基于增强内积矩阵的PMI泡沫夹层结构损伤检测

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层复合材料结构因其独特的力学性能而广泛应用于航空航天领域,如何快速、准确、低成本地检测面板与芯材的脱粘损伤对结构安全使用具有重大意义,然而传统的基于超声波的无损检测技术由于PMI泡沫的吸声特性难以有效地检测到此类结构的脱粘损伤,该文探索基于振动响应测试的方法在PMI泡沫夹层结构损伤检测中的可行性及有效性。以振动时域响应相关性分析建立的结构损伤特征——内积矩阵(inner product matrix,IPM)为基础,通过将不同激励点下计算得到的IPM进行堆叠,提出了增强内积矩阵(enhanced inner product matrix,EIPM)的概念,并以EIPM为卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的输入、PMI泡沫夹层结构的损伤状态为输出,建立了基于EIPM及CNN的结构损伤检测方法。PMI泡沫夹层悬臂梁结构的脱粘损伤检测仿真算例及实验验证结果表明,所提方法在3个及以上测点时的平均识别准确率均在99%以上,且与基于IPM的方法相比,EIPM方法具有更好的收敛速度和稳定性。

RTM成型PMI泡沫夹芯制件界面超声检测异常研究

为了研究RTM成型PMI泡沫夹芯制件中PMI泡沫-碳纤维板材间界面超声波C扫描波形差异的影响因素,设计了6组比对试验,采用超声波C扫描测试了不同方法的PMI泡沫夹芯制件的界面。结果表明,薄蒙皮的PMI泡沫夹芯制件在出现分层情况下界面回波达到100%,其他回波情况下均不会出现泡沫与蒙皮脱黏情况。

结构型阻燃剂对PMI泡沫塑料的阻燃改性

以亚磷酸二甲酯、环氧氯丙烷为原料合成阻燃剂(3-氯-2羟基)丙基磷酸二甲酯(DMCPP),并用于PMI泡沫塑料的阻燃改性。通过傅里叶转变红外和核磁共振表征DMCPP的结构,用差示扫描量热法和热失重对阻燃泡沫塑料进行热分析,研究了DMCPP对PMI泡沫塑料阻燃性能、泡孔结构和力学性能的影响。结果表明,PMI泡沫塑料的分解温度和残炭率因DMCPP而提高,极限氧指数(LOI)随DMCPP用量增加而提高;10%DMCPP使80 kg/m^3的PMI泡沫塑料LOI达29.2%,泡孔增大32%,力学性能下降。

PMI泡沫夹层结构性能研究

对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫碳环氧复合材料夹层结构进行了平拉、平压、侧压、弯曲、剪切等性能试验,并对试样破坏模式进行了分析。结果表明:泡沫夹层结构平拉、平压、剪切性能取决于芯材的性能,表现为芯材的破坏,弯剪试样更能表征泡沫的剪切性能,泡沫夹层结构具有优越的侧压和弯曲性能,碳面板(1.05 mm)/泡沫(30 mm)夹层结构侧压强度为26.5 MPa、模量为5.88 GPa,弯曲刚度为3.05 kN.m2、模量为97.5 GPa。

铝面板PMI泡沫芯夹层材料力学性能研究

对铝面板聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫芯夹层材料进行了弯曲、平拉、压缩、剪切、侧压等试验,得到了弯曲、平拉、压缩、剪切、侧压等性能数据,为采用铝面板PMI泡沫芯夹层材料提供了设计依据.

PMI泡沫复合材料的太赫兹谱特性实验研究

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫复合材料具有众多优良特性,被广泛应用于航天航空、军工、船舶、汽车及高速列车等各个领域。而作为新型的夹层结构材料,其太赫兹(Terahertz,THz)波段的性能检测尚未见报道。基于THz时域光谱分析方法,对国内外两种型号的PMI泡沫复合材料在太赫兹波段透射及反射的实验获得的时域波形、功率密度谱进行了分析比较,基于MATALB编程、Origin8.0数据处理,应用时域、频域方法计算分析了不同厚度的德固赛(型号:Rohacell WF71)、美沃科技发展有限公司生产的(型号:SP1D80-P-30)PMI泡沫复合材料的透射率(传输函数)、吸收率、反射率以及折射率等光学参数。研究结果表明:通过对比空气、氮气中的不同测量结果,解释了湿度对测量结果的影响。PMI泡沫复合材料的折射率为1.05左右,功率谱的衰减是由于测试平台本身信号较弱、样品较厚且PMI泡沫的内部微结构的散射,造成THz波在>0.6THz波段表现出明显的衰减。该结论为THz波段在PMI泡沫复合材料方面的应用提供了理论依据,同时也为太赫兹无损探伤(non-destructive testing,NDT)技术在PMI泡沫复合材料方面的应用做了一个良好的铺垫。

