管道修复用管状纺织复合材料的管径设计

系统地介绍了管状纺织复合材料管径设计原理,提出了管状纺织复合材料的弹性与热缩性能是影响管径设计的关键因素。采用有限元方法分析了管状纺织复合材料翻衬时的环向应变。结果表明,应根据管状纺织复合材料弹性的大小, 调节管径设计值。采用SPSS 软件对管状纺织复合材料的热缩性能进行分析,建立了反映热缩时间、热缩温度与缩率之间关系的数学模型。      

管道修复用管状纺织复合材料强度的设计原理

管状纺织复合材料以翻衬的方法衬于管道 , 以“管中管”的形式修复管道 , 受到翻转压力和输送介质压力的作用 , 其强度直接影响修复效果。本文中采用材料力学和工程流体力学相关理论 , 对管状纺织复合材料翻衬时和衬于管道后的受力情况 , 建立了较为系统且完整的计算公式 , 并以修复燃气管道为例 , 对管状纺织复合材料经向和纬向的强度进行了设计。结果表明 : 管道内压引起的管状纺织复合材料的纬向应力是经向应力的 2 倍 ;而翻转压力引起的经向应力 , 还与翻转速度和温度有关。      

管道修复用管状非织造布复合材料的结构设计

基于修复大管径管道对管状非织造布复合材料强度与厚度的要求,对管状非织造布复合材料的结构进行了设计。通过在非织造布中加筋增强了其强度;加筋非织造布设计块数在2块和2块以上,形成管状非织造布复合材料在周向接缝等距离设置的结构,这种多接缝的管状非织造布复合材料结构对称,在翻衬时避免单个接缝应力集中现象,从而防止了在接缝处出现开裂;在每块加筋非织造布覆膜时,两侧预留缝合区域,减少了缝合难度,增加了缝合效率,而且降低了缝合处的厚度,使得接缝处更容易膜焊接,保证了整个管状非织造布复合材料的密封性。最后通过实验验证了结构设计的合理性。     

管道修复用复合材料的研究进展

在民用建筑及航空领域,复合材料修补已成为一种有效的修复补强技术;将其应用到管道修复中,又形成了无开挖、速度快、效果好的管道先进修复技术.综述了管道修复用复合材料的研究进展,重点介绍了以纤维增强聚合物(FRP)为主体的管道修复材料及相关技术的进展.     

自修复微胶囊复合材料的制备及力学性能研究

为了提高树脂基复合材料的使用寿命,以脲醛树脂为壁材,双环戊二烯为囊芯,通过原位聚合法制备了内含修复液的微胶囊,探讨了反应过程中脲醛量比及乳化剂用量等对微胶囊表面形貌和结构的影响.通过优化工艺条件制备出表面致密的微胶囊,并将微胶囊埋植在环氧树脂基体中制备复合材料.采用扫描电镜对胶囊进行形貌表征,运用快速傅里叶变换红外光谱...     

仿羊角管状复合材料结构抗冲击性能

羊角因其独特的管状微观结构显示出优异的抗冲击性能。本文从羊角微观结构汲取灵感,设计了仿羊角管状结构。基于3D打印熔融沉积技术,采用短切碳纤维增强尼龙复合材料制备了仿羊角管状结构(HTS)。冲击实验结果表明HTS试样的冲击载荷-位移曲线中存在较长的高载荷平台区,在此阶段吸收了大量的冲击能量,较非仿生样品吸能提升了143.9%,比吸能值提升了178.8%。提出了HTS冲击有限元模型,仿真预测结果和实验获得的冲击响应及裂纹扩展路径结果吻合较好,验证了该模型的有效性。采用该模型分析发现：在冲击过程中细管周围产生较大的应力集中,使裂纹发生偏转进而捕获裂纹,并在细管其他位置重新萌生新的裂纹并朝下一个细管扩展,这个过程不断重复,从而吸收了大量的冲击能量。最后,基于该有限元模型探索了几何参数和材料性能对HTS冲击吸能的影响规律。该研究探索了仿羊角管状复合材料结构冲击吸能特性和吸能机制,对新型抗冲击装备的设计和制备具有重要意义。     

