铺层角度偏差对曲面复合材料结构固化变形的影响分析

本文阐述了铺层角度偏差对某变厚度曲面结构复合材料固化变形的影响。对铺层角度偏差的来源进行了归纳,采用考虑热膨胀和固化收缩的固化变形计算模型,对该变厚度的复合材料曲面层合板结构的固化变形进行了计算,计算结果与试验结果较为吻合,表明了计算模型的准确性。采用均匀试验设计方法,得到了该曲面结构铺层角度偏差在5°以内变化时的实验方案,对实验设计的计算结果进行了回归分析,结果显示,对于该曲面复合材料结构,总体上铺层角度偏差对固化变形的影响不大,相对的,-45°的铺层偏差对固化变形的影响较大,90°的铺层偏差对固化变形的影响较小。     

复合材料火箭定向管铺层角度优化

运用ABAQUS的二次开发语言对复合材料定向管进行参数化建模,通过火箭弹发射过程的瞬态动力学分析对复合材料定向管的铺层角度进行优化设计,以提高其结构强度。设计过程中利用优化软件iSIGHT集成有限元分析软件ABAQUS,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化算法,进行瞬态动力学的优化。经过优化设计,得到了合理的铺层角度,使复合材料定向管的强度性能有了显著提高。     

铺层角度对碳纤维/形状记忆环氧树脂层合板形状回复性能的影响

对不同铺层角度的碳纤维/环氧树脂形状记忆复合材料(SMC)层合板的弯曲回复性能进行了研究。结果表明,[±θ]_s铺层方式的SMC层合板的形状回复率、回复力均随着铺层角度增大而减小,回复时间随着铺层角度增大而增大,其中铺层角度增大至45°后,回复时间开始出现大幅的增加,铺层角度增大至60°后,回复率开始出现大幅的降低。对SMC层合板进行了15次的赋形-回复循环过程,发现不同铺层角度SMC层合板均能保持较稳定的形状记忆回复率和回复时间。但在铺层角度0~30°的范围内,层合板的形状回复力随着铺层角度增大而减小。最后分析了不同铺层角度SMC层合板的局部损伤,结果表明,[0]_4和[±15]_s铺层方式的SMC层合板基体已达到了其极限剪切应变,基体发生严重破坏,并且会随着赋形次数的增加而加剧。     

复合材料层板铺层方式对超声检测结果的影响

对T700/6421炭纤维复合材料在RTM工艺下制作的不同铺层方式的试样,进行两种频率的脉冲反射法超声检测实验,研究纤维铺层方式对超声检测结果的影响,并得到以下结论:纤维铺层方式对声波在材料中传播的声速和衰减有一定影响,在进行缺陷深度定位和材质衰减测量时,应予以修正;纤维铺层方式对复合材料上下表面检测分辨率、层间分层缺陷的可检性和缺陷大小的评定没有明显影响。     

复合材料壁板铺层参数对大展弦比机翼气动弹性优化的影响

开展了大展弦比复合材料机翼气动弹性综合优化设计研究,以复合材料层合板铺层厚度为设计变量,以多种气动弹性约束与强度/应变约束为限制条件对结构进行优化设计,从铺层比例和铺层非均衡两方面分析了蒙皮铺层参数的影响。研究表明: 在满足综合约束的条件下,随着0°铺层比例的增加,翼尖变形略微减小,颤振速度略有下降,副翼效率变化不大; 蒙皮铺层非均衡程度主要影响机翼静气动弹性能,随着蒙皮非均衡引起的机翼刚轴绕翼根向前缘逐渐偏转,翼尖垂直变形变化不明显,但翼尖负扭转变形的绝对值加大,副翼效率下降。     

基于几何因子的复合材料层合板颤振特性

首先实现了基于几何因子的复合材料层合板建模方法,解决了几何因子与Natran的参数输入问题,并通过一个简单算例进行验证。其次,在基于几何因子的层合板建模方法的基础上,采用p-k法计算颤振速度和发散速度,进行基于几何因子的悬臂复合材料层合板颤振和发散特性分析研究,重点研究了主轴刚度和弯扭耦合效应对颤振速度的影响。分析结果表明:相对于弯曲刚度,扭转刚度的改变对颤振速度的影响更显著,且扭转刚度越小,颤振速度越低;颤振模式随着刚度特性的改变有可能发生转变,导致颤振速度的突然变化和几何因子空间内颤振速度等高线的不连续;在正则化刚度矩阵不变的情况下,层合板厚度增加会同时提高颤振速度和发散速度,且颤振速度与发散速度与厚度大致呈线性关系。     

