复合材料加筋壁板设计、分析与试验研究

由于复合材料加筋壁板结构具有整体成型性好、承载效率高、连接件数量少等诸多优势,所以在直升机/飞机的结构上获得了广泛的应用。本文主要针对典型纵向加筋壁板开展了设计、分析、工艺及试验研究,采用理论分析和试验研究相结合的方法,对两种典型加筋壁板的承载能力进行分析和验证。研究表明：在质量相同的情况下,T型加筋壁板比泡沫填充帽型加筋壁板有更高的承载能力。研究中开发应用了全新的复合材料非线性屈曲分析方法,为复合材料加筋壁板结构承载能力预测提供了一种新途径。研究成果为复合材料加筋壁板的设计提供了依据,为复合材料在未来中、重型直升机主承力结构上的应用储备了技术。     

商用飞机复合材料双面加筋壁板制造技术研究

本文以层间增韧环氧树脂碳纤维单向带及织物预浸料为原料,采用手工铺叠的方式制造双面加筋壁板,首先利用热压罐共固化蒙皮及单面长桁,然后采用胶接共固化的方式制造双面加筋壁板,通过利用成型模工装上的凹槽限制筋条轴线位置,解决了壁板轴线偏移问题,将轴线精度由以往的±2mm提升至±0.3mm;通过采用金属工装及筒状真空袋的组合成型...     

多轴向复合材料加筋壁板的定位及成型

针对复合材料多轴向加筋壁板提出了一种框架式的模具定位结构。在蒙皮成型模具上设置一个定位框架,从框架的梁上定位筋条成型模具。模具结构简单、操作方便并且采用特殊的真空袋封装方式可以成型出筋条尺寸精度高、位置精确的复合材料加筋壁板。     

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。     

含初始脱粘缺陷复合材料加筋壁板渐进压溃过程的数值模拟

建立了预测含初始脱粘缺陷复合材料加筋壁板渐进压溃响应的数值分析模型。该模型综合考虑了复合材料层合板的纤维失效、基体失效和纤维-基体剪切失效三种典型的面内损伤模式,并通过编写用户自定义材料子程序VUMAT实现面内失效类型的判断和相应材料性能的折减;在壁板和筋条连接界面应用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算层间裂纹前缘的应变能释放率,并结合B-K混合模式准则控制缺陷的起裂以模拟脱粘的扩展演化过程;采用显式动力学方法准静态分析结构在压缩载荷下的屈曲、后屈曲直至最终压溃的响应过程。数值分析结果与文献试验、数值结果吻合良好,验证了模型的合理性和有效性,并详细研究了复合材料脱粘加筋壁板的损伤演化过程和渐进压溃行为。     

泡沫填充帽形加筋结构复合材料壁板成型工艺研究

针对某型机泡沫填充帽形加筋结构复合材料机翼壁板开展了成型工艺研究。结果表明,壁板所用复合材料的性能满足帽形加筋壁板二次胶接的工艺需求;在帽形加筋长桁与蒙皮进行二次胶接前对胶接部位采用400#砂纸进行打磨,可以保证胶接性能;采用室温加压工艺可以保证复合材料构件的内部质量和厚度精度要求;在帽形加筋壁板进行二次胶接固化时采用...     

共胶接T型加筋壁板模具设计及成型工艺研究

本文选取T型加筋壁板作为典型结构件,研究了热压罐共胶接工艺中成型模具的设计和模具对成型质量的影响。首先针对T型筋条的结构和成型特点,设计了两种模具方案,研究了硬模(金属模具)/硬模、硬模/软模(橡胶模具)两种模具配合方式对筋条成型质量的影响,并进一步研究了筋条、蒙皮的固化顺序对T型加筋壁板共胶接质量的影响。结果表明,T型筋条成型中拐角区的传压及受压均匀性是模具设计中考虑的要点;与硬模/硬模配合方式相比,硬模/软模配合方式可以提高筋条拐角区的受压和密实均匀性,不容易出现因受压不均而在拐角区和填充区产生的纤维褶皱及孔隙缺陷,但是筋条尺寸精度低于硬模/硬模的情况;采用有限元法模拟分析了硬模、软模内部压力分布,发现模拟结果与实验结果基本一致;已固化筋条与未固化蒙皮胶接时,胶接区蒙皮的厚度均匀性不易保证,采用未固化筋条与已固化蒙皮共胶接的方式更容易保证胶接区的质量。本文研究结果对壁板类结构整体化工艺成型质量的控制具有指导意义。     

基于VARI工艺的J型加筋壁板成型工艺研究

对VARI成型工艺进行了简介,并提供了一种高性能VARI工艺成型J型加筋壁板的出胶结构和方法。采用阴阳模结构取代传统单面模具,同时阴模本体上设计有多排均布圆形导口,用于导出气体,提高树脂沿长度方向的流动性,增加树脂的浸润能力,保证树脂能够完全浸润预制体。在Z型本体的上表面两端分别设置注胶口和出胶口,注胶口设置在大Z端,出胶口设置在小Z端,从模具上部注胶有利于借助重力作用提高树脂沿高度方向的流动性。该出胶结构和方法最终保证获得了高性能的复合材料产品。     

复合材料加筋壳稳定性研究

本文根据复合材料加筋壳的材料特性,获得了环肋、纵筋、斜筋和三角形网格加筋壳的广义刚度系数,从而将圆柱壳与加筋壳恶性循环 问题统一起来,并利用Donell壳体理论,推导了在外压作用下,复合材料加筋圆柱壳总体失稳的临界压力公式,可供有关工程设计师参考。     

非均衡嵌入式等高复合材料加筋板制备

介绍了一种"工"字型加筋板试验件及其玻纤复合材料加载板的研制工艺过程,采用手糊玻纤复合材料垫板及泡沫塑料做挡条的模压成型工艺,研制出非均衡嵌入式等高加筋板,玻纤复合材料加载板与加筋板长桁达到等高且嵌入式无缝隙填充,消除试验夹具的误差,达到设计要求.     

