飞机复合材料热电耦合仿真分析研究

复合材料具有比重小、强度高、耐腐蚀性好等众多优点,使得复合材料越来越广泛地应用到飞机的制造业上。复合材料导电性较差,在遭受雷击时很难迅速将雷电流泄放出去,产生的电阻热会对复合材料造成严重的热损伤,危及飞机的飞行安全。本文利用有限元软件仿真分析碳纤维环氧树脂复合材料板遭受雷击时的热电耦合效应,仿真结果表明,复合材料表层最大电势变化趋势和所施加的雷电流波形一致,雷电流主要沿着复合材料板表层电导率最大的方向传导,由雷电流产生的电阻热也主要沿着表层传导,使得复合材料板的热损伤主要集中在表层。通过仿真分析得出了复合材料遭受雷击时的热损伤分布规律,为复合材料雷击可靠性评估提供参考。     

非对称夹芯结构低速冲击响应

为研究非对称夹芯结构的低速冲击响应，以环氧树脂/碳纤维复合材料层合板为面板，以Nomex蜂窝为芯材制备蜂窝夹芯板，通过落锤冲击试验研究了不同上下面板厚度比对夹芯结构抗低速冲击性能的影响。同时，基于Hashin失效准则、渐进损伤模型、内聚力模型、理想弹塑性模型，在有限元仿真软件ABAQUS中建立了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)面板/Nomex蜂窝夹芯板精细化低速冲击仿真模型，仿真结果与试验结果吻合较好。结果表明，当上下面板总厚度不变时，增大上下面板的厚度比，有助于提高夹芯结构的抗低速冲击性能，且建立的有限元模型可以有效地预测蜂窝夹芯板的低速冲击响应和冲击损伤。通过提出的仿真模型，观察并讨论了低速冲击响应下的结构内部损伤及演化过程。     

飞行器复合材料结构雷击防护研究进展

介绍了飞机上雷电的分区、雷击电流的表征、雷击防护的标准、雷击防护等方法和研究。迄今雷击防护的方法主要有4种,分别是网箔保护法、表面层保护法、复合胶膜保护法和添加导电材料保护法。实验和理论研究表明,当电流波形相同时,烧蚀面积和深度随着峰值电流的增加而增加;当峰值电流相同时,随着T1/T2的增大,层合板烧蚀面积及烧蚀深度逐渐增大;雷击烧蚀损伤对复合材料层压板拉伸剩余强度起主导作用。     

复合材料蜂窝夹芯结构紧固件连接拉脱失效行为研究

结合数值仿真计算和试验研究,得到了复合材料蜂窝夹芯结构紧固件连接在拉脱载荷作用下的破坏形式及承载能力,揭示了相应的失效机理。介绍了复合材料夹层结构的刚度理论,并建立了有限元模型,数值预测了结构的失效模式与极限载荷,通过与试验结果的对比,证明了本文数值模拟方法的有效性。试验与数值计算结果均表明复合材料蜂窝夹芯结构的失效区域主要集中于连接区域,故为提高结构承载能力,尝试将连接区域的蜂窝挖空后进行灌封,并对此局部灌封形式的复合材料蜂窝夹芯结构进行数值计算,结果表明,采用对复合材料蜂窝夹芯结构连接区域蜂窝灌封的方式,其性能要优于挖空蜂窝灌封的结构,承载能力有显著提高。     

平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能研究

为研究平纹编织面板蜂窝夹芯结构的侧向压缩性能,将蜂窝夹芯结构失效分为面板失效、蜂窝芯失效和胶层失效,基于渐进损伤分析方法建立蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤分析模型,对平纹编织面板蜂窝夹芯结构进行侧向压缩失效预测,与侧压性能试验结果相比,破坏强度非常吻合。结果表明,建立的侧向压缩损伤分析模型能够模拟平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤起始、损伤扩展和最终破坏,并最终预测其侧压破坏强度。     

修复方式对蜂窝夹芯结构弯曲性能的影响

针对夹芯结构经常出现的三种损伤方式:单面板损伤、单面板和蜂窝损伤以及穿透性损伤,利用真空袋压工艺,采用高强玻璃布补片和Nomex蜂窝芯作为修补材料,通过复合材料胶接与挖补修复工艺对损伤结构进行修复,主要探讨了修复前后不同损伤孔径对其弯曲性能的影响。结果表明,三种损伤方式对蜂窝夹芯结构的最大载荷和弯曲刚度都有很大影响;三种损伤方式的夹芯结构的最大载荷和弯曲刚度都随着损伤孔径的增大而降低;用复合材料胶接与挖补工艺对三种损伤方式的夹芯结构进行修复,能大大提高受损结构的弯曲性能;修复后的最大弯曲载荷达到完好夹芯结构的80%以上,修复后的弯曲刚度达到完好夹芯结构的85%以上。     