复合材料层合板的铺层几何对结构声传输的影响

采用基于复合材料一阶剪切理论－Mindilin理论的板单元和基于Rayleigh表面分方程的边界元,对嵌在无限障板上的复合材料层合板在低频简谐平面声波斜入射情况下,建立了考虑流体结构耦合的传声计算模型,并利用该模型计算研究了对称角铺设、反对称角铺设和正交铺设等不同铺设方式对层合板传声损失的影响以及在板侧流体介质分别为空气和水时层合板的传声特性,指出层合板的铺层几何对其传声损失有较大影响,应在设计中引起注意。     

不同铺层方式下连续玻璃纤维/聚丙烯复合材料波纹夹芯板的力学性能

制备了多种铺层方式的连续玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）复合材料波纹夹芯板,并研究了GF/PP复合材料波纹夹芯板的平压性能和弯曲性能。结果显示:面板相同时,增加芯板厚度可大大增加夹芯板整体的平压性能;芯板相同时,面板的铺层方式对夹芯板的平压性能有一定影响,且面板含有0°和90°铺层的波纹夹芯板具有最高的平压模量,为59.55 MPa,而单纯增加面板厚度对提升波纹夹芯板的平压性能影响不大;面板铺层方式对弯曲性能具有较大影响,面板为0°铺层的波纹夹芯板具有最高的横向弯曲模量,为783.66 MPa,面板为90°铺层的波纹夹芯板具有最高的纵向弯曲模量,为732.09 MPa;面板为单向铺层（0°或90°铺层）时,会使夹芯板另一方向（纵向或横向）的弯曲性能形成短板。      

铺层顺序对预成型体搭接复合材料拉伸性能影响的仿真与验证

使用有限元理论模拟分析了几种不同铺层顺序的预成型体搭接复合材料的拉伸性能,并且使用国产碳纤维与快速固化环氧树脂制备相应的单下陷搭接试样,测试其搭接接头的拉伸性能,对有限元计算结果进行了验证。结果表明,使用有限元计算与实验方法得到的结果基本相符。有限元模拟及实验验证发现不同铺层结构的预成型体搭接复合材料有两种不同的破坏损伤模式。搭接上层板的层间剥离强度与层板本身弯曲性能共同决定了搭接接头的破坏模式及拉伸性能,两者中强度较弱的先发生破坏,导致试样失效。在预成型体搭接接头中,0°铺层越靠近搭接面,对搭接性能的影响越明显,搭接强度越高。搭接界面处纤维层之间的相对角度不同,纤维铺层刚度不同,刚度差别越大,搭接强度就越低。     

复合材料轴结构力学性能预测及铺层方案设计

针对连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学性能预测问题,考虑纤维呈四边形和六角形两种周期性排列方式,基于细观力学有限元方法,建立六种代表体积元(RVE)模型,计算该材料的宏观力学性能参数,并与已有的三种细观力学模型计算结果进行对比分析。在此基础上,以低压涡轮轴为研究对象,将选定的RVE模型预测所得的宏观力学性能参数应用于该纤维增强复合材料轴结构的铺层方案设计中,利用数值模拟方法计算该轴结构在给定弯矩、扭矩作用下的变形量和应力,并分析铺层角度、厚度及铺层顺序对轴结构抗弯、抗扭性能的影响规律。研究发现纤维按某种特定的铺层角度组合铺设,可有效提高轴结构的抗弯、抗扭性能,通过计算分析提出了铺层设计方案。     

非均衡铺层壁板复合材料机翼气动弹性分析

对上下壁板采用非均衡铺层的大展弦比复合材料机翼进行了气动弹性分析。建立了不同掠角和壁板铺层非均衡程度的气动弹性模型 , 并考虑了壁板铺层非均衡程度的变化。分析了严重载荷情况下 , 机翼变形、 升力特性弹性修正等随壁板铺层非均衡程度的变化 , 并分析了固有振动特性和发散/颤振速度随壁板铺层非均衡程度的变化趋势 , 以期为进行这类结构的设计提供参考。研究结果表明 : 壁板铺层的非均衡程度对于所研究机翼的固有振动频率、 颤振速度影响较小 , 但对发散速度和机翼的静气动弹性性能影响较大。      

