基于峰值力纳米力学模量成像技术的碳纤维/树脂复合材料界面尺寸与性能的原位表征

为准确测定复合材料界面结构的尺寸与性能,提出一种原位峰值力纳米力学模量成像(PF-QNM)技术,对其测试原理、校准方法和适用性进行分析,并采用PF-QNM技术对碳纤维/聚醚醚酮(T300/PEEK)、碳纤维/聚醚砜(T300/PES)和碳纤维/环氧树脂(T700/TR1219B)三种复合材料的界面尺寸和各组分原位模量进行测试。结果标明:该方法的横向分辨率可以达到纳米尺度,测得树脂、界面、纤维区域的弹性模量数值呈梯度上升趋势,区分度明显,T300/PEEK、T300/PES和T700/TR1219B复合材料界面厚度分别为(69.3±7.9)nm、(101.3±10.2)nm和(48.4±5.4)nm。实验范围内,热固性复合材料界面厚度小于热塑性复合材料。对模量成像图统计分析可得,T300/PEEK、T300/PES和T700/TR1219B复合材料的树脂区平均弹性模量分别为4.36 GPa、4.96 GPa和3.59GPa,与其宏观弹性模量数值较为接近。

混合边界子结构的航空发动机机匣模型修正

提出了一种基于混合边界模态综合的复杂结构有限元模型修正方法。其主要步骤包括:(1)子结构划分,根据结构形式划分待修正区域,得到子结构和残余结构;(2)缩聚和装配,利用混合边界模态综合法,将子结构内部自由度集缩聚至混合边界自由度集,得到子结构缩聚矩阵,并与残余结构的系统矩阵进行装配;(3)修正,基于灵敏度分析方法,对装配后的残余结构进行参数修正。将该方法应用于航空发动机外机匣的精细化有限元建模及模型修正研究,针对局部连接结构参数修正,子结构模型修正方法的参数收敛后最大误差为0.64%,其计算效率提高了5.15倍。算例结果表明,该方法在保证修正精确度的同时,能提高大规模复杂结构有限元模型修正的计算效率。

镍基合金GH4169疲劳小裂纹的扩展行为

基于表面复型法,采用快速固化材料RepliSet监测了镍基合金GH4169单边缺口拉伸试样疲劳小裂纹的萌生和扩展行为,利用光学显微镜对复型进行了观测。结果表明:RepliSet材料可有效复制试样表面形貌,记录疲劳小裂纹的萌生和扩展过程。镍基合金GH4169疲劳小裂纹起始于材料表面夹杂,疲劳小裂纹早期扩展阶段受微观结构影响,扩展速率波动性较大。疲劳小裂纹扩展过程中的临界裂纹长度约为250μm,当主裂纹长度小于250μm时,裂纹扩展非常缓慢;但当裂纹长度超过250μm后,疲劳小裂纹快速扩展成为长裂纹并导致试样断裂。在双对数坐标系中,疲劳小裂纹扩展速率和裂纹长度近似为线性关系。