基于碳纤维增强复合材料的柔性蒙皮性能研究

探索波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮的可行性,推导复合材料的密度、各相所占的分数、复合材料中的孔隙含量以及材料拉伸弹性模量的计算公式,研究结构纵向变形能力和横向承载能力。分析实验数据,并根据复合材料理论分析模型,得出试件理论拉伸曲线和三点弯曲载荷下的理论挠曲线,分别与实验数据进行比较。结果表明:复合材料中的孔隙含量小于1%,证明试件的有效性;弹性模量实验值与理论值误差约为5%;该结构有较好的纵向变形能力和横向承载能力,在弹性变形段内,理论曲线与测试曲线基本吻合,误差小于10%,证明波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮可行。     

可主动变形的波纹式蒙皮基体制备及驱动特性

论述一种适用于变体机翼的具有主动变形能力的波纹式柔性蒙皮基体制备方法,并制作了拉伸测试件,进行拉伸实验。实验结果显示,当伸长量小于4%时,蒙皮基体线性伸长,在此范围内,可利用蒙皮自身的弹性使其恢复到原始形状。测试基于形状记忆合金(SMA)驱动器的波纹式蒙皮的主动变形效果,给SMA驱动器通以电流,利用SMA的形状记忆效应驱动蒙皮基体变形,试验测试不同电流下基体伸长2%所需的时间,及利用自身弹力回复时的残余变形量,蒙皮基体自身产生的变形将大大降低变体机翼蒙皮变形时对驱动力的要求。     

具有SMA驱动层的柔性蒙皮主动变形特性研究

制作了模块化的形状记忆合金丝夹层,提出形状记忆合金丝驱动夹层与蜂窝结构蒙皮的集成方法。对形状记忆合金丝进行加热,由于夹层内形状记忆合金丝排布方式的不同,可分别实现蜂窝蒙皮后掠与上反。研究嵌入驱动器夹层后的蜂窝结构蒙皮的主动变形能力。结果表明,在激励电流为3 A时,蜂窝蒙皮试件可上反5.1°或后掠8°。这种通过蒙皮自身产生的变形能够降低变体机翼蒙皮变形对驱动力的要求。     

复合材料变体机翼后缘的动态特性研究

研究用于变体机翼后缘的U型复合材料蒙皮处于不同预变形下的动态特性。利用激振器对机翼后缘激振,模拟飞行中变体机翼后缘的环境振动,通过改变机翼后缘的偏转角度(0~25°),采集各U型波纹的动态应变信号进行数据分析。结果表明:蒙皮的预变形越大,振动所引起的U型蒙皮的变形越小;该蒙皮所能承受的机翼后缘角度偏转的安全工作范围为0~15°;用电阻应变片测量U型蒙皮波峰处的动态应变具有一定的实时性和可行性。     

可主动变形波纹蒙皮驱动控制及神经网络建模

为满足变体机翼蒙皮连续光滑以及大变形要求,提出一种可主动变形的波纹型蒙皮构型,并进行驱动试验。试验中使用恒流源控制激励电流强度,在驱动试验数据的基础上建立一个以电流强度为输入参量,驱动位移为输出参量的RBF神经网络模型。该模型逼近曲线较为准确和贴近实际驱动特性,最大预测相对误差小于6%。     

变体机翼柔性蒙皮形状优化设计及试验分析

为满足变体机翼柔性蒙皮在沿波纹方向有较大变形量的要求,对半圆形波纹蒙皮基体的形状进行优化,得到一种纵向变形能力与横向承载能力均优于半圆形的波纹形状。建立该基体与半圆形基体拉伸与三点弯曲的有限元模型,结果表明,优化后蒙皮基体的拉伸伸长量提高25%,承载变形量减少44.1%。对试验件进行拉伸与三点弯曲试验,其结果与仿真吻合较好。优化后的蒙皮基体的纵向变形能力与横向承载能力都得到显著增强。     

基于图像匹配的无损变形测量

在传统网格法的基础上,给出一种基于图像匹配的无损变形测量新方法。该方法以图像的亚像素匹配为关键技术并采用虚拟网格的思想。在测量时,不用在待测物体表面预制任何标志,而是利用试件表面的数字图像的灰度特征形成虚拟网格,利用区域匹配算法完成全场的位移测量;再按照网格法中的应变计算方法得到位移转变成应变。典型拉伸实验证实,该方法与传统网格法的测量结果一致。     

基于LabVIEW的应变测量与报警系统设计

设计了一种基于虚拟仪器设计软件LabVIEW的动态应变测量、报警系统,分析了电阻应变片式电测法的检测原理,并使用恒流源和自动调零放大器来提高仪器的测量精度。用户可实时测得应变值和其变化情况,并预先设置应变报警值来达到对被测元件的结构进行实时监测的目的,以提高工程结构的强度和安全性。该系统同时设计了数据、波形的存储功能。系统测量精度高,检测效率高,操作方便、简单易用。     

