基于内聚力模型的纤维复合材料细观损伤模拟

基于代表性体积单元和内聚力模型,使用内聚力单元和扩展有限元方法分别模拟界面损伤和基体损伤,通过ABAQUS二次开发建立了纤维增强复合材料细观力学模型。以受横向拉伸的碳纤维/树脂代表性体积单元为研究对象,分析对比了不同强度下仅考虑界面损伤时复合材料的力学特性和同时考虑界面、基体损伤时的力学特性。结果表明纤维对基体的增强效果随界面强度提高;扩展有限元方法能在不依赖网格数量的条件下准确描述基体中多条裂纹的萌生及扩展过程,并且捕捉到基体裂纹引起的界面损伤;仅考虑界面损伤时的代表性体积单元平均应力-位移曲线后期呈上升趋势,而同时考虑界面和基体损伤的平均应力-位移曲线后期呈下降趋势。     

基于神经网络的复合材料光学显微图像孔隙的识别与统计研究

针对复合材料孔隙含量的光学显微图像法统计过程中出现的统计试样多、统计周期长、人工统计结果存在差异等问题,将计算机图像处理技术与神经网络算法相结合,基于复合材料孔隙人工统计方法形成计算机识别与统计算法,利用大量光学显微图像数据样本的标注与学习结果,开发了基于图像处理技术和深度学习网络技术的复合材料孔隙含量识别与统计系统。同时,为使该系统的适用性更强,开发了有监督的数据更新模块。在复合材料孔隙统计中的试验结果表明,与传统人工统计方法相比,深度学习网络算法能够更好地识别孔隙特征,孔隙统计结果的相对误差小于±10%;并在较大规模数据试验中取得了更好的效果,极大地减少了传统人工统计过程中的诸多弊端,优势更强。     

碳纤维复合材料的超声反射波频域定征分析

对碳纤维复合材料的孔隙率进行超声测试法研究,发现材料前后表面超声回波均值频率偏移量与材料内部孔隙率,与超声信号衰减之间存在着特定关系.提出前后表面回波均值频率偏移特性为基础的超声无损表征方法,通过最小二乘法算法对材料内部孔隙率和超声衰减进行了定量分析,实验结果证明了该方法的实用性.     

基于Abaqus的复合材料板冲击特性分析

基于Hashin准则,用Abaqus建立玻璃纤维/环氧树脂复合材料板的冲击仿真计算模型,分析材料在不同冲击能量、冲击质量与冲击速度影响下的初始损伤和损伤演化特性.通过对比发现仿真计算结果与试验结果吻合较好,表明该仿真计算模型对此材料的冲击预测有效.     

碳纤维复合材料孔隙率便携式超声无损检测系统研制

针对航空工业碳纤维复合材料板材的孔隙率检测,研制了便携式超声无损检测系统.介绍了检测理论模型,构建了系统硬件体系结构.实验表明该系统可以C扫描图像和直方图方式进行检测结果输出并给出检测报告,结果准确率达到99.3%,能够快捷、方便地完成碳纤维复合材料板材孔隙率的检测,非常适合现场使用.     

含孔复合材料层合板累积损伤仿真分析

针对面内静拉伸纤维增强复合材料含中孔层合板,发展了一种参数化三维逐渐损伤模型,并结合有限元三维逐渐损伤分析技术即应力分析、失效判定准则及损伤过程中材料性能退化等,对含孔层合板损伤扩展进行了仿真分析.本模型可以模拟含中孔层合板损伤起始、发展及最终结构破坏整个过程,并能较好地预测含孔层合板的破坏模式和破坏强度.该文同时对含孔层合板的损伤基本机理、类型及其相互关联作用进行了分析探讨,该文计算结果与文献实验结果非常吻合.     

含TEC复合材料热智能结构的仿真分析

功能单一的结构系统或温控系统已经不能满足航天器的要求,结构--温控功能一体化复合材料受到越来越多的重视.基于热电致冷器(TEC)的热特点,建立了含TEC片的复合材料热智能结构的热分析模型,以SINDA/G软件为仿真平台,研究了TEC片的安放位置、智能结构的热边界条件等因素对结构热分布的影响,还设计了热智能结构的温度控制系统,并利用SIMULINK软件进行了仿真.为热智能结构在计算机芯片的散热设计、红外隐身结构上的应用提供支持.     

提升框架技术在碳纤维复合材料孔隙率检测中的应用研究

对提升框架的基本理论和基于提升框架的去噪方法进行了研究,分析了五种不同提升框架类型(5/3,2/6,2/10,5/11-C和13/7-T)对碳纤维复合材料的超声信号的去噪效果.结果表明对同一个信号,不同框架类型的去噪效果不同,其中框架13/7-T的平均去噪效果最好,具有最大的信噪比和最小的均方根误差,而同一种框架类型对不同信号的去噪效果则比较一致.比较了去噪前后超声信号的衰减系数与孔隙率之间的关系,结果表明经过提升框架去噪后超声信号的衰减系数与孔隙率之间更加符合抛物线关系,提高了碳纤维复合材料孔隙率检测的准确性.     

基于声发射和神经网络的复合材料冲击定位

为了提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性,基于声发射和神经网络技术,提出了复合材料结构冲击定位两步法,以压电陶瓷（PZT）和自制信号采集系统替代商用声发射仪器,实现了一种能够高精度、实时、在线监测冲击的系统。用小波变换求出原点处冲击源传播到各传感器的波达时间差,用这组时间差修正其他位置上的冲击源到达各传感器的波达时间,利用修正后的波达时间,根据四点圆弧定位算法得到冲击源坐标,实现初步定位;将所求出的位置坐标作为神经网络的输入,训练之后的神经网络可以准确预测冲击位置,实现精确定位。在复合材料板上的试验表明：该方法能快速、准确地识别出冲击位置。     

固化冷却过程中复合材料参数对其应变的影响

为有效降低某复合材料固化冷却过程中的应变水平,以某圆柱形复合材料为例,利用有限元分析软件MSC Nastran,研究固化冷却过程中复合材料参数对其应变的影响.计算得到复合材料最大von Mises应变值和分布位置,分析弹性模量、泊松比、线膨胀系数、密度等参数对其应变的影响.     

