复合材料蒙皮-加筋大开口结构优化设计

采用有限元法对复合材料蒙皮-加筋大开口结构进行了优化设计,研究孔边补强和加筋补强对大开口结构屈曲特 性的影响.结果表明:孔边翻边补强可使应力集中远离孔的自由边,增加翻边深度和宽度皆能提高屈曲载荷;采用共固化加筋要比整体加筋效果明显,同等条件下,优先考虑低而密的筋条布置,同时增加横向筋的数量.     

复合材料厚壁连杆RTM成型工艺模拟及制造验证

根据复合材料的可制造性及RTM成型工艺的特点对复合材料厚壁连杆的几何外形进行了优化设计。测定了纤维预成型体的渗透率参数, 采用数值模拟技术研究其RTM成型工艺过程, 并根据RTM流动模拟结果设计了成型模具, 成功地利用RTM工艺制备了复合材料厚壁连杆样件。对样件的力学试验考核表明, 采用基于数值模拟技术的工艺设计能够很好地满足制件的制造及载荷要求。     

RTM整体成型复合材料翼盒的固有模态及稳定性

采用基于水溶性型芯的RTM成型技术制备了整体化的复合材料翼盒, 并对翼盒进行了自由振动模态试验; 采用三维壳单元, 建立了翼盒固有模态及稳定性有限元分析模型, 该模型分析的翼盒固有模态与试验结果吻合很好, 验证了有限元模型的有效性; 为研究翼盒固有模态及稳定性的铺层效应, 采用该模型分析计算了4种铺层方案的翼盒的固有模态及稳定性。研究结果表明: 对称铺层蒙皮有利于提高翼盒轴向压缩与轴向扭转屈曲载荷及固有频率, 而不利于面外弯曲和弯扭组合情况; 腹板减薄和增加腹板45°铺层均不利于提高, 甚至会大幅度降低屈曲载荷及固有频率, 弯扭组合加载最容易导致失稳。     

基于RTM技术的碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面一体化制备与验证

设计了一种碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面结构,采用PAM-RTM软件模拟了舵面在注胶过程中的树脂流动,根据模拟结果设计了成型模具,并通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了耐高温碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面,对其进行了力学试验,并将三维有限元分析结果与试验结果对比。试验结果表明,碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面在150%的使用载荷下保持了结构的完整性,骨架的最大应变为2 408×10–6,复合材料蒙皮的最大应变为2 371×10–6。有限元分析结果表明,金属骨架的最大应力出现在舵轴根部圆弧过渡区,而碳纤维/聚酰亚胺复合材料蒙皮的最大应力出现在与垫片外圆弧接触处;碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面的初始破坏为蒙皮单向带横向拉伸失效。      

碳纳米纤维增强聚酰亚胺复合气凝胶的合成与性能EI北大核心CSCD

以4,4′-二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)为单体,酸化碳纳米纤维(a-CNF)为增强材料,采用溶胶-凝胶方式成型,运用冷冻干燥技术制备PI复合气凝胶。对复合气凝胶的形貌、隔热、吸波以及压缩性能等进行表征分析。研究结果表明:随着a-CNF含量的增加,PI复合气凝胶的收缩率从45.52%降至35.32%,密度也随之从0.084 g/cm^(3)降至0.069 g/cm^(3),气凝胶孔洞分布呈增大增宽趋势。a-CNF的引入有效抑制了PI复合气凝胶的收缩率,热导率降低;整个体系的导电损耗增加,同时由于气凝胶的多孔结构提供了较好的阻抗匹配,使得PI复合气凝胶的反射损耗(RL)在8.3 GHz达到-9.7 dB。加入质量分数为15%的CNF/PI复合气凝胶压缩强度和压缩模量分别是纯PI气凝胶的近1.5倍和2倍。     

