轻木夹芯/碳纤维复合材料结构后推构型无人机机身设计与分析

设计了一款后推构型轻木夹芯/碳纤维复合材料结构无人机机身,完成了机身气动外形设计、流场分析和内部结构设计。建立了机身结构有限元模型,完成了结构刚度校核。编写子程序,将3D Hashin失效准则嵌入计算模型,基于三类失效模式构建极限状态函数g(x),对机身结构进行了强度及稳定性校核。采用等步长施加超设计载荷,预测了结构的初始损伤位置及模式。对机身蒙皮铺层方案进行了优化设计,采用g(x)函数对更改铺层方案后的结构性能进行了评估。研究结果表明:着陆工况和最大飞行速度工况的机身蒙皮表面压强最大值均在机头整流罩区域。两种工况的极限状态函数g(x)均大于0,最大位移分别为3.076 mm和2.92 mm,机身结构满足刚度、强度和稳定性要求。对着陆工况施加1.17倍设计载荷时,油料舱下壁板轻木芯材发生压缩分层初始损伤。机身结构失稳发生于侧面蒙皮,提高45°铺层占比可提高蒙皮的稳定性。玻纤蒙皮铺层优化后,在质量不变的条件下,结构稳定性裕度提高了7.2%。

风电叶片用芯材应用进展

芯材是风电叶片的关键材料之一,主要用于风电叶片的壳体、腹板和叶根中,为风电叶片提供刚度和抗剪切作用,提高整个风电叶片的抗载荷能力。风电叶片作为大型构件,其芯材需要具有良好的机械性能,还需具有良好的工艺性能。针对目前国内外研究机构及制造商对风电叶片用芯材的应用研究,着重综述了目前应用较多的4种风电叶片芯材(轻木、PVC材料、PET材料、SAN材料)在材料性能方面和加工应用方面的研究进展。

新型混合芯材复合材料夹芯板受弯性能试验研究

研制一种真空成型工艺制作的基于轻木-泡沫混合芯材的复合材料夹芯板。采用四点弯曲力学性能试验研究复合材料夹芯板的受弯破坏形态以及芯材组分对复合材料夹芯板弯曲力学性能的影响。结果表明,复合材料夹芯板的破坏模式不同于花旗木板,表现为GFRP腹板的剪切破坏。复合材料夹芯板的抗弯承载力及刚度大于花旗木板;夹芯板提高芯材和GFRP的利用效率;随着混合芯材夹芯板芯材成分比例的不同,峰值挠度基本相同,但随着花旗木芯材比例的减小,峰值承载力和抗弯刚度降低。

基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计

针对汽车起重机臂架轻量化设计需求,设计了一种碳纤维复合材料轻木夹芯结构的汽车起重机副臂架。碳纤维复合材料密度低,比强度和比模量高,力学性能优异。应用有限元软件ABAQUS对碳纤维复合材料轻木夹芯结构的汽车起重机副臂架进行了结构设计和仿真分析。研究结果表明:碳纤维复合材料轻木夹芯结构副臂架中碳纤维复合材料上、下面板厚度分别为10 mm和8 mm,上、下面板铺层分别为[0/±45/02]10和[0/±45/02]8,其强度相比于碳纤维复合材料副臂架的安全裕量更大,同时刚度也满足使用需求,此时复合材料副臂架质量为251.4 kg,质量减轻达到了40%,具有良好的轻量化效果。

风电叶片轻木芯材含水率超标处理方法研究

轻木芯材是风力发电叶片结构的主要原材料之一,轻木芯材的质量严重影响着叶片的综合性能与寿命,而近年来,随着风力发电抢装潮的到来,风机上游原材料需求显著提高,尤其2020年以来叶片所用轻木芯材供应不足,且国内的轻木芯材严重依赖进口。由于轻木储藏、运输和环境因素等导致芯材含水率≥12%而超标,严重影响了叶片的成型质量,甚至造成产品报废,故含水率成为芯材验收的一个重要指标。为此对风力发电叶片芯材轻木的含水率超标处理方法进行了分析和研究。

风电叶片轻木芯材加工工艺试验研究

风力发电叶片选择BALSA芯材作为结构的关键原材料,原因在于BALSA芯材既能提高叶片的刚度又可以减轻叶片的重量,从而降低叶片成本。对不同厚度和加工方式的BALSA芯材的吸收树脂量进行了对比研究,结果表明:BALSA芯材的加工方式对芯材吸收树脂量影响较大;单位面积芯材的吸胶量随着厚度的增加而增多,芯材吸胶后的密度随着板材厚度的增大而降低。该研究数据为设计叶片时芯材的选取提供了一定的数据支撑,同时对风电叶片轻量化结构设计也具有重要意义。