复合材料薄壁机匣热内压试验技术

针对航空发动机复合材料薄壁机匣的热气流压力载荷试验问题,研制了一种可满足370℃,1.34MPa的机匣热内压试验技术,并通过试验验证了技术的有效性。受试腔体由机匣试验件和所设计的试验装置合围成一套可以施加温度和压力载荷的被试腔体结构,能够有效解耦腔内压力对装置产生的轴向力,避免轴向力传递至机匣试验件。试验装置中的关键密封结构承载活塞密封采用FFKM全氟醚O型密封圈,可耐高温330℃。对承载活塞盘进行了一维简化热传导解析分析和三维热传导仿真分析,三维仿真结果相比一维简化解析解能够更准确的反应承载活塞盘的内部温度场。经试验验证,所研制的试验装置有效利用了结构传热的梯度降温性能和与环境的对流散热作用,突破了密封材料的适用温度局限,可以满足机匣件热内压试验密封要求。

金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强。

管道修复用管状纺织复合材料的力学性能

管状纺织复合材料用于修复管道的内衬管,受到管道内输送介质的压力作用,其承压性能直接影响修复效果。为此基于对管状纺织复合材料特殊力学性能的要求及其自身结构特点,通过对其拉伸性能进行测试,建立了计算管状纺织复合材料拉伸断裂强力/宽度与破裂压强间关系的数学模型。通过实验证实,该数学模型精度较高;当待修复管道管径发生变化或腐蚀孔尺寸发生变化时,可计算管状纺织复合材料的耐压性能,对管状纺织复合材料的应用具有实际指导意义。

火箭发动机复合材料壳体爆破压力的计算

根据火箭发动机复合材料壳体的缠绕特点，假定壳体是由宏观上一组正交异性单元一层接一层缠绕制成，由此建立了壳体内三维应力场的分布公式。根据Tsai-Wu强度准则，采用单层模量退化的方法，计算获得了火箭发动机复合材料壳体的爆破压力。计算结果与实验结果较一致。

复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析

碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹进行仿真。考虑球壳的变曲率特点,针对球形气瓶缠绕层进行变厚度、变角度的精细化有限元建模,对工作压力下的气瓶内衬和缠绕层各向应力分布进行数值模拟和分析,并预测了气瓶的爆破压强。结果表明,优化设计得到的缠绕线型参数既能满足缠绕工艺的基本要求,又有效提高了球形气瓶的结构力学性能。研究成果对复合材料球形压力容器的设计制造具有重要的意义。

航空发动机复材外涵机匣静热强度试验方法研究

目的提出一种飞机发动机外涵机匣静热强度考核试验方法,实现对高温环境下机械载荷与气流压力载荷同时作用时外涵机匣的强度考核。方法以典型外涵机匣模拟件为试验件,利用所设计的试验装置与外涵机匣模拟件合围成一套能够施加温度载荷、机械载荷以及内腔气压载荷的被试结构,在通过温度加载系统、静力加载系统和气压加载系统同时对被试结构模拟飞行过程中的真实工况环境。结果通过设计的试验能同时施加飞行过程中外涵机匣所承受的主要温度、机械及气流压力载荷。结论提出的静热强度试验方法,能够充分对航空发动机外涵机匣飞行过程中的综合环境进行地面模拟考核,取代以往金属外涵机匣考核的温度载荷等效方式,可实现对复材外涵机匣工艺件进行考核,为外涵机匣减重设计提供依据。

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。

声发射技术在复合材料结构无损检测中的应用

简述了复合材料AE技术的发展概况、AE特性和破坏类型;讨论了几种不同破坏机理的AE判据;着重介绍了AE技术在复合材料压力容器无损检测中的应用及压力容器水压试验时应注意的某些问题。

声发射技术五十年(1961-2011)

文章对过去50年笔者所涉及的一些声发射项目做了回顾。笔者的声发射生涯是从检验玻璃环氧树脂圆柱形压力容器的剩余强度开始的,然后很快地延伸到了其它的很多材料、制品和结构中去。笔者在文中会介绍尽量多的信息,诸如:非金属和金属压力容器、影响声发射的因素、变型模式的识别、降噪技术、地上储罐泄漏探测、结合AE与UT、木材颗粒板的声-超声检验、飞行中飞机结构的监测以及葡萄科植物的缺水探测等。

基于冲击损伤的复合材料气瓶铺层顺序优化设计

基于瞬态动力学理论和遗传优化算法,以提高抗冲击损伤能力为优化目标对复合材料气瓶的铺层顺序进行优化。遗传算法利用MATLAB软件实现,复合材料气瓶冲击损伤分析采用ANSYS进行,通过两个软件之间的信息传递,实现优化计算。以铝内胆复合材料气瓶为算例进行优化,结果表明,在同一冲击能量下,优化后的气瓶基体破裂面积和基体破裂层数均大幅减小,剩余爆破压力显著提高。当冲击能量为60 J时,该气瓶表面基体破裂面积减少了8.8%,基体破裂层数减少了14.3%,剩余爆破压力值提高了9.6%。本文建立的优化算法可以用于复合材料气瓶铺层优化设计。

复合材料增强管线钢管的预应力处理及水压试验

天然气需求量不断增加对长输管道的承压能力提出了更高的要求,而增加管道壁厚和提高钢级均有一定的局限性,因此开发了复合材料增强管线钢管,即通过在钢管外表面缠绕连续纤维复合材料的方法,提高管道的承压能力。以外径508 mm的管线钢管为基础,制成了复合材料增强管线钢管样管,使用预应力法处理管材,并对处理后的管材进行了水压爆破试验分析。结果表明:复合材料增强管线钢管的承压能力是钢层和复合材料层承载叠加的结果;预应力处理对结构层的应力分布进行了重新分配,提高了复合材料层的承载比例;当管道失效时,复合材料层首先被破坏。在试验结果的基础上,对目前使用的复合材料增强管线钢管设计压力计算方法进行了修正。