内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

碳纤维蜂窝夹层结构动特性分析

对碳纤维蜂窝夹层结构的动力学问题进行了深入分析。将碳纤维网格表面等效为正交异性薄板,铝蜂窝夹芯按蜂窝实际受力情况和尺寸大小等效为三维正交异性体,并考虑到为了防止失稳破坏而进行的蜂窝局部加密、碳纤维表板加厚及结构局部加强。所建模型经复杂结构有限元方法分析,结果和试验相吻合,表明等效模型是合理的,方法是正确的。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究

本文介绍了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构常见的内部缺陷,这些缺陷的存在将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用超声脉冲反射法对其内部缺陷进行检测作了详细介绍,分别对复合材料蒙皮可能出现的分层、疏松和高空隙率缺陷及蒙皮与蜂窝夹芯之间界面的脱粘缺陷进行检测,对出现的波形进行分析,并判断波形产生的原因,认为超声脉冲反射法对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构内部缺陷检测是一种行之有效的方法。

植入碳纤维蜂窝夹芯结构的光纤光栅热载荷响应光谱研究

针对航天领域复合材料结构在空间服役环境的热响应监测需求,研究了一种热载荷作用下基于光纤Bragg光栅(FBG)反射光谱特征分析的碳纤维蜂窝夹芯结构监测方法。将光纤Bragg光栅传感器分别植入碳纤维蜂窝夹芯结构的不同铺层,通过监测不同热载荷下各铺层位置的光纤光栅反射光谱,得到碳纤维蜂窝夹芯结构相关铺层位置热应变特征。研究表明,碳纤维蜂窝夹芯结构不同材料铺层的热应变特征存在一定差异。植入外蒙皮表面与玻璃布之间的光纤光栅反射光谱随着温度升高,中心波长向长波方向漂移,且波形未出现明显改变。埋植于外蒙皮第二、三层碳纤维织物预浸料之间的光栅反射光谱随着温度降低逐渐出现旁瓣、多峰等啁啾效应,其主峰与右侧次峰中心波长均向短波方向逐渐漂移,主峰峰值幅度变化较小,温度灵敏度约为5.56×10^(-3) dBm·℃^(-1),而右侧次峰幅度显著增大,温度灵敏度约为40.32×10^(-3)dBm·℃^(-1);埋植于内蒙皮和蜂窝芯子之间的光栅反射光谱随着温度降低,其半波峰带宽逐渐增大,变化率约为3.19pm·℃^(-1),且出现显著多峰趋势,这是由于层间热应力分布不均匀所形成。在-70^+60℃温度范围,各植入层热应变均随温度升高而增大,且变化趋势相接近,而在+60^+120℃温度范围内,各植入层热应变变化趋势呈现显著差异。这些特性能够为后继空间环境复合材料航天器结构状态在轨监测提供有益帮助。

卫星承力筒的结构特点与应用分析

承力筒是卫星结构的关键部件,直接影响着卫星总体的力学性能。首先简要介绍了承力筒式卫星结构的优点;随后从承力筒材料与工艺的角度出发,介绍了不同类型的承力筒在卫星结构上的应用情况与特点;详细阐述了风云三号卫星承力筒的设计、分析与试验过程,对承力筒的材料、面板铺层等参数分别进行了优化,在通过整星的模态、振动等试验验证后得到了成功的应用。最后,给出了承力筒研究的重要意义和今后的发展方向。

碳纤维蒙皮/铝蜂窝夹层材料的埋件结构破坏形式分析

本文介绍了2种螺纹规格M3、M6埋件在碳纤维蒙皮/铝蜂窝夹层结构中受水平方向和垂直方向拉脱时的不同表现形式。通过对2种规格埋件垂直和水平方向加载测试可知:M3螺柱受载能力最弱,在水平拉力达到4000N时,M3螺柱最先被剪断破坏。同时通过实验证实碳纤维蒙皮塑性变形优于铝蜂窝,但弱于屈服后的蜂窝结构。

机载碳纤维雷达反射面天线的研制

简述了某型号雷达反射面天线的结构特点,并从材料选择、模具设计、天线结构优化和成型工艺等方面对天线成型进行了研究和讨论。采用热补偿方法对模具成型面进行了修补,利用正交试验设计对天线固化参数进行了优化。结果表明,天线厚度误差控制在±0.05 mm内,天线型面均方根差(RMSE)≤0.1 mm,天线副瓣电平为-30 db(34.468 GHz),结构、电气性能指标满足设计要求。

光学小卫星主载荷承力结构的多工况优化设计

为了降低光学小卫星相机次镜上的随机响应,提出了一种蜂窝夹层板结构的优化设计方法,对小卫星光学载荷的蜂窝安装板进行结构参数的优化设计。首先,以整星一阶频率不低于40 Hz为优化目标,对蜂窝芯子密度进行优化,根据三明治夹心理论,推导计算了蜂窝芯子等效力学参数。然后,以次镜的随机响应为优化目标,对蜂窝夹层板的碳纤维面板进行铺层优化设计,得到最优铺层顺序为[0/45/90/-45]S,总厚度为0.8 mm。根据以上计算得出蜂窝芯子及碳纤面板等效参数,对整星进行分析。最后,开展了整星振动试验,测量了整星模态和响应,对试验数据进行采集。结果表明:整星模态为42.2 Hz,次镜最大随机响应为11.1g,均在合理范围之内,满足了组件力学要求。