高温复合材料舵面研制与试验验证

设计了一种蒙皮骨架结构高温复合材料舵面,并采用模压工艺制备了舵面,最后完成了舵面自由状态和固支状态下的固有模态测试,同时进行了静强度试验。采用三维实体单元,建立了舵面固有模态有限元分析模型,该模型分析的舵面固有模态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的有效性;并基于该模型研究了舵面在弯曲载荷下的破坏模式。试验结果表明: 舵面首先在根部树脂连接区发生树脂脱粘破坏,进而引起复合材料蒙皮与钛合金骨架的层间分层,从而导致整个舵面失效。有限元分析结果表明: 传感器质量分布对舵面的频率影响很大,但对其振型影响不大。应力分析结果表明: 根部树脂连接区的拉伸正应力导致此处树脂脱粘,有限元预测的破坏位置与试验结果一致。     

整体成型复合材料模型机翼设计方案优选与验证

采用多级优化方法,对给定外形和尺寸的复合材料模型机翼进行了设计方案优选。首先基于单因素的效能评估和灰关联度的综合效能评估对机翼进行了结构布局设计,然后采用有限元法对工字梁机翼进行结构细节优化与铺层设计,最后采用基于真空袋法的整体成型工艺制备了蒙皮-夹芯、蒙皮-加筋、C型梁和工字梁等4种典型结构的复合材料模型机翼,并利用三点弯曲试验对优选设计方案进行了验证。优化结果表明：工字梁机翼结构效能水平最高,其次是后C型梁机翼,结构效能最差的是蒙皮-腹板机翼,梁凸缘采用等厚度变宽度可获得近似等强度梁结构。试验结果验证了优化设计方案的有效性。     

复合材料RTM十字型接头疲劳性能对比实验研究

测试了复合材料RTM十字型接头疲劳性能,分析对比RTM、缝纫RTM和共胶接3种不同成型工艺十字接头的疲劳强度,结果表明:RTM成型十字接头具有良好的疲劳性能,缝纫RTM接头仅为前者的1/4,而先固化后胶接接头最低.研究还发现,复合材料疲劳寿命对成型工艺非常敏感,导致试验结果存在严重分散性.RTM和缝纫RTM的接头破坏都是从根部富树脂区的尖端率先产生裂纹,然后裂纹沿着富树脂区和玻璃布的界面向下扩展,直至接头的整体破坏;先固化后胶接接头则表现为中间层板和T接头的胶层拉伸破坏.     

复合材料机翼整体成型技术研究

对给定外型与尺寸的整体成型复合材料机翼进行了设计、 制备及力学性能实验研究。采用有限元分析软件, 对空心复合材料机翼进行静力学分析, 得到了承载效率与机翼几何尺寸的关系, 并确定了最优结构尺寸与复合材料纤维铺层厚度。采用石蜡芯模辅助气囊法成型技术, 制备了整体成型复合材料机翼, 并进行了三点弯曲实验测定, 分析了其破坏机制。三点弯曲实验研究发现, 整体成型复合材料机翼的破坏模式为上蒙皮的局部屈曲失效, 屈曲后仍有一定的承载能力。      

RTM成型非对称复合材料T型接头的拉伸失效机制

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了结构对称和非对称两种复合材料T型接头试样,并对其进行了静态拉伸力学试验,对比分析了两种结构的拉伸破坏模式、结构刚度及破坏载荷。同时基于T接头内聚力模型(CZM),研究了两种不同结构T型接头的拉伸破坏过程及失效机制,并对比分析了不同偏转角下T接头的层间应力。结果表明：不同结构T型接头的拉伸破坏模式不同,偏转角的存在使结构非对称T型接头夹角大侧圆弧受力明显高于小侧圆弧,导致接头首先在大侧夹角圆弧与三角区界面定向萌生初始裂纹,随后裂纹主要沿大侧腹板翻边与蒙皮的界面扩展,进而导致接头最终破坏,最终失效载荷较对称T型接头提高了15.3%,且结构刚度更大。有限元结果表明T型接头三角区的初始失效主要由层间正应力及剪应力引起,有限元分析的失效模式与试验一致,结构对称及非对称T型接头最终失效载荷与试验值均吻合较好;且随着偏转角的增加,腹板圆弧处层间应力逐渐减小,初始失效载荷将随之增大;初始破坏位置将转移至大侧夹角圆弧末端。