复合材料蜂窝夹芯修补结构弯曲特性与温度相关性研究

建立复合材料蜂窝夹芯修补结构的渐进损伤分析模型,研究修补后蜂窝夹芯结构在弯曲载荷作用下的极限承载能力及损伤破坏模式,并进一步研究修补结构弯曲性能与温度的相关性。通过编写VUMAT子程序,设置补片以及蜂窝损伤板的失效准则及刚度退化模式,选用Cohesive单元以模拟修补结构中胶层的损伤状况,完成复合材料蜂窝夹芯修补结构的渐进损伤分析。研究结果表明:结构弯曲承载能力和胶层的粘结能力受温度影响较大,结构弯曲承载强度随温度的升高而减小,且脱粘失效会破坏结构的完整性;蜂窝夹芯结构面板基体损伤首先发生在90°方向铺层处,纤维基体剪切损伤首先发生在面板0°铺层处,并沿垂直于施载方向扩展至自由边界。     

雷击后飞机复合材料燃油箱蒙皮电热损伤特性研究

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在现代飞机上被大量使用,由于CFRP电导率和传热系数具有各向异性,雷击后,其温度分布与传统金属材料不同。为探究CFRP燃油箱电热损伤特性以对其进行雷电防护,本文利用COMSOL多物理场仿真软件建立CFRP层合板与火焰喷涂铝防护CFRP层合板模拟油箱蒙皮模型进行仿真研究,并开展典型雷电流组合波形的雷电流注入试验对仿真结果进行验证。结果表明:雷电流波形注入后,无防护CFRP板各铺层温度随着纤维方向分布;火焰喷涂铝防护的CFRP板各铺层温度呈近似圆形分布,且高温损伤面积与损伤深度均小于无防护CFRP板;表面温度受雷电流D波的影响大,而损伤深度受B、C~*波的影响较大;在雷电波形注入完成后,雷击产生的热量会沿着CFRP铺层向下传导,产生热斑导致底面温度升高,但在2.6 mm厚度条件下未超过200℃;使用火焰喷涂铝能对CFRP燃油箱起到很好的雷电防护效果。     

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。     

缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料低速冲击及损伤检测

研究了低速冲击对缝合与未缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料冲击性能及损伤的影响;采用落锤冲击试验机对缝合和未缝合夹芯复合材料板分别进行了不同冲击能量下的冲击实验,得出冲击力和冲头位移分别随时间变化的曲线;采用水浸超声波扫描成像系统对冲击后的复合材料板进行损伤检测,得出夹芯复合材料板内部损伤情况。结果表明,在相同冲击能量下,缝合碳纤维复合材料板的冲击力较未缝合的要大,但冲头接触时间要短;此外,缝合碳纤维泡沫夹层复合材料板比未缝合的损伤面积要小,这说明缝线能有效的抑制冲击载荷下复合材料板内损伤扩散,减小分层损伤面积,提高复合材料板的抗冲击性能;缝合的抑制损伤效果在表面层和最内部层效果显著,而在中间层缝线的效果一般。     

飞机复合材料夹芯结构的粘接修补技术

1　前言复合材料夹芯结构以其比强度、比模量高 ,可设计性和抗疲劳、减振性能好等特点 ,已被越来越多地应用于现代高性能飞机结构 (如雷达罩、腹鳍、方向舵、鸭翼等部件 )中。然而 ,该结构自身的抗冲击能力较弱 ,所以飞机在使用过程中 ,一旦受到外来物的撞击 ,易产生分层、凹陷、非穿透破孔等损伤。为了尽快修复损伤 ,我们采用粘接技术 ,在不拆卸损伤构件的情况下 ,对非穿透破孔损伤进行修补 ,其效果比较理想。2　复合材料夹芯结构的修补要求飞机上使用的复合材料夹芯结构由面板和夹芯组成。面板为层压板 ,材料为玻璃纤维、碳纤维或Ｋｅｖｌ…     

共固化蜂窝夹芯结构复合材料的蜂窝收缩问题研究

介绍了蜂窝夹芯结构复合材料共固化成型的特点,对蜂窝厚度较大的夹芯结构复合材料的热压罐共固化成型工艺进行了研究。通过将蜂窝边缘使用层压板和蜂窝灌封料组合固定等方法,解决了传统共固化工艺条件下蜂窝滑移、收缩、产生缺陷等技术难题。     

配合间隙对蜂窝夹层结构板芯胶接质量的影响与研究

设计制作了一系列带有不同配合间隙的蜂窝夹芯结构试验件,并对试验件的内部性能和机械性能进行了测试,分析了配合间隙对蜂窝夹层结构胶接性能的影响。研究发现当蜂窝芯与面板的配合间隙大于胶膜的厚度时就会发生板芯脱粘;当使用发泡胶对配合间隙部位进行局部补偿时,可以获得合格的板芯胶接质量,且不降低结构的机械性能;对配合间隙使用胶膜校验检测时,低真空度有利于校验结果的可靠性,从而确保板芯的胶接质量;且蜂窝芯型面加工成阶梯状相比斜平面更有利于板芯胶接的质量。     