Nomex蜂窝夹层复合材料的成型工艺研究

针对Nomex蜂窝填充双马树脂基复合材料夹层结构在固化成型过程中易出现的蜂窝芯边缘塌陷问题进行研究。通过采用不同的成型工艺方法,以及对共固化工艺参数进行调整,研制出相应的双马来酰亚胺树脂基碳纤维/蜂窝夹层结构层板,并且对夹层结构的力学性能、内部质量以及平面拉伸性能进行测试。在此基础上分析了成型压力参数对夹层结构质量的影响。相关工艺试验表明蜂窝芯塌陷的原因主要是固化过程中蜂窝芯边缘的滑移引起的蜂窝局部失稳,通过采取分步成型、蜂窝先胶接后修型的方法能够有效地解决Nomex蜂窝夹层结构填充双马树脂基复合材料结构成型过程中的蜂窝芯塌陷问题。

蜂窝夹层结构的制备与应用进展

蜂窝夹层结构具有比强度、比刚度高的特性,可作为轻质高承载结构件。随着蜂窝芯和蒙皮材料的发展,为满足高轻质化、高精度、尺寸稳定性等需求,蜂窝夹层结构由金属蜂窝逐渐向复合材料蜂窝方向转变,并均已实现工程化应用。碳纤维增强树脂基蒙皮与铝蜂窝芯子的组合结构目前为国内研究热点,但在深空探测技术的不断发展下,C/C复合材料在真空环境下出色的耐高温性能使其成为深空探测领域的理想材料。本文分析了由不同材料制备的蜂窝夹层结构材料的优缺点,逐一介绍了不同蜂窝夹层结构材料的制备方法和应用,并对碳纤维复合材料蜂窝结构的工程化应用进行了展望。

锁相红外热波法在碳纤维夹层结构中的应用

碳纤维网格面板蜂窝夹层结构具有质量轻、比强度高、比刚度大等优点,在航天产品上得到了广泛的应用。由于碳纤维网格面板蜂窝夹层结构的特殊性,传统无损检测手段对其粘接质量检测效果不理想。本文采用锁相红外热波法对其粘接质量进行检测,模拟了3种类型的缺陷:网格面板碳纤维之间的脱粘、网格面板与蜂窝之间的脱粘、聚酰亚胺薄膜与网格面板之间的脱粘,并进行了检测。试验结果表明锁相红外热波法对上述3种类型的缺陷取得了良好的检测效果。

国产高模量碳纤维制备蜂窝夹层结构件的性能评价

采用国产BHM3和进口M40、M40J高模量碳纤维分别与环氧4211和改性氰酸酯BS-4树脂制备复合材料层合板,再与铝蜂窝芯组合制成蜂窝夹层结构件。对比检测两类结构件的平面拉伸和弯曲性能,以及其内置金属接头的承载能力,并通过碳纤维表观形貌和碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能对测试结果进行分析验证。结果表明,与同种树脂基体复合,国产BHM3碳纤维制备蜂窝夹层结构件的性能已显著优于进口M40碳纤维,部分性能已接近或优于进口M40J碳纤维;相比较于环氧4211树脂基体,改性氰酸酯BS-4树脂更有利于提高国产BHM3碳纤维复合材料的力学性能。

碳纤维复合材料埋件在蜂窝夹层结构中的应用

本文以“嫦娥五号”月球探测器支撑结构和整形连接结构产品研制任务为背景,阐述了碳纤维复合材料埋件在蜂窝夹层结构中的成功应用,成功达到减重目标。本文介绍了在蜂窝夹层结构中采用碳纤维复合材料埋件代替铝合金埋件的应用过程,首先采用三维机织-RTM工艺和缝合-RTM工艺制造碳纤维复合材料坯件,进而通过机械加工手段制备相应埋件,为满足使用需求,在埋件内部安装相应的钢丝螺套。进一步对碳纤维复合材料埋件进行了力学性能和使用性能的试验验证,实现了碳纤维复合材料埋件在“嫦娥五号”月球探测器支撑结构和整形连接结构上的成功应用,满足结构力学和功能的需求,并达到结构减重和减小热变形的效果,值得推广应用。

中心承力筒数控加工工艺

通过制定合理的数控加工工艺方案,实现了中心承力筒的数控加工,有效保证了孔的加工精度和表面质量,提高了零件的加工效率。通过在5轴联动数控加工中心上实际加工,证明该数控加工工艺切实可行。

