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。

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。

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。

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。

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。

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。

PMI泡沫夹层结构雷达天线罩间接热-结构耦合分析与实验研究

机载PMI泡沫夹层结构雷达天线罩在环境温度变化时将产生表面变形现象并影响其使用性能,但对天线罩热变形结果进行实时检测分析具有一定难度。通过ANSYS间接热-结构耦合法建立了分析模型,对天线罩进行了计算分析,采用热膨胀片状模型进行了理论分析,在此基础上,设计并开展了温度冲击实验研究。结果表明, PMI夹层结构天线罩的热-结构耦合变形综合应变趋势是棱边处膨胀程度最大,由边缘至天线罩透波面中心处,膨胀程度逐渐减小;间接热-结构耦合计算应变值与实测应变值之间平均相差35.08%,间接热-结构耦合分析方法与模型具有一定的可信性。

PMI泡沫夹层复合材料电性能设计与实验研究

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层复合材料具有优异的宽频透波性能,被广泛用于制备透波雷达天线罩。为了设计满足宽频透波要求的某型天线罩,从复合材料结构原理出发,选择石英纤维增强环氧树脂复合材料为蒙皮,PMI泡沫为芯材的A夹层结构方案,采用三维全波电磁场仿真软件(CST软件)计算比较了不同蒙皮厚度和芯材厚度对A夹层结构透波性能的影响,得到了理论最优结构。进一步的平板试验结果表明,透波率的实际测试值与理论计算结果基本吻合,可见设计的A夹层复合材料结构可满足某型天线罩的宽频透波要求。

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹芯复合材料的滚筒剥离性能研究

系统研究了泡沫密度、泡孔孔径、成型方式、芯材或蒙皮表面的糙化处理对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹芯复合材料剥离强度性能的影响。研究结果表明,泡沫密度、泡孔孔径、成型方式和表面糙化对PMI夹芯复合材料的剥离强度提高均有明显作用,其中以泡沫密度和泡孔孔径影响最为显著,分别提高了157%和95%。本研究内容对如何提高PMI泡沫夹芯复合材料的剥离强度具有很好的工艺指导作用。

位移模式下PMI泡沫夹层结构疲劳损伤试验研究

论文选取磁悬浮列车车身所用的由铝面板与聚甲基苯丙酰亚胺(PMI)聚合物泡沫芯层所组成的轻质夹层复合材料为研究对象,对夹层结构在室温下进行静态强度测试和进行以位移为控制变量的疲劳损伤演化试验,探讨分析了PMI泡沫夹层结构在交变位移控制下的疲劳性能和破坏行为.给出了PMI泡沫夹层结构在静态载荷作用下的力学性能参数.参考静态试验结果加载适当的位移载荷进行疲劳试验,发现在位移控制模式下,夹层结构的疲劳损伤过程和破坏模式明显区别于载荷控制模式.当最大控制位移较小时破坏形式为面板与泡沫层脱离;位移较大时为面板断裂和泡沫芯层塌陷.通过引入载荷的变化作为损伤参量建立了位移控制模式下损伤演变公式,并对两种模式的破坏行为进行了较好的预测.

PMI泡沫材料在航天器结构中应用的可行性研究

文章通过试验研究了两个牌号的PMI泡沫材料的物理及力学性能,着重研究了它们的吸湿性能、压缩蠕变率及在热真空环境下的放气性能,并与航天器结构常用的铝蜂窝芯材作了相应比较。研究表明,优良的介电性能、低热导率、易于加工复杂外形、可设计性等特性使得PMI泡沫材料有望应用于航天器的多功能结构,变截面结构,杆、梁结构,天线结构等,而PMI泡沫材料采取一定的增强措施后也可作为航天器的承力结构。

吸湿对PMI泡沫夹层结构复合材料力学性能和介电性能的影响

文中研究了不同湿度、不同温度条件下PMI泡沫夹层结构复合材料在吸湿过程中弯曲性能、平压性能以及透波性能的变化规律。结果表明:在湿度分别为85%RH、95%RH、浸水,温度分别为50℃、60℃、70℃的环境中,在吸湿初期,随着环境湿度增大和温度升高,试样的吸湿率增大,力学性能下降;环境湿度越大,温度越低,试样的饱和吸湿率越大,PMI泡沫夹层结构复合材料的弯曲性能、平压性能就越低,透波性能也越差。

PMI泡沫夹层碳纤维复合材料的制备及力学表征

由于具有较好的力学性能和工艺稳定性,聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层结构在航空领域得到了大量的应用。目前飞机上通常采用预浸料与泡沫热压罐固化制造夹层结构,这种工艺成本较高且只能保证贴模面的表面质量。本文中采用闭模液体成型工艺制备了质量稳定的泡沫夹层结构,对比了同时注胶与交替注胶的制备方法,结果表明交替注胶可以得到更好的成型质量。并对泡沫芯材的力学性能进行了测试,在此基础上建立了泡沫材料的失效模型,并通过有限元分析了其三点弯曲、侧压屈曲等力学性能,有限元模型分析结果与实际测试结果基本一致,有限元模型可揭示在这些加载条件下夹层结构的破坏机理及渐进损伤过程,研究结果可推动高性能的航空用复合材料夹层结构的低成本化制备以及结构服役的虚拟试验。

海水对PMI泡沫夹芯复合材料吸湿性能以及力学性能的影响

随着泡沫夹芯复合材料在船舶领域的应用越来越广泛,海洋环境对泡沫夹芯复合材料性能的影响有待探究。本文通过对比去离子水和海水对PMI泡沫夹芯复合材料吸湿性能和力学性能的差异,探究海水对泡沫夹芯复合材料影响的机理。实验结果表明:PMI泡沫夹芯复合材料浸泡在海水中饱和吸湿率为5.4%,达到饱和所需时间为28d;而浸泡在去离子水中的样品的饱和吸水率以及达到饱和所需时间分别为6.9%、30d;通过Fick第二扩散定律发现海水中的水分子的扩散系数要低于去离子水中水分子的扩散系数。此外,浸泡在去离子水中样品的平压强度、侧压强度和弯曲强度分别降低了37.78%、16.72%、23.71%;而浸泡在海水中样品的性能分别下降了35.56%、21.2%、20.63%。

PMI泡沫复合材料夹层结构的无损检测方法

主要讲述了目前适用于PMI泡沫夹层结构的各种无损检测方法。回顾了泡沫夹层结构常用的无损检测方法:空气耦合超声方法、脉冲回波超声方法以及激光错位散斑干涉方法。针对不同的缺陷形式,对比了无损检测的效果。

冯·卡门曲面整流罩PMI泡沫夹层防热结构技术研究

由于新一代运载火箭整流罩冯·卡门锥段采用聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层结构,其导热性能是铝蜂窝的1/50,将导致泡沫外层的玻璃钢温度急剧上升,因此防热结构软木的热环境会比传统整流罩恶劣很多。运用石英灯加热试验和热解面模型仿真方法,在冷壁热流的边界条件下,得到外壁温度,并最终确定软木的烧蚀热物理性能。然后通过热解面模型仿真结果和石英灯烧蚀试验结果的对比证明了这种方法合理可行,最终得到热壁热流输入条件,为最终确定整流罩防热软木厚度提供了一种有效途径。