层合复合材料壁板的热颤振特性分析

采用壁板颤振分析的有限元方法,从壁板的正则化弯曲刚度、屈曲临界温升、颤振临界速压和极限环颤振幅值等参数的角度,分析了不同铺层方向和不同铺层顺序对层合复合材料壁板的颤振特性的影响,并给出了几种常见铺层方式层合复合材料壁板的颤振特性。结果表明,在设计复合材料壁板的铺层方向和铺层顺序时,一般可以通过壁板正则化弯曲刚度的大小来对颤振速压进行比较。但是在某些特殊的铺层情况下,随着温度升高,发生频率重合型颤振的耦合模态会发生演变,这时正则化弯曲刚度较大的壁板也有可能在较低的速压下发生颤振。     

铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究

采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管\     

铺设角度与铺层顺序对层合板稳定性的影响

以层合板结构的临界屈曲载荷系数最大化为优化目标,基于改进型模拟退火算法对层合板结构铺设角度和铺层顺序进行优化。由于层合板结构的铺层角度是离散变量,模拟退火算法适合求解离散变量的优化问题。利用模拟退火算法优化层合板铺层,在算法内采用并行计算、引入记忆功能同时设置双阈值终止准则,有效地提高了优化过程的收敛速度,同时避免优化过程中出现局部最优解。以临界屈曲载荷系数作为目标函数,选取复合材料层合板的铺设角度顺序为设计变量,采用改进的模拟退火算法得出复合材料层合板的最优铺设角度以及铺层顺序。     

铺层混杂对复合材料层压板侵彻性能的影响

本文利用MTS和冲击侵彻测试装置，研究了由芳香族聚酰胺纤维、高强聚乙烯醇纤维制成的织物通过不同铺层方式与酚醛/PVB树脂复合的层压板的准静态和冲击侵彻性能。结果表明，芳香族聚酰胺织物层的加入能显著提高高强维纶织物树脂复合材料层压板的准静态侵彻刚度。随着芳纶混杂体积分数的提高，铺层混杂复合材料层压板的准静态侵彻阻力、穿孔能量（或单位面密度穿孔能量）将随之增加。从防护装具性能/重量比和性能/价格比的角度考虑，在芳香族聚酰胺与高强聚乙烯醇织物铺层混杂复合材料层压板中，高强聚乙烯醇纤维混杂体积分数可以确定为20%左右。     

引发方式、铺层对纤维增强复合材料圆柱壳吸能特性影响的冲击试验研究

对作为吸能元件的纤维增强复合材料圆柱壳的吸能特性进行了试验研究。制备了不同铺层角度和不同引发方式的玻璃纤维/聚酯树脂基圆柱壳,通过对该圆柱壳进行动态试验,探求铺层方式和引发方式对该吸能元件吸能效果的影响,以及该复合材料层合壳体压溃过程的破坏机理。     

弹性支持任意铺层加筋板的非线性稳定性分析

本文利用能量变分原理和广义傅里叶级数法对具有弹性支持的复合材料任意铺层加筋板在面内各种组合载荷作用下的非线性稳定性特性进行了研究.通过采用牛顿一梯度法数值求解,证明前屈曲压-弯耦合效应对弹性支持的复合材料加筋板的屈曲和后屈曲特性均产生了明显的影响,以致于在压、剪载荷作用的开始即产生了横向翘曲变形.只有当加筋板的四边为夹支时,这种前屈曲耦合效应才不明显.除此之外,还得到了一些与非加筋的层合板完全不同的屈曲和后屈曲特性.所得结果与文献上的相关计算或实验结果对比后均吻合很好,证明本文的理论分析和数值计算是正确有效的.     

复合材料层合板及机翼格栅结构的动态特性优化设计

以复合材料层合板各单层连续变化的铺层角度为设计变量, 在有限元软件中对层合板结构的基频进行优化分析, 在四边简支和固支两种不同的边界条件下, 结构的基频分别提高了4.9%和16.2%, 并对优化前后结构的静力失效强度进行了对比分析。随后将这种优化方法应用到某无人机复合材料机翼格栅结构中, 针对格栅结构蒙皮和肋板共计24个纤维铺层角度进行了优化设计, 使结构基频提高了10.6%, 同时结构的承载能力也有了一定程度的提高。