碳纤维蜂窝夹层结构二次曲面产品定位加工技术

Ka频段通信卫星天线反射器产品通常是由内面板、蜂窝芯子和外面板胶粘剂固化成型的碳纤维蜂窝夹层结构,内面板形成的反射面为满足一定精度要求的二次曲面。由于反射器本身特征无法作为准确基准进行找正,且在工装上的安装位姿不确定性,因此反射器在固化成型后的数控加工过程中无法直接获取定位基准。针对反射面的三坐标测量机检测数据,采用基于曲面最佳拟合数据调整理论模型位姿的方法,解决了碳纤维蜂窝夹层结构二次曲面产品加工基准的精确获取难题,并在数控程序编制中提出"虚拟理论曲面位姿"方法,对已有的数控程序操作进行重用,大幅提高了反射器产品批量研制的数控编程效率。

宽频蜂窝夹层结构吸波复合材料的低频隐身介质超材料研究

研究用于宽频蜂窝夹层结构吸波复合材料的介质超材料的低频隐身性能,分析碳纤维介质超材料单元的电磁响应特性及其对蜂窝夹层结构吸波复合材料电性能和力学性能的影响。结果表明:制备的碳纤维介质超材料单元可以实现与金属超材料单元相当的电磁响应效果;当吸波蜂窝高度为50 mm、透波面板厚度为1 mm时,碳纤维介质超材料单元的引入,可以使吸波蜂窝夹层结构复合材料低频吸波性能得到显著提升,L波段反射率最弱值提升2 dB以上,平均反射率提升4 dB以上;含碳纤维介质超材料单元透波面板基本力学性能与透波面板复合材料自身力学性能基本相当,引入碳纤维介质超材料单元不会降低透波面板力学性能。

多铺层碳纤维蜂窝板模型修正

蜂窝板是现代飞行器的主要承力结构,通过分析各形式响应面适用范围,提出Linear-and-Gaussian组合核支持向量机(SVM)响应面和基于分组控制策略的改进粒子群优化(IPSO)算法。用ANSYS的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板的有限元模型(FEM),并通过正交试验设计和F值检验确定待修正结构参数,构造Linear-and-Gaussian响应面以拟合待修正结构参数与蜂窝板模态频率的关系并检验响应面模型有效性。最后,用基于分组控制策略的IPSO算法对响应面模型中的结构参数进行修正,修正后参数代入原有限元模型得到修正模型。通过对修正前后模型模态频率与基准模型模态频率在测试频段内外的对比,证实了修正后模型具有良好的复现能力和预测能力。

空气耦合超声检测技术在复合材料检测中的应用

通过采用空气耦合超声检测方法分别对含模拟缺陷的蒙皮泡沫夹芯复合材料、蒙皮蜂窝夹芯复合材料、碳纤维复合材料、环氧树脂层压复合材料及玻璃纤维复合材料进行检测,验证了空气耦合超声检测技术是评价蒙皮泡沫夹芯复合材料、蒙皮蜂窝夹芯复合材料、碳纤维复合材料、环氧树脂层压复合材料及玻璃纤维复合材料的可靠性无损检测手段,且在复合材料的超声检测中具有广泛的应用前景。

嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构的力学性能及损伤失效

设计并采用嵌锁组装工艺制备了碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构,开展了面外平压性能和三点弯曲性能试验研究,获得了夹芯结构在平压载荷作用下的破坏模式,分析了其损伤失效机制及吸能特性,讨论了在三点弯曲载荷作用下面板质量非对称性和槽口方向对夹芯梁的破坏模式及承载能力的影响。研究结果表明嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构在准静态压缩载荷下表现为从槽口附近纤维断裂到开槽侧肋板失稳断裂,再到未开槽侧肋板断裂和压溃的渐进式损伤破坏模式;压缩应力-应变曲线出现明显的二次应力平台,体现出夹芯结构优异的吸能特性;配置较厚的上面板及芯材长肋板槽口向上时,结构的承载能力和初始失效载荷更高。

CFRP圆形胞元蜂窝芯层面外剪切模量

为了减少卫星的热变形,将碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)材料圆管周期排布获得新型圆形胞元蜂窝芯层。考虑无论是Ressiner理论还是商业有限元软件ABAQUS,层合板计算热变形时,芯层的面外剪切模量均很重要,因此对CFRP圆形胞元蜂窝芯层的面外剪切进行了研究。分别从应力与应变的角度基于能量等效原理求出圆形胞元蜂窝芯层的面外剪切模量公式。以T300/环氧材料的工程常见铺层为例,比较基于ABAQUS软件计算所得剪切模量仿真解与公式计算所得理论解,其最大误差仅为10.4%,证实公式对于CFRP材料的适用性。同时用(±45°)2铺层的T300/环氧芯层完成双剪试验,试验结果与理论结果误差为24.1%,与前人研究的铝蜂窝面外剪切模量理论解与试验解的误差相近。最后通过仿真手段证实,24.1%的误差对整体夹层结构影响较小,说明公式具有良好的工程应用价值。为以后CFRP圆形胞元蜂窝芯层的设计提供重要基础。