高速列车复合材料地板振动性能分析

为分析不同复合材料高速列车地板减振性能的差异,对其进行力学性能测试,分别采用多层叠混合模型及单层模型计算复合结构材料的等效参数并验证.建立包含内装地板的高速列车车体有限元模型;基于实车线路测试结果,以车体底架振动加速度信号作为地板瞬态响应激励,计算复合地板材料结构的瞬态振动响应及振动传递率,得到不同复合材料地板的振动特性.研究结果表明：桦木芯材优于桤木芯材;外层面板厚度的增加使得地板的减振性能增强,但过大会导致减振性能下降;不锈钢面板比铝合金面板地板结构固有频率低且质量较大,不利于车体轻量化设计.     

LDPE/PU复合材料在旋塑包装箱中的应用

研究一种新型复合材料——低密度聚乙烯（Low Density Polyethylene,LDPE）/聚氨酯（Polyurethane,PU）,将其应用到包装箱领域.该包装箱通过旋塑工艺加工成型.通过单轴拉伸试验,分别测量出LDPE和PU的应力 应变曲线;根据旋塑模具设计要求用UG对包装箱进行结构设计;用ANSYS Workbench对该包装箱进行结构强度分析.仿真结果表明：LDPE/PU包装箱既保证结构强度,又满足轻量化要求,并能节约成本.     

时频分析在复合材料无损检测中的应用研究

随着复合材料检测的发展,Lamb波无损检测技术日益受到重视。根据Lamb波多模式和频散的特点,以群速度-频厚积曲线为基础,采用短时傅利叶变换（STFT）的时频分析方法,以层合板复合材料为实验对象,与单独在时域、频域中分析相比较,结果表明：STFT可有效地识别Lamb波的传播模式,并可准确地对能量成分进行分析。     

桥梁复合材料防撞护舷的结构设计

采用有限元法对某3 000 t船舶与桥梁防撞护舷碰撞的动力学特性进行分析.通过将护舷试样的碰撞试验与有限元计算结果进行对比,完善该防撞护舷的有限元模型,使其更可靠.用ANSYS/LS DYNA模拟3 000 t船舶撞击3种不同护舷（D型、圆环型和板型）的过程.不同护舷吸能结果表明：对于D型护舷,船舶会碰到桥墩,失去作用;对于板型护舷,船舶变形严重;圆环型护舷的效果最好.     

周期性复合材料单胞结构优化设计

提出了一种基于网格的周期性多孔复合材料单胞模拟方法,以孔洞的形状、大小、位置为优化变量,建立了以材料在某个方向上的导热性能最好为目标的两相材料单胞优化模型,并用遗传算法进行求解,数值结果验证了优化模型和优化算法的有效性,获得了多种最优单胞结构。     

铁酸镧与高分子复合材料湿敏元件特性分析

采用纳米铁酸镧与高分子复合材料制成湿敏元件。研究了复合材料和湿敏元件的制作,测试讨论了灵敏度、湿滞、电容特性、阻抗特性、响应 恢复时间等湿度敏感特性。结果表明:元件的灵敏度较高、湿滞较小,元件的电容值和阻抗值随频率与相对湿度而变化。     

复合纤维材料中压力传感器的应力分析和优化

在流量控制系统中,需要在由复合纤维材料制成的机翼中嵌入压力传感器.由于机翼结构会对压力传感器的性能产生影响,因此,通过有限元分析软件对该模型在一定拉力作用下的应力情况进行模拟,发现在压力传感器的边缘出现了应力集中.通过3种改进设计,可以降低或者消除应力集中,即对传感器的4个外直角进行倒棱操作;将传感器旋转45°后嵌入;在传感器外围黏合铝合金薄片.在对上述3种优化方法进行有限元分析模拟后,发现在传感器外围黏合铝合金薄片有效提高了传感器的抗拉强度,消除了应力集中.     

基于Abaqus的湿陷性黄土地区复合桩基承载性能分析

湿陷性黄土在我国西部地区分布广泛,伴随着西部大开发战略的实施和重要基础设施的不断兴建,长短复合桩基在该地区得到广泛应用.用Abaqus分析一种长短复合桩基的承载性能.在桩基所承受的竖向载荷不变的情况下,逐步加大桩基所承受的横向载荷,得到承台的横向位移变化情况.分别改变桩长、桩径、桩距和桩-土弹性模量比等参数,进行多工况分析.最后给出Abaqus针对该问题的加速性能测试结果.     

复合材料层合板低频声辐射优化

为使复合材料层合板低频声辐射性能最优,根据无限域声场的特点,介绍将有限元与无限元耦合进行声辐射性能分析的理论和方法,采用2个算例验证该方法的有效性.将有限元软件Abaqus与数值优化软件Isight相结合完成复合材料铺层角的优化,并提出逐层优化的思路.以含有8层单层板和1层阻尼芯层的复合材料层合板为研究对象,以铺层角为设计变量,采用逐层优化方法(layer-wise optimization method,LOM)优化层合板的声学性能,并分析阻尼芯层对层合板声辐射的影响.结果表明:合理的铺层角可以提高复合材料层合板的1阶固有频率,达到减少声辐射谱峰数量和降低辐射声功率的效果;增加阻尼芯层可以抑制声辐射谱峰,有利于提高层合板的低频声辐射性能.