基于MFC压电纤维复合材料的智能小翼驱动性能研究

智能微型导弹可以通过控制可变形智能弹翼结构改变飞行状态,满足作战需求。针对此类可变形智能小翼结构,本文以压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite, MFC)作为驱动器,通过使用MFC碳纤维复合材料悬臂梁仿真和试验相结合的方法验证压电复合材料的驱动性能。随后,设计了MFC复合材料小翼驱动机构并进行驱动试验,验证了所设计的MFC驱动智能小翼变形方案的可行性。在此基础上,研究了智能小翼复合材料蒙皮铺层设计对小翼压电驱动性能的影响。结果表明,增大智能小翼蒙皮45°铺层占比、减小0°铺层占比,或将45°铺层置于蒙皮表层、 0°铺层置于蒙皮芯层时,有利于智能小翼驱动性能提升。     

多重分形的智能材料损伤诊断应用

多重分形谱所蕴含的信息比单一的分数维要深刻而全面 ,在解决实际问题中多重分形主要用来描述物理量不均匀的随机概率分布。在智能复合材料有损伤前后其内部状态从平衡到不平衡 ,再到更高层次的平衡过程中受力的空间分布发生变化 ,利用多重分形方法将这一不平衡程度进行量化 ,多重分形谱Dq-q从平缓到陡峭的变化反映了分形结构复杂性的增加 ,反映了材料内部应力分布不均匀性的增加。数据仿真计算结果和对在一块埋置有 5× 5传感光纤阵列的复合材料试件实测数据的计算结果表明该方法的有效性与实用性。     

一种定向断裂复合材料的结构研究

提出一种新的定向断裂复合材料结构,采用拓扑自锁原理满足结构待用期的强度和刚度要求,应用复合工艺人工成型规则裂纹以产生应力集中使结构能满足定向断裂的要求。对定向断裂复合材料的结构、功能进行了设计和分析,以求达到最优效果。经实验验证,该结构能按预期的方向实现断裂。     

泡沫铝复合材料的动态压缩试验研究和吸能分析

随着武器科技的发展,对吸能防护材料要求越来越高。采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验技术对泡沫铝,铝-脂-胶复合材料,填充环氧树脂的泡沫铝冲击压缩性能进行研究,得到3种材料的应力-应变曲线,并对其进行吸能性能分析。结果表明,铝-脂-胶复合材料具有非常好的吸能特性。铝-脂-胶复合材料可作为一种新型的高性能吸能防护材料。     

基于模糊RBF神经网络的复合材料结构脱层损伤监测研究

提出一种径向基函数(RBF)神经网络和模糊聚类分析相结合的复合材料结构脱层损伤监测方法。该方法融合神经网络学习能力强和模糊逻辑推理自适应、自组织、容错性好等优点,简化神经网络学习数据获取及模糊推理规则建立的过程。利用有限元方法对含有脱层损伤的复合材料试件进行数值模拟,以前六阶弯曲模态频率构建训练样本,将实验模态分析结果经送入训练好的模糊RBF神经网络进行预测,从而实现对复合材料梁的脱层损伤定位和损伤程度评估。实验结果表明,模糊RBF神经网络鲁棒性好,精度高。     

配合精度对复合材料板螺栓接头强度的影响

运用ANSYS12.0软件对不同配合精度下复合材料螺栓连接接头强度进行三维有限元分析。采用ANSYS自带的Tsai-Wu(蔡-吴)法则作为失效判断依据,计算接头的初始破坏载荷。对试件进行相关试验,通过与计算结果对比,试验结果与计算结果相吻合。结果表明:在间隙配合情况下,随着配合间隙的减小,接头初始破坏载荷逐渐增加,复合材料孔边的应力集中程度随着减小;接头在小干涉量配合情况下具有较高的破坏载荷和低的应力集中程度,在大干涉量配合情况下接头强度迅速下降。     

溶胶-凝胶法制备的阻挡层对双层复合TiO2光阳极性能的影响

用溶胶-凝胶法在导电玻璃上制备不同成膜方式和层厚的TiO2致密膜阻挡层,采用水热法制备外层多孔TiO2薄膜。用场发射扫描电镜(FE-SEM)和紫外-可见分光光度计分析阻挡层成膜方式和层厚对复合光阳极薄膜的表面形貌和吸光度的影响,并研究其对应的DSSC的电学性能。结果表明:阻挡层经层层烧结,复合光阳极具有较疏松的表面形貌,吸光度和DSSC的电学性能最佳;阻挡层的层厚对复合膜的吸光度和DSSC的电学性能影响不大,但层数为8层时具有最好的吸光度和电学性能。     

基于神经网络的UHMWPE复合材料防弹性能研究

提出了一种基于神经网络的弹道试验数据处理方法,建立了UHMWPE纤维复合材料防弹性能分析的BP神经网络模型,并基于模型研究靶板的面密度、弹片的入射速度、冲击方式等因素对材料防弹性能的影响。     

基于纤维拔出理论的复合材料力学性能的研究

在纤维拔出理论基础上,采用有限元软件建立微元平面分析模型,模拟研究了试样沿纤维方向与沿垂直纤维方向拉伸破坏的过程,探讨了试件在两种工况下的破坏机理。在此基础上,结合以弹性力学为基础推导而成的力学参数公式,得到试件的弹性力学参数,并应用模态分析方法,证明了所得试件弹性力学参数的正确性。在试件沿纤维方向拉伸的工况下,通过改变纤维半径与树脂厚度,继而改变纤维体积分数,探讨了试件破坏应力、弹性模量与泊松比随玻璃纤维体积分数变化规律。