挤压管状SiCw/Al复合材料中残余应力及其高温松弛行为

利用X射线应力测量方法,研究挤态20vol%SiCw/6061Al复合材料中残余应力,发现复合材料中存在较大的残余应力,而且各方向的残余应力分布很不均匀,动态测量去应力退火期间复合材料残余应力的高温松弛过程,证实高温状态下残余应力按幂指数的方式发生松弛,基于蠕变机制,分析残余应力搞温松弛行为,结果表明复合材料应力指数及应力松弛激活能明显高于基体合金。     

纺织复合材料纤维预制体力学性能测试方法研究进展

纺织复合材料具有质量轻、强度高,可设计性强等诸多优势,在航空航天领域得到广泛应用.纺织预制体的纤维结构对复合材料的最终力学性能有着决定性影响.然而,预制体的纤维结构在织造过程中不可避免地会发生宏观尺寸和微细观结构的变形,甚至产生褶皱缺陷.纺织预制体作为一种柔性骨架,其变形机制十分复杂.采用试验测试来表征预制体的力学变形...     

三维异型纺织复合材料的预制体织造技术及材料力学性能研究进展

近年来,三维纺织复合材料因其整体性能优异、结构丰富和净成形等特点,被广泛地应用于国防重大工程领域。其中,三维异型纺织复合材料理论研究仍远落后于应用。从三维异型纺织复合材料构件的应用出发,根据各种构件的典型特征分类归纳了三维异型纺织结构件的应用现状,总结了三维异型纺织复合材料预制体的主要织造工艺和织造装备的发展现状,并从不同的层级分析国内外对三维异型纺织复合材料的力学性能、细观结构建模、数值模拟等方面的研究进展,提出了三维异型纺织复合材料研究面临的关键问题,以期为三维异型纺织复合材料在未来的应用提供支撑。     

Simulation of crack growth in composite material shell structures

This paper implements a domain integral energy method for modelling crack growth in composite material shell structures using the finite element method. Volume integral expressions to evaluate the dynamic energy release rate in a through‐thickness three‐dimensional crack are derived. Using the domain integral, the energy release rate computation is implemented in the DYNA3D explicit non‐linear dynamic finite element analysis program wherein crack propagation is modelled by releasing the constraints between initially constrained node pairs. The implementation enables the program to either determine the energy resistance response for the material (provided experimental data is available) or predict the rate of crack propagation in shell structures. The numerical implementation was verified by simulating mode I and mode III slow crack growth problems in semi‐infinite transversely isotropic media, for which analytic solutions are available. Oscillations of energy following the release of nodal constraints as the crack propagates in discrete increments were suppressed using light mass proportional damping and a moving averaging scheme. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

开口层板孔口缝合补强的有限元研究

为了研究复合材料开口缝合补强结构的不同缝合参数(针距、行距、边距、缝合线模量等)对孔边应力、应变分布的影响, 提出了一种缝合线计算模型。通过有限元模拟计算, 并结合实验结果, 分析讨论了孔边及邻近区域应力、应变的分布规律, 给出了孔口缝合参数合理的设计方法及相关结论。研究表明, 不同缝合参数对于孔边附近应力及应变集中有明显的影响。     

平纹织物复合材料横向力学性能研究

通过对平纹织物复合材料的横向拉压试验, 分析了产生各种破坏现象的微观机理。横向压缩过程中,在与水平面成45°方向剪切破坏的同时还出现层间裂纹。由于两个方向上纱线的弯曲程度不同, 破坏形式有很大差异, 不同自由边处的纱线界面存在不同程度的剪切破坏, 并表现出不同的边缘效应。借助显微镜观察和基于代表体积单元的数值模拟对这些现象进行了分析, 发现高度不均匀的内部波纹纱线结构在横向压缩下产生的层间剪切应力是出现横向裂纹的主要原因。      