吸波性PMI泡沫塑料的制备及性能研究

通过增粘和分散技术将吸波剂导电碳黑引入到聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫塑料中,制备出了具有一定吸波性能的PMI泡沫塑料。实验发现,采用高速剪切和高功率超声波的复合分散法可将吸波剂导电碳黑均匀分散至增粘后的单体混合液中,且增粘剂和吸波剂对聚合与发泡过程无不良影响。结果表明,随着导电碳黑用量增加以及试样厚度的增加,PMI泡沫塑料的吸波性能显著提高。由于采用了增粘树脂,同密度吸波性PMI泡沫塑料的压缩性能下降。

碳纳米管填充PMI泡沫的制备及其吸波性能研究

将碳纳米管引入到PMI泡沫中,制备具有吸波性能的PMI泡沫,分析了碳纳米管对于PMI化学结构、泡孔结构以及力学性能的影响。结果表明,5%碳纳米管填充的PMI泡沫反射率能达到-15.23 dB,但碳纳米管的加入,会对PMI泡孔结构、力学性能造成不利影响。

高密度PMI泡沫塑料的制备、结构与性能研究

以丙烯腈、甲基丙烯酸为主单体制备AN/MAA型高密度PMI泡沫塑料,探讨了发泡剂用量、发泡温度和发泡时间对PMI泡沫塑料密度的影响规律,研究了高密度PMI泡沫塑料的微观结构、力学性能和10GHz的高频介电性能。结果表明,调控发泡剂用量为1～5 phr、发泡温度170～180℃、发泡时间40 min,可制备出密度为150～450 kg/m3的高密度PMI泡沫塑料,随着其密度的增大,泡棱变粗、泡壁变厚、泡孔平均孔径变小;其拉伸、压缩强度显著增加,并与理论计算值基本一致;高频介电常数和介电损耗呈近线性规律增大。

PMI泡沫夹芯复合材料湿热老化性能研究

通过对夹芯结构复合材料湿热老化性能的研究,探究环境对夹芯结构复合材料性能的影响。实验中采用了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、玻璃纤维增强环氧树脂(SW110C/608)复合材料面板制备了PMI泡沫夹芯结构复合材料,研究了PMI泡沫夹芯结构复合材料的耐湿热老化特性,并讨论了湿热对PMI泡沫夹芯结构复合材料的压缩性能以及弯曲性能的影响。结果发现,PMI泡沫夹芯结构复合材料浸泡在水中时的饱和吸湿时间为30d,饱和吸水率为4.08%,通过Fick第二扩散定律发现水分子在PMI泡沫中的扩散系数为水分子在面板扩散系数的29.29倍,由于水分子的增塑作用以及浓度梯度扩散的影响,湿热处理后的PMI泡沫夹芯复合材料的平压强度下降了32.86%,侧压强度下降了16.73%,弯曲强度下降了23.94%。

湿热循环对PMI泡沫/3218-1环氧树脂夹层结构性能影响的研究

通过对PMI泡沫/3218-1环氧树脂夹层结构进行湿热处理,测定夹层复合材料的吸湿、脱湿曲线,研究湿热对夹层复合材料的吸湿性能的影响,同时对湿热循环处理前后的夹层复合材料试样进行力学性能和介电性能的测试,以研究湿热循环对两种PMI泡沫/3218-1环氧树脂夹层结构的吸湿性能、力学性能及介电性能的影响。

PMI泡沫塑料及其夹层结构的高频介电性能研究

本文研究了密度和厚度对PMI泡沫塑料及其碳纤维、玻璃纤维夹层结构10GHz的高频介电性能的影响。结果表明,PMI泡沫塑料的厚度对其高频介电性能影响不大;随着密度的增加,PMI泡沫塑料的高频介电性能呈近线性规律增大,并与理论计算值基本一致;随着厚度的增加,其碳纤维夹层结构和玻璃纤维夹层结构的高频介电性能均不断降低,并逐渐接近纯PMI泡沫塑料的介电性能,其规律符合串联公式模型;玻璃纤维夹层结构的高频介电性能低于碳纤维夹层结构。

吸波PMI泡沫复合材料的制备及性能研究

通过增稠和分散技术将吸波剂C纤维加入到聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料中，制备出具有吸波性能的PMI泡沫，研究了吸波PMI泡沫复合材料的力学性能和吸波效果。结果表明：PMI泡沫加入吸收剂C纤维后，在同一密度下，吸波PMI泡沫复合材料的压缩性能与普通PMI泡沫塑料保持一致，但是拉伸性能要低20％；吸波PMI泡沫复合材料的吸波效果随吸收剂C纤维含量的增加而增强，当吸收剂含量达到3％时，在8～12GHz出现最大吸收峰值，在14～15GHz间均出现吸收峰值。

