超混杂纤维金属层板成形方法研究进展

纤维金属层板(Fiber Metal Laminate, FMLs)作为一类兼具金属和复合材料优势的超混杂材料,凭借其优异的性能在航空航天和汽车领域应用广泛,其中商业化最成功的是玻璃纤维增强铝合金层板。首先按照组成金属与增强纤维的种类将纤维金属层板的分类进行介绍,并对其历史背景与研究进展进行了回顾。由于各成形方法涉及的变形机理不同,结合成形过程中几何尺寸和工艺参数对FMLs成形性能的影响,对其回弹、起皱、分层和开裂等成形缺陷和成形难点进行了分析。综述了现阶段国内外自成形、冲压成形、喷丸成形、充液成形和激光成形等技术的发展与应用现状,并对每种技术的优缺点及适用零件的类型进行探究。深入讨论了现有成形技术所遇到的挑战,其中重点对充液成形与冲压成形进行介绍。此外,简要介绍了FMLs在成形过程中的变形机理、变形模式和成形质量。在对各方面因素进行全面分析的基础上,讨论了FMLs成形技术未来的发展方向与挑战,此工作对科研人员未来开发新的成形方法具有一定意义。     

纤维金属层板力学性能的研究现状

纤维金属层板（Fibre metal laminates,FMLs）具有优异的综合力学性能,现已成功应用于航空等领域。高速冲击性能是FMLs重要的力学性能指标之一,然而由于FMLs高速冲击破坏机制的复杂性,目前对其高速冲击性能的研究还处于起步阶段。鉴于此,本文在综述FMLs力学性能的基础上,重点从实验研究和有限元模拟等方面讨论了FMLs高速冲击性能研究现状,最后提出了FMLs力学性能现有研究中存在的一些问题和未来潜在的发展方向。     

纤维铝合金层板的研究进展

纤维铝合金层板是由铝合金和纤维增强复合材料组成的一种混杂结构材料,是一种新型的航空结构材料,广泛应用于飞机较为关键的疲劳结构件上.主要介绍了ARALL和GLARE两种纤维铝合金层板的疲劳性能、拉伸性能、抗损伤性能的研究现状,并进一步提出了今后的研究方向和工作重点.     

变幅载荷下纤维金属层板的疲劳与寿命预测

文章建立了纤维金属层板等幅疲劳载荷下的疲劳裂纹扩展速率与寿命预测模型。在此基础上对玻璃纤维-铝合金层板（GLARE）的疲劳裂纹扩展与分层扩展行为进行了试验研究,探讨了层板过载疲劳行为的机理,提出了纤维金属层板变幅载荷下疲劳寿命预测的等效裂纹闭合模型,并在GLARE层板上得到了验证。     

纤维金属层板低速冲击试验和数值仿真

为开展纤维金属层板（FML）低速冲击有限元数值仿真研究,改进了传统的连续损伤力学（CDM）模型,然后对FML落锤低速冲击试验进行数值仿真,并与实验结果进行对比验证。分别采用5.11 J 和10.33 J冲击能量对FML进行落锤低速冲击试验,得到冲击载荷、位移和能量时程曲线,分析FML的动态响应和失效模式。建立了考虑塑性应变、压缩刚度衰减特征和纤维拉伸断裂损伤的新CDM模型,描述S2-玻璃纤维/环氧树脂（S2-galss/epoxy）复合材料的损伤本构,并编写VUMAT子程序,通过ABAQUS/Explicit求解器对FML落锤冲击试验进行数值仿真。研究结果表明：低能量冲击条件下,FML背面主要为鼓包和裂纹等失效模式,位移峰值随冲击能量的提高而增加,冲击载荷峰值在穿透前也随冲击能量的提高而增加;采用改进的CDM模型描述FML中S2-galss/epoxy复合材料铺层后,有限元数值计算可以较好地预测FML低速冲击载荷下的动态响应;有限元数值仿真结果表明,FML中第2层复合材料铺层发生的纤维断裂损伤比第1层的更严重。     

纤维－金属胶结层板的桥接应力与应力强度因子研究

在国内外首次建立了纤维－金属结层板（ＦＲＭＬｓ）裂纹桥接应力分布的计算模型，本模型考虑了分层形状与尺寸、分层前沿胶黏剂的剪切变形、层板的残余温度应力以及有限板宽等因素的影响。在正确计算裂纹桥接应力的基础上，用权函数方法得到了纤维－金属胶结层板在桥接机理下的应力强度因子。     

Glare层板疲劳性能研究综述

Glare层板是由铝合金和玻璃纤维增强复合材料组成的一种混杂结构材料,是一种新型的航空结构材料。Glare层板具有优异的抗裂纹扩展能力,广泛地应用于飞机较为关键的疲劳结构件上。目前,国外许多研究机构对Glare层板疲劳性能开展了大量的试验研究,综合分析了国外Glare层板的研究文献,对4所研究机构(荷兰Delft理工大学、美国MIT大学、美国California大学和日本Shiga Prefecture大学)开展的Glare层板疲劳性能试验研究进行了分析与总结,简述了不同类型Glare层板抗疲劳裂纹扩展的能力,并提出了今后进一步的研究方向及工作重点。     