Aerodynamic and mechanical hierarchical aeroelastic analysis of composite wings

Abstract

The coupled bending-torsion flutter is here investigated through Carrera Unified Formulation (CUF). The hierarchical capabilities of CUF offer a procedure to obtain refined one-dimensional models that, by going beyond the assumptions of classical theories, accurately describe the kinematics of structures. Aerodynamic loadings have been determined according to Theodorsen theory, from which the steady formulation can be easily obtained. The displacement variables over the cross section (x-z plane) are approximated by x,z polynomials of any order, N. The finite element method is used to solve the governing equations, which are derived in a weak form through the principle of virtual displacements. The equations are written in terms of “fundamental nuclei,” which do not vary with the theory order, N. Several wing configurations have been studied, giving great attention to thin-walled box beams made of orthotropic material. The effects of sweep angle and lamination scheme on flutter conditions have been investigated, and the results have been compared with solutions obtained from two-dimensional theories, experimental tests, and aeroelastic analyses carried out with the doublet lattice method (DLM). The unsteady theory, combined with advanced beam theories, represents a computationally cheap tool for preliminary aeroelastic studies of complex wing structures.     

含芳纶织物增强内衬复合材料气囊的静态变形过程实验研究与数值模拟

为了研究含织物增强内衬复合材料气囊的静态变形过程,针对该气囊的材料特性设计了静态实验平台,采用向囊内充入高压气体的方式对气囊膨胀变形过程进行实验研究,并使用LS-DYNA有限元分析软件对气囊膨胀过程进行建模,然后对整个实验过程进行数值模拟。根据实验结果分析了该气囊充气膨胀变形情况及变形规律,获得了气囊膨胀高度、囊内容积和压力随时间的变化情况,实验数据和数值模拟结果基本一致。     

短切纤维及预应力对玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能的影响

通过静态拉伸试验研究不同体积掺量的短切碳纤维、钢纤维、耐碱玻璃纤维及预应力对5层玄武岩织物增强水泥基复合材料(BTRC)拉伸性能的影响。试验结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维可以提高基体和BTRC的开裂强度,且开裂强度随着碳纤维掺量的增加而增加;预应力使基体产生预压力,明显提高其开裂强度。短切纤维及预应力都显著提高BTRC的峰值荷载和韧性,但峰值应变基本不变;峰值荷载和韧性随着钢纤维掺量的增加而增加,体积分数为1.5vol%掺量时达到最大值;随着碳纤维掺量增加,峰值荷载和韧性先增加后减小,体积分数为1.0vol%掺量时最大。施加预应力且掺入短切碳纤维或钢纤维时,短切纤维增强的基体可以更好地承受张拉力释放后纤维束径向变形引起的环向应力,进一步提高了织物与基体界面的挤压作用力及摩擦力,从而增强效果最明显,峰值荷载分别增加50.4%和58.9%,韧性分别增加84.7%和79.5%。BTRC材料掺入短切玻璃纤维、钢纤维及施加预应力均可以增加其受力后的裂缝条数,减小裂缝间距和裂缝宽度。     

Interlaminar shear stresses in laminated composite plates under thermal and mechanical loading

The combined effects of thermal and mechanical loadings on the distribution of interlaminar shear stresses in composite laminated thin and moderately thick composite plates are investigated numerically using the commercially available software package MSC NASTRAN/PATRAN. The validity of the present finite element analysis is demonstrated by comparing the interlaminar shear stresses evaluated using the experimental measurement. Various parametric studies are also performed to investigate the effect of stacking sequences, length to thickness ratio, and boundary conditions on the interlaminar shear stresses with identical mechanical and thermal loadings. It is observed that the effect of thermal environment on the interlaminar shear stresses in carbon-epoxy fiber-reinforced composite laminated plates are much higher in asymmetric cross-ply laminate and anti-symmetric laminate compared to symmetric cross-ply laminate and unidirectional laminate under identical loadings and boundary conditions.