某型飞机用PMI泡沫夹层复合材料的设计

本文选用国外先进、成熟的高温固化环氧碳纤维复合材料、PMI轻质泡沫塑料芯材及高温固化结构胶粘剂,从适航、材料选择、夹层结构特点等方面出发,来设计泡沫芯/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料,并采用目前应用最多的一种成形工艺方法-热压罐成形工艺来制备该复合材料。将泡沫芯/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料应用于某型飞机,具有显著的结构减重效果,为民机结构应用泡沫夹层复合材料奠定了坚实的基础。

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫的进展

聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫是当今夹层结构复合材料最主要的芯材,具有密度低、力学性能和耐热性能突出、易于机加工、与热固性树脂黏结良好、适应于热压罐固化工艺等突出优点,已经在航空航天、交通运输、风电叶片、医疗器械、电子通讯等领域获得较广泛应用。本文对PMI泡沫的发展历史、制备技术、结构与性能进行了综述,并提出了国内PMI泡沫进一步发展亟待解决的问题。

PMI泡沫材料拼接用低密度糊状胶粘剂的研制

以低黏度EP(环氧树脂)为基体树脂、核/壳型橡胶为增韧剂、高强度玻璃微珠为填充料和混合胺为固化剂,制备了PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)泡沫材料夹层结构件的拼接和补强用低密度双组分糊状胶粘剂。结果表明:该胶粘剂在密度、耐热性、力学性能和工艺性能上获得了较好的平衡,其密度为0.50 g/cm3,其铝合金胶接件的常温剪切强度超过15.0 MPa,常温本体压缩强度超过40.0 MPa,PMI泡沫材料拼接件的平面拉伸强度超过了3.0 MPa;该胶粘剂满足常温可凝胶拼接定型、中温(120℃)和高温(175℃)均可固化成型的工艺特性,目前已在EP预浸料-PMI泡沫材料夹层结构件的热压罐成型工艺中获得了成功应用。

用于航天电子设备的PMI泡沫夹层结构力学性能试验验证

针对应用于空间站的我国首个航天综合一体化电子系统设备的减重需求,通过试验验证了碳纤维/PMI/碳纤维、铝合金/PMI/铝合金2种PMI泡沫夹层结构的物理及力学性能,并与航天电子设备中常用的铝合金、碳纤维结构进行对比分析。研究表明,相比于铝合金结构,PMI泡沫夹层结构具有显著的减重效果以及良好的阻尼和比刚度特性,平均减重比约为40%,力学响应量级降低了40%~50%,为空间站电子设备的轻量化设计奠定了基础。

吸湿环境对石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料吸湿行为的影响

研究了不同温度、湿度环境下,夹层结构石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料及其芯材和面板的吸湿规律。将石英纤维增强环氧树脂面板、PMI泡沫、复合材料面板/PMI泡沫夹层结构试样在不同吸湿环境中进行吸湿处理后,对其吸湿行为进行分析。结果表明:浸水环境下面板、PMI泡沫、PMI泡沫夹层结构复合材料都表现出更为严重的吸湿行为;在潮湿环境中,50℃至70℃范围内,温度越高,试样在吸湿过程中的质量损失越多,最终的饱和吸湿率越小;在60℃以内的潮湿环境中,PMI泡沫夹层结构复合材料的饱和吸湿率可以通过相同环境下面板复合材料和PMI泡沫的吸湿率进行预测。

PMI泡沫收缩率及胶接性能试验研究

通过对PMI泡沫芯密度、厚度及外置时间、干燥处理、固化压力等5个参数系统研究,摸索了其与泡沫芯收缩率之间的关系,给出了降低泡沫芯收缩率、提高其尺寸稳定性的方法。同时,通过强度性能试验,研究了不同固化压力(0.2MPa和0.3MPa)对PMI泡沫夹层试验件胶接性能的影响。试验结果表明,泡沫芯厚度越小,密度越低,吸湿量越大,固化压力越大,则泡沫芯收缩率越高。利用烘箱在130℃下干燥处理2h,可降低泡沫芯的收缩率;0.3MPa胶接的PMI泡沫夹层结构试验件的滚筒剥离强度略优于0.2MPa固化压力。剪切强度、平面拉伸强度及弯曲强度无明显差别。

PMI泡沫在微带天线阵面上的应用研究

为了实现某毫米波微带天线的低损耗透波这一设计需求,开展PMI泡沫夹层结构的微带天线阵面制造研究。选用硬性封孔结构PMI泡沫作为天线阵面上下两层微带之间的介质夹层材料,采用热固性导电半固化片作为胶接材料,并通过PCB真空热压工艺实现上述PMI泡沫夹层结构的胶接成型。详细论述了PMI泡沫夹层微带天线阵面的工艺流程、PMI泡沫选材方案、PMI泡沫加工注意事项及夹层结构胶接等工艺技术。根据提出的工艺方案试制了样件,并对样件进行电性能指标测试和拉力试验,试验结果表明:PMI夹层结构指标性能优异、胶接强度良好,满足微带天线阵面设计要求。