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。     

脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响

为研究脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响,采用ABAQUS/Explicit有限元分析平台,结合VUMAT子程序,建立基于渐进损伤失效理论的有限元分析模型。开展无损伤和三种不同直径脱粘的平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能试验,并将结果与有限元分析结果进行对照。研究表明:试验与有限元仿真得到的失效载荷和破坏模式吻合很好,验证了所建立有限元模型的正确性;无损伤和含不同直径脱粘的平纹编织面板蜂窝夹芯结构在侧压作用下的破坏模式均为面板屈曲、压缩断裂以及蜂窝芯子的压缩破坏;脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压承载能力的影响较小,面板是侧向压缩的主要受力部分;随着脱粘直径增大,载荷位移曲线波动更剧烈且波动频次更高;胶层损伤主要发生在临近脱粘的较小区域,对结构整体性能影响很小;面板的损伤从自由边沿垂直于承载力的方向扩展,直至断裂。     

碳纤维/PMI复合材料在湿热环境下的损伤扩展分析

运用三点弯曲试验研究和数值模拟的方法对新型材料碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料在高温湿热的弯曲性能以及损伤扩展进行了分析。研究结果表明：复合材料在高温湿热下的弯曲破坏载荷误差为9.13‰,预测了复合材料在湿热环境下的最大破坏载荷和破坏趋势。同时发现复合材料在湿热环境下的破坏机制：夹芯结构首先发生芯层压缩失效,然后才是剪切失效,结构最后的破坏是由剪切失效引起的,损伤扩展过程与试验保持一致。     

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。     

夹芯复合材料T型连接结构悬臂弯曲强度特性分析

针对夹芯复合材料T型连接结构,建立了有限元模型,模拟其在悬臂弯曲位移载荷下损伤产生、扩展及失效的过程,进行了悬臂弯曲试验验证模拟结果,进行了结构优化分析。试验结果表明:初始损伤产生时的位移为30 mm~32 mm,对应载荷为7.5 k N~7.7 k N,损伤产生后结构刚度降低,随着位移增加,承载力持续上升,失效强度较初始损伤强度提高了41%~55%;计算结果与试验结果相吻合,且表明初始损伤为复合材料压缩失效,产生于隔板下面板与增强区连接处,随着位移载荷的增加,损伤面积增大最终导致整体结构失效;优化结果表明,提高隔板下面板和芯材厚度,可降低隔板下面板的最大应力和失效因子,缩小上下面板的失效因子差,充分发挥结构性能。     

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。     

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。     

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。     

轴压作用下缠绕复合材料夹芯圆柱壳力学性能研究

为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采用ABAQUS有限元软件对结构模型进行分析,得到不同载荷下的应变规律;最后,将有限元计算结果与试验结果进行对比,轴向刚度误差为10.69%,测点应变值最大误差为12.88%,表明该方法可用于缠绕复合材料夹芯圆柱壳计算,为复合材料夹芯圆柱壳的设计应用提供指导。     

电磁窗用蜂窝夹层复合材料内部缺陷超声C扫描检测

对某型号复合材料夹层结构内力情况进行分析,进行理论计算,建立力学模型;使用patrannastran大型有限元软件建立复合材料蜂窝夹层结构有限元模型,模拟试验件受力特点计算出蜂窝夹层结构失效过程,建立了合理的数学模型;采用ASTM C393试验标准对复合材料蜂窝夹层结构试验件进行试验,获得某型号复合材料蜂窝夹层结构强度,并将试验结果与计算结果进行对比分析,得出蜂窝夹层结构的受力特点及验证模型的准确性。     

复合材料蜂窝夹层结构四点弯曲性能研究

对某型号复合材料夹层结构内力情况进行分析,进行理论计算,建立力学模型;使用patrannastran大型有限元软件建立复合材料蜂窝夹层结构有限元模型,模拟试验件受力特点计算出蜂窝夹层结构失效过程,建立了合理的数学模型;采用ASTM C393试验标准对复合材料蜂窝夹层结构试验件进行试验,获得某型号复合材料蜂窝夹层结构强度,并将试验结果与计算结果进行对比分析,得出蜂窝夹层结构的受力特点及验证模型的准确性。     

基于3D打印技术树脂蜂窝复合材料夹芯结构的力学性能研究

本文利用增材制造技术制备了Bi-grid、Tri-grid、Quadri-grid和Kagome-grid 4种闭孔芯子结构,其与上、下面板胶粘在一起形成复合材料夹芯结构。利用有限元分析及三点弯曲测试,研究4种不同闭孔夹芯结构在弯曲载荷作用下的力学响应行为,并观察不同结构的破坏形式。结果表明:Bi-grid闭孔夹心结构的失效模式为芯子与面板的脱粘,而其他三种结构的临界破坏方式为芯子的剪切破坏。试样面板应力集中区域位于上面板的加载区域及下面板的支撑区域,芯子应力集中区域位于加载与支撑之间。Quadri-grid闭孔夹芯结构的力学性能优于其他三种结构。     

