模拟结果与实验数据的对比分析,证明了数学模型和有限元程序的可靠性。以阳模成型90°铺层S-2玻璃纤维/环氧648L形层板为例,对工艺过程层板厚度变化进行了分析。模拟结果表明:剪切模量对拐角以及拐角与平板过渡区域的变形影响较大;平板长度对拐角区域变形影响较明显,对平板区的变形影响较小。采用热压罐制备了90°铺层S-2玻璃纤维/环氧648阳模成型L形层板,实验数据表明,固化后层板呈现拐角区厚、平板区薄的厚度不均现象,并且平板长度对拐角区厚度变化影响较显著,这与数值预测结果具有较好的一致性。

复合材料层板低速冲击损伤有限元模拟

利用三维动态有限元模拟计算复合材料层板的低速冲击损伤的过程．采用了基体开裂判据和分层扩展判据，分类考虑不同的损伤形式．通过修正损伤铺层材料的常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对冲击过程的影响，讨论了接触定律在冲击损伤问题中的适用性，并结合实验结果给出适于严重冲击损伤层板的卸载定理．模拟计算结果得到的低速冲击后各界面的分层损伤面积与实验结果吻合较好．

层板复合材料的疲劳剩余刚度衰退模型

根据层板复合材料在疲劳载荷作用下刚度衰退变化的现象 ,研究了疲劳载荷对层板复合材料刚度衰退的影响 ,建立了一个用于描述层板复合材料在常幅疲劳载荷作用下的刚度衰退模型 ,导出了剩余刚度统计分布的表达式 ,给出了确定模型参数的方法 .利用该随机模型 ,可以预报层板复合材料在给定应力水平的疲劳载荷作用下循环指定周次时剩余刚度的统计分布 .实验数据表明 ,理论预报和实验结果符合得很好 .

APMOC/环氧复合材料层板破坏过程声发射特征

本文利用声发射测试技术,对APMOC/环氧复合材料各种铺层的单层板、层合板的损伤机理和破坏过程进行了详细的研究。结果表明,在不同的声发射信号参量特征与不同的损伤机理之间存在对应关系。声发射信号参量的变化过程能够描述层板的动态损伤过程,不同的声发射参量表征层板的不同损伤过程与机理。

复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析

首先,针对纤维增强复合材料开孔层板进行了压缩试验,通过微距数显设备、电镜扫描和X光扫描设备检测了加载过程中的渐进损伤和试验件最终破坏模式,观测了损伤起始和45°与90°铺层间的分层现象.其次,将复合材料开孔层板失效分为层内失效和层间失效,基于细观损伤力学MMF3理论和界面胶层单元方法建立了开孔压缩损伤跨尺度分析模型.最后,应用该模型对开孔压缩损伤起始、损伤扩展和层板破坏模式进行了预测,获得了纤维和基体损伤起始位置、分层产生位置及扩展过程、最终的分层和压入破坏等计算结果.计算结果与试验结果获得了较好的吻合,表明该计算模型适用于分析复合材料开孔压缩渐进损伤问题.

复合材料非对称正交薄层板的固化变形

利用Rayleigh-Ritz法研究了复合材料非对称正交薄层板的固化变形。建立了考虑几何非线性的固化变形分析模型,预报了其固化后的变形形状及变形量。利用热压釜工艺进行了实验研究。实验发现,方板边缘发生了较大的向内卷曲变形,板边缘附近理论预报值与实验结果差别较大,在距板边缘一定距离内理论预报值和实验结果吻合较好,矩形板实验结果与理论预报值吻合良好。

含内部分层复合材料层板三维问题的三角级数能量解法

本文根据叠加原理分解含内部分层复合材料层板的受力状态，使分层问题归结为分层表面受附加剪切载荷作用时附加状态的分析，然后根据边界条件，利用三角级数构造位移模态，进而由势能原理确定位移解答，并做收敛性验证。计算表明，结果收敛，挠度收敛尤为迅速。

复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构拉伸性能

通过ABAQUS软件建立三维累积损伤有限元模型,计算复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构的条件挤压载荷,并对其损伤机理与破坏过程进行分析;选用适合该类结构层板的损伤判据与衰减准则进行验证。计算获得的初始挤压破坏载荷与实验结果吻合良好,说明所建模型的有效性。在此基础上,分析了接触面摩擦、螺栓刚度和连接金属板刚度等因素对连接结构拉伸性能的影响。结果表明:接触面摩擦因数和螺栓刚度对结构拉伸性能的影响较为明显,金属板刚度的影响很小。