全炭纤维复合材料蜂窝夹层结构热变形优化设计

针对铝制蜂窝芯材料及炭纤维复合材料的分析,以全炭纤维六边形蜂窝夹层结构为研究对象,以该结构热变形程度为研究目标进行了分析优化,并总结了蜂窝芯高度、蒙皮厚度、蜂窝密度等因素对复合材料蜂窝夹层结构热变形程度的影响。首先,研究了炭纤维层合板、铝蜂窝芯层弹性常数和热膨胀系数的等效计算问题;然后,通过等效方法和FEMAP软件中的铺层模型,分别进行板单元和体单元的建模,计算炭纤维复合材料及铝蜂窝结构的热变形及静力变形;最后,利用二分法趋近最佳解,对计算结果进行总结。分析结果显示:全炭纤维复合材料夹芯结构与传统的蜂窝夹芯结构相比,具有热变形低、比刚度大、比强度高等优点。     

玻璃纤维复合材料风电叶片雷击损伤试验研究

玻璃纤维复合材料叶片由于处于风力发电机组最高的位置,而本身具有电绝缘性,面临着严重的雷电威胁。本文基于实际风电场叶片运行中遇到的问题,依据IEC61400-24叶片雷击试验方法,开展叶片尖部雷电试验,获得不同雷电流等级、不同位置的叶片后缘雷击开裂特征,分析叶片开裂的过程,得出造成叶片后缘开裂的雷电流峰值临界值。     

不同纤维面层对泡沫夹层复合材料低速冲击性能的影响

采用玻璃纤维、碳纤维、混杂碳/Kevlar和Kevlar纤维织物为面层,自制闭孔硬质聚氨酯泡沫芯材,通过RTM工艺制备了泡沫夹芯复合材料,分析了25J能量下的冲击损伤程度。提出了以泡沫夹芯结构的平均损伤角度、穿透深度和最大开裂宽度作为表征试样损伤程度的参数。结果表明:25J冲击能量下,Kevlar纤维面层泡沫夹芯试样,冲击载荷—时间历程曲线峰值最高,完成一次冲击试验历程最短,冲击后试样损伤程度最低;玻璃纤维面层泡沫夹芯试样,低速冲击载荷—时间历程曲线峰值最低,冲击后试样损伤程度最高。     

含损伤复合材料加筋板强度分析及修补研究

对含损伤复合材料加筋板进行了强度分析及修补研究。建立了复合材料层合加筋壁板的有限元分析模型,该模型采用界面单元以有效模拟筋条和壁板之间的连接界面及层板分层界面,连接界面和复合材料层板分别采用Quads和Hashin失效准则作为失效判据,引入材料刚度退化模型,采用非线性有限元方法,研究了复合材料加筋壁板在压缩载荷下的破坏过程。建立了筋条脱粘面积、层板分层面积与结构承载能力之间的关系,对不同损伤加筋板进行了修补研究,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。     

5228A树脂基无胶膜蜂窝夹芯结构粘结性能研究

本文采用高树脂含量的5228A预浸料作为胶接层制备出无胶膜蜂窝夹芯结构,通过超声无损检测、滚筒剥离断面形貌及滚筒剥离强度测试等分析了无胶膜蜂窝夹芯结构粘接性能随成型压力及胶接层树脂含量的变化规律。研究表明,5228A树脂体系具有可控的流变特性,可适用于无胶膜蜂窝夹芯结构的制备;5228A树脂基预浸料具有良好的工艺性能,所制备的无胶膜蜂窝夹芯结构内部质量良好,蒙皮及蜂窝的粘结性能优良;蜂窝夹芯结构滚筒剥离强度随成型压力提高而提高,蜂窝夹芯结构滚筒剥离强度随胶接层树脂含量的升高而提高。     

蜂窝孔格填充对Nomex蜂窝夹芯结构力学性能影响

为了研究不同蜂窝孔格填充方式对Nomex蜂窝夹芯板力学性能的影响，本文设计了4组比对试验，测试了不同蜂窝孔格填充方式下蜂窝夹芯结构的平拉和平压强度。结果表明，发泡胶填充能够显著提高蜂窝夹芯板的平面拉伸和平面压缩强度，且粉状发泡胶和带状发泡胶混合填充的方式能够最大限度提高蜂窝夹芯件的平拉和平压强度。     

A型夹芯复合材料在地面雷达天线罩中的应用

本文主要介绍了3218环氧树脂E玻纤复合材料为面板,NOMEX纸蜂窝为夹芯的A型夹芯结构天线罩在地面雷达上的应用及其优越性能,并从电性能和力学性能两个方面阐述了A夹芯结构面板及夹芯材料的选择设计.