用应变能密度法分析纤维金属层板的微动疲劳特性

为研究纤维金属层板的微动疲劳特性,首先,基于三维坐标系下的临界平面法求解了纤维金属层板铝层临界平面上的应力和应变分量,并进一步求解了Smith-Watson-Topper （SWT）和I型Nita-Ogatta-Kuwabara （NOK）应变能密度参数;然后,建立了应变能密度参数-微动疲劳寿命关系式,并通过实验数据得到了寿命预测公式中的待定参数;最后,采用I型NOK应变能密度准则分析了铝层厚度、纤维层厚度、各层相对厚度和桥足圆角半径等对微动疲劳损伤位置和寿命的影响,并为纤维金属层板抗微动疲劳设计提出了一些合理化建议。结果表明:增加铝层厚度可以延长微动疲劳寿命,但增加纤维层厚度和桥足圆角半径不会改善微动疲劳特性。提出的方法可为分析纤维金属层板铆接和螺栓连接中的微动疲劳问题提供理论依据。      

纤维增强热塑性片材的关键技术与成型工艺

热塑性复合材料以其优越性能以及便于回收,近年来其增长速率几乎是热固性复合材料的2倍。以玻纤毡为增强材料,热塑性树脂为基体制备的复合片材GMT(Class Mat Reinforced Thermoplastics)是最重要的品种。为适应我国轿车工业的发展,“纤维增强热塑性片材的关键技术与成型工艺”在1996年作为863新材料专题立项,经过4年多时间的艰苦努力,突破一系列关键技术,无活性基团的聚丙烯(有机物)与玻璃纤维(无机物)之间的界面结合;高粘熔融聚合物浸渍(多孔纤维层);加温、加压     

玻璃纤维-铝合金层板(GLARE)的残余应力

对确定纤维金属层板残余应力的几种方法的基本原理进行了介绍，用Ｘ光衍射法，解析法和腐蚀去层法确定了玻璃纤维－铝合金层板（ＧＬＡＲＥ）的残余应力，对以上几种测试方法的优缺点进行了分析，提出了确定纤维金属层板残余应力的建议。     

Galvanic Corrosion and Mechanical Behavior of Fiber Metal Laminates of Metallic Glass and Carbon Fiber Composites

The possibility of galvanic corrosion typically prohibits the pairing of carbon fiber and aluminum in a fiber metal laminate (FML). In this study, the authors describe a new type of FML comprised of alternating layers of bulk metallic glass (BMG) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite. The authors compare the galvanic coupling and mechanical behavior of an Al‐based FML and a BMG‐CFRP FML. Results show that when paired with CFRPs, BMG exhibits far less galvanic corrosion than aluminum paired with CFRP. In fact, the corrosion between BMG and CFRP is similar in magnitude to the corrosion between aluminum and glass fiber, the two constituent materials of GLARE, the most widely used FML. While interlaminar shear strength and flexural strength are similar for both FML types, the tensile strength and modulus of BMG‐based FMLs are greater than those of Al‐based FMLs.

     

航空用玻璃纤维铝合金层板成形技术研究进展

玻璃纤维铝合金层板(GLARE)具有优良损伤容限、抗冲击和疲劳性能,越来越受到航天航空和轨道交通领域的关注。由于玻璃纤维铝合金层板的自身成形能力有限,如何高效精密成形复杂玻璃纤维铝合金层板零件是GLARE层板研究领域的研究热点之一,也是进一步推广该材料应用的关键。本文对GLARE层板自成形、滚弯、拉形、喷丸成形、液压成形等成形方法的研究进展及相应的优缺点进行了归纳分析,并对玻璃纤维铝合金层板成形方法的发展趋势进行了展望,为玻璃纤维铝合金层板成形技术的进一步研究提供理论指导和参考信息。     

光学功能纤维的现状及其发展趋势

随着先进复合材料技术的发展,纤维功能化的发展成为现代纤维发展的重要方向.介绍了功能纤维的特殊功能及其分类,着重介绍了光吸收型、光屏蔽型、光致变色型、光传输型等几种典型的光学功能纤维的研究现状及其应用情况,分析了该材料的国内外研究现状,并阐述了光学功能纤维材料复合化、功能复合化及功能与性能统一的发展趋势.     

金属激光三维打印技术研究现状及其发展趋势

金属激光三维打印技术以其高柔性化特点,在整体成形复杂的高性能零件时具有显著优势,近年来成为机械制造领域的研究热点。介绍了金属激光三维打印技术的原理与特点,概述了预合金粉末材料和金属基复合材料在金属激光三维打印技术中的研究现状,展望了该技术的发展趋势。     

风轮叶片树脂与成型工艺研究进展

简要介绍了当前风轮叶片复合材料成型工艺方法,对常用树脂体系进行分类和比较.并对树脂传递模塑成型工艺树脂的流动充模工艺以及固化工艺等最新进展进行了综述.     

玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能研究

对单向和正交玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能进行实验和分析,利用和修正了金属体积分数理论,对两种层板的拉伸性能进行验证.通过对两种层板裂纹扩展速率及裂纹扩展形貌的研究,得到两种层板的裂纹扩展速率方程, 并对玻璃纤维-铝合金层板的裂纹扩展机理进行分析.