复合材料十字梁结构的优化设计

基于数值仿真分析方法,针对某航天器结构中的十字梁结构进行了优化设计。依据结构承载特点,优化了传力路径,合理地设计了加强区域以及铺层顺序,并采用复合材料整体铺设成型工艺制备了试验件。试验结果表明,经过优化设计,十字梁结构重量由699 g降低到436 g,减重达37.6%,在6000 N压缩载荷作用下的最大变形由0.33 mm降低到0.19 mm,满足其刚度设计要求。     

复合材料帽形加筋板极限承载能力

本文研究了复合材料长加筋板在轴向压力作用下的纵向极限承载能力推导出复合材料梁柱的极限承载能力公式。并考虑了加筋板的初始几何缺陷,载荷偏心,蒙皮屈曲后的有效蒙皮宽度对复合材料长帽形加筋板的极限承载能力的影响。     

A形复合材料加强框的RTM成型工艺研究

随着复合材料在飞机上的应用正在由次承力结构到主承力结构的扩展,长桁、梁等加强框也逐步采用复合材料。作为民机发动机吊挂的主承力件,研究了A形加强框采用复合材料RTM成型工艺可行性,对模具设计、材料铺层设计、注胶模拟、注胶口选择以及注胶参数优化等方面进行了研究,并完成了复杂结构件的机加工,最终研制出满足工艺要求的结构件。     

复合材料层合板的瞬态特性分析

本文旨在研究复合材料层合板的瞬态特性.基于Kirchhoff经典理论,用样条有限元法以三次B样条函数构成的样条基对反对称多层角铺设层合板的3个独立位移进行插值,并推导了复合材料层合板刚度阵,质量阵列式.在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼列式,并由Lagrange方程导出了层合板的动力学方程,求解了反对称角铺设层合板的动力响应问题.通过算例,对于各种边界,选择样条函数作为振型函数,用样条配点法求出了结构的位移、速度、加速度的动力响应,并与Newmark法进行了比较.     

薄壁加筋结构复合材料特种包装箱体的制备

本文简要介绍薄壁加筋结构复合材料包装箱RTM的成型工艺过程，分析了包装箱生产中的铺层方式，注射压力等因素对制品成型过程的影响。测试了RTM专用树脂在不同固化剂，促进剂比例下的凝胶时间和玻璃钢硬度，确定促进剂和固化剂比例，制备了结构致密，表面硬度合适的薄壁加筋结构复合材料包装箱。     

基于随机机会约束规划的复合材料层合板固有频率的铺层角优化设计

对具有随机弹性常数的复合材料层合板的固有频率优化问题进行研究。从单层板的刚度矩阵出发,给出层合板的刚度特性及一阶固有频率最大化的确定性模型,再根据Liu提出的随机机会约束理论,建立了一阶固有频率最大化的Maximax及Minimax的机会约束规划模型,根据试验及随机理论假设弹性常数服从经验分布,给出了弹性常数的经验分布随机数产生及处理随机机会约束的算法,再给出了基于随机模拟的遗传算法求解方法。最后给出了一个具体的复合材料层合矩形板在四边简支边界条件下基频优化的实例,验证了基于随机模拟的遗传算法求解的有效性。     

复合材料层合板裂纹诊断的实验研究

裂纹是复合材料层合板的主要损伤类型之一,也是造成复合材料层合板失效的主要原因。复合材料层合板发生裂纹损伤时,其内部能量结构发生变化,这些变化对外可表现为动态特性发生显著变化。因此,分别研究层合板在健康状态下和裂纹损伤状态下的动态特性,就可以分析建立裂纹损伤的诊断知识规则。     

SIMPLIFIED OPTIMAL DESIGN OF A BATTERY OF CSTR

ABSTRACT

An empirical design equation that relates the optimum conversions (maximum rate of reaction following the optimum temperature progression (OTP) path) to the number of continuous stirred tank reactors (CSTR) in a battery for all rates of reaction equations related exponentially to conversion (especially all simple rate equations for reversible reactions) is presented. The optimum reactor design hitherto solved through numerical iterative calculations is reduced to a highly simplified algebraic calculation. Comparative sample calculations using this new equation and the traditional matrix trial-and-error approach shows that this new method gives accurate prediction.     

航空复合材料短柱加筋板压缩性能试验研究

开展了航空复合材料短柱加筋板的轴向压缩试验。试验件的破坏形式主要包括壁板的撕裂、筋条的断裂和端部的压溃现象,试验过程中,壁板及筋条没有出现明显的脱粘现象。在试验加载初期,载荷-应变曲线呈线性一致的增加趋势,位移测量点的离面位移值基本保持在0 mm附近;当压缩载荷超过临界屈曲载荷时,载荷-应变曲线出现了明显的分岔现象,且离面位移值快速增加。复合材料短柱加筋板失稳后仍然具有后屈曲承载能力,但是该承载能力较小,当短柱加筋板发生失稳后,随着压缩载荷的增加,试验件会很快发生破坏。有限元仿真结果与试验结果较一致,仿真结果表明短柱加筋板主要发生了壁板的局部失稳。