蜂窝夹套流动与换热的数值模拟及其结构优化

基于标准k-ε湍流模型并辅以壁面函数法,对蜂窝夹套内流体流动与传热进行了三维数值模拟。计算结果与试验结果误差在10%以内,证明了该模型的可靠性。采用正交设计及因素分析法对蜂窝锥度、蜂窝间距、蜂窝高度、蜂窝直径及蜂窝排列形式等结构参数对蜂窝夹套热力性能的影响进行研究,并依据方差分析结合响应面法对结构因素进行优化组合。     

三种复合材料夹芯结构在弯曲载荷下破坏行为研究

制备了帽型、泡型、工字型三种夹芯结构复合材料,研究三种夹芯结构在弯曲载荷下的响应行为,并利用有限元的方法研究夹芯结构在弯曲载荷下Von-Mises应力分布,利用Tsai-Hill屈服准则判定有限元模型的屈服情况,观察发生屈服的区域。结果表明,帽型夹芯结构具有最大的弯曲刚度与抗弯强度。三种夹芯结构发生破坏的区域不同,帽型夹芯结构破坏主要出现在压头区域、上面板的压头边缘区域、芯子压头正下方的拐角处;泡型夹芯结构破坏出现在芯子支撑区域;工字型夹芯结构破坏出现在下面板支撑区域。     

剪切载荷下复合材料开口腹板强度及损伤预测

采用Hashin损伤初始准则和基于能量耗散的损伤演化准则,结合有限元法对某型直升机涵道大垂尾前缘锥体复合材料开口腹板的损伤失效过程及剪切承载能力进行预测.并将数值计算结果与剪切试验结果进行对比分析,结果表明数值预测的剪切屈曲变形、损伤位置、模式及形貌的预测结果与实验结果吻合良好.数值预测的极限剪切载荷和失效位移的误差分...     

某全泡沫夹芯复合材料无人机平尾的强度分析与验证

平尾作为飞机的重要部件,对整个飞机的安全性能有着重要影响。某型通用无人机为T型平尾,平尾载荷比较小,采用全泡沫夹芯结构,为评估全复合材料泡沫夹芯平尾的静力强度,通过Abaqus软件建立平尾结构的有限元模型,并对该平尾在最大载荷作用下的受力情况进行了有限元分析,给出了平尾的应力和变形结果。设计制造了平尾的试验件和试验加载装置,并完成了试验验证,试验结果与理论计算基本相符,表明平尾有限元模型和分析方法是正确可行的。     

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。     

夹层结构榫卯T型接头弯曲破坏机理试验研究

本文针对复合材料蜂窝夹层结构榫卯胶接T型接头,进行了弯曲破坏模式和承载能力的试验研究。试验研究了不同榫头宽度、不同榫头数量的五种T型接头试验件,绘制了弯矩-位移曲线图。弯曲试验结果表明:T型接头试验件的破坏包括榫肩区域的胶接面拉伸破坏和榫头区域上面板胶接面剪切破坏或面板拉断。在加载过程中榫肩区域首先发生脱黏,榫头区域承担大部分载荷,最后榫头区域上面板与底板脱黏或面板被拉断。参数研究结果表明:对于复合材料蜂窝夹层结构榫卯胶接T型接头,增加榫头宽度和榫头数量能显著增加T型接头的弯曲刚度,对提高T型接头的弯曲承载能力也有重要贡献。     

曲率蜂窝夹层结构零件制造技术研究

本研究以曲率蜂窝夹层结构零件为研究对象,针对高密度蜂窝成型能力差的特点,确定研究内容主要为零件固化形面变形、蜂窝夹芯铺叠和固化成型质量等.基于主要研究内容,从成型模具的选择与设计、蜂窝夹芯的分块与连接、降低固化压力、固定防滑带和蜂窝芯强化方法等方面进行研究,解决了零件固化变形、形面下陷区域的铺叠与成型、高密度蜂窝夹层的...     

含缺陷复合材料加筋壁板承载能力的数值预测

碳纤维复合材料加筋壁板是飞机结构的典型部件,成型过程中的制造缺陷对其极限承载能力和失效行为具有显著影响,是结构完整性评估的重要内容。通过数值手段开展了3点弯曲载荷作用下含缺陷复合材料加筋壁板的数值分析,重点考虑了缺陷尺寸和位置对结构承载能力的影响。首先基于Abaqus/Standard建立了加筋壁板的三维有限元模型,引入双线性内聚力模型用于描述复合材料加筋壁板的层间失效行为,然后结合文献相关实验数据验证了该模型的有效性,最后基于该有限元模型研究了缺陷尺寸和位置对结构承载能力的影响。结果表明:建立的有限元模型计算结果与文献实验结果吻合;结构的承载能力随着缺陷尺寸的增大而降低,且对蒙皮/桁条界面中部缺陷较为敏感;缺陷的存在导致结构的破坏模式发生转变,但起始裂纹始终发生在界面附近的基体区域。