复合材料层板的抗贯穿机理与模拟研究

为了研究树脂基纤维增强复合材料层板的抗侵彻贯穿机理和动态力学行为与抗侵彻毁伤的关系,通过球形破片模拟弹贯穿实验表征了复合材料层板抗高速侵彻的吸能特性;通过高速摄影技术分析了层板贯穿过程的瞬态变形失效特点;采用CT扫描成像及SEM电镜分析等手段研究了复合材料层板的抗贯穿破坏耗能模式。实验结果显示,高速冲击下层板抗贯穿吸能与入射速度成正比;高速侵彻过程是复合材料层板高应变率变形的动态过程,高应变率动态力学行为对复合层板抗贯穿吸能特性影响显著;冲击波在层板中的传播特性决定了不同破坏模式阶段的划分以及损伤区域的范围。基于复合层板高速贯穿下的动力学瞬态分析,建立了复合层板抗高速侵彻吸能的两阶段动态破坏模型,模型计算值与实验值符合良好。研究结果表明,应变率效应与惯性效应在复合材料层板抗侵彻性能分析中是不可忽视的2个关键因素。

损伤复合材料层板胶接修理试验研究

胶接修理是弥补复合材料结构在制造和服役过程中产生的损伤与缺陷的主要方法之一。文中通过强度试验研究在复合材料层板外表面粘接复合材料补片这种临时修理方法的实际效果 ,并讨论主要修理参数———补片直径、厚度。

复合材料层板冲击损伤特性及冲击后压缩强度研究

对两种材料体系(T300/QY8911和T300/5405)/铺层的复合材料层板进行三种支持条件(冲击点无支持、梁凸缘或长桁凸缘支持和肋凸缘支持)、六种冲击能量等级的冲击损伤特性及冲击后压缩强度试验研究。讨论了冲击能量、支持条件等与冲击损伤特性和剩余压缩强度的关系,研究结果表明,冲击表面凹坑深度和冲击损伤面积可用于表征复合材料冲击损伤,而基体裂纹长度不可以用于表征冲击损伤。且随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击所造成的损伤随之减小。随着冲击能量的增加,冲击后压缩强度随之减小。在相同的冲击能量作用下,随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击后压缩强度也随之增加。

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。

复合材料层板低速冲击剩余强度的研究

针对复合材料层板受低速冲击后的剩余压缩强度问题进行分析计算 ,把冲击破坏区看作一个含有随机分布裂纹的圆形不均匀体 ,采用有限元建模分析 ,结合冲击后层板的试验所得的载荷 /位移关系 ,计算得到冲击破坏区的剩余模量。再采用有限元建模分析含圆形冲击损伤区的矩形复合材料层板 ,求解应力及最大位移 ,并依据最大应力破坏准则 ,预测复合材料层板的冲击后压缩强度 ,计算结果与试验数据的比较表明分析结果可靠。

含矩形内部分层的复合材料层板的状态分解-片条合成能量解法

根据叠加原理将含有矩形内部分层的层板在横向载荷作用下的受力状态进行分解，从而将分层问题归结为在分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析，并据此建立了一个仅包含分层区的力学模型。进而在层板分层区中切取平行于边界的切片，将切片视为含分层的层合梁，其位移模态以相应层合梁的附加位移模态来表示。这样，可构造层板分层区内满足位移边界条件的位移场。最后，应用最小势能原理确定位移幅值的闭合解。计算结果表明，挠度幅值远远大于中面位移幅值。

含椭圆分层复合材料层板三维问题的三角级数能量解法

根据叠加原理将含有椭圆形内部分层的层板在横向载荷作用下的受力状态进行分解 ,从而将分层问题归结为在分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析 ,并据此建立了一个仅包含分层区的力学模型。然后利用双三角级数构造满足层板分层区位移边界条件的位移模态。最后 ,应用最小势能原理确定位移解。计算结果收敛 ,挠度收敛尤为迅速。

复合材料层板的层间应力分析及其应用

本文用作者研制的准三维问题的有限元程序对几种典型的复合材料层板进行了详细的层间应力分析,并据此预报了复合材料层板的脱层位置,发现与实验测量的脱层位置相一致。