纤维缠绕复合材料气瓶的发展过程及其损伤检测方法

本文重点介绍纤维缠绕复合材料气瓶的发展过程,并在此基础上简单介绍声发射用于其损伤检验的先进性。     

卫星推进系统复合材料高压气瓶爆破失效分析

介绍一种卫星推进系统复合材料气瓶的2种功能失效模式:爆破失效和疲劳失效.重点分析引起爆破失效的主要因素,通过ANSYS采用薄壁壳单元SHELL 91模拟碳纤维螺旋缠绕层和环向缠绕层组合缠绕的多层结构模型,并提出一种爆破失效验证方法.研究结果表明,应力断裂、复合层受损和树脂开裂等是引起复合层破裂的主要因素.复合材料气瓶测试结果表明:采用SHELL 91模拟复合多层结构的分析方法是一种有效、实用的方法;基于复合层单层结构判定理论的爆破失效验证方法是合理、可行的,并可以为降低其失效概率提供数据依据.     

用于弯管的计算机辅助纤维缠绕

纤维缠绕模式在计算机辅助纤维缠绕中起着关键的作用,然而对于非轴对称纤维缠绕设计,目前还没有稳定、可靠的模式设计方法.另外,如何有效地处理纤维路径设计中产生的大量数据也是非轴对称纤维缠绕的一大难题.给出了用于弯管的纤维缠绕模式和一种被称为节点存储法的新的数据处理方法.     

纤维缠绕弯管的线型设计与仿真

提出了一种弯管缠绕线型的设计方法.首先,建立了弯管的纤维缠绕数学模型,在对缠绕线型规律进行分析的基础上,再采用测地线辅助以定位销的纤维缠绕设计方法进行纤维缠绕,实现了弯管纤维缠绕的系统仿真,这种方法克服了传统纤维缠绕模式在缠绕弯管端部时要采用非测地线线型,而只采用测地线再辅助以定位销即可实现弯管的纤维缠绕.仿真结果表明,该纤维缠绕线型设计方案精确可靠,满足纤维缠绕的基本要求,对实际生产有很重要的作用,并为弯管纤维缠绕的应用奠定了理论基础.     

基于PID纤维缠绕张力系统的控制

在纤维缠绕过程中,张力是一个极为重要的控制参数,直接决定着制品的质量.如何更好的对张力系统进行控制对纤维缠绕工艺有着重大意义,而目前的纤维缠绕张力控制有其不足之处,通过PID对张力系统控制具有提高制品质量的现实意义同时也具有一定理论意义.     

玻璃钢罐管道纤维缠绕自动控制系统的开发

纤维缠绕过程中纱片搭接和导丝头的返向处理是两个关键性问题，本文阐述了微机控制系统及采用位置跟踪和虚拟长度解决这两个问题的方法。在实际生产中使用表明该系统性能稳定可靠     

复合材料弯管纤维缠绕路径和机器路径的CAD

提出用于缠绕弯管的纤维路径和机器路径设计的数学原理和方法，并开发了一套设计和制造复合材料弯管的CAD系统．该系统的主要功能如下：(1)设计满足所有缠绕技术要求的稳定纤维路径；(2)生成用于有限元分析的层叠网格数据；(3)生成用于四轴缠绕机的控制数据；(4)纤维路径和机器路径的实时三维仿真．设计出的纤维路径不会产生打滑、架桥等现象，分布均匀．     

复合纤维缠绕模型的缺陷仿真设计

为解决复合纤维缠绕制品三维设计仿真、应力和变形分析问题,以复杂三维模型构造方法为研究对象,提出基于三维模型数据重构的程序驱动方法创建三维大型缠绕纤维模型.首先以网格化的数据结构作为三维模型中心线上控制点坐标信息的组织形式;然后以圆柱形螺旋方程为基础,结合几何图形变换的方法生成全部控制点坐标;再根据用户输入的缺陷参数,由缠绕于芯轴上的第1层纤维起逐层向外查找缺陷产生的位置并依次修正控制点的坐标参数,生成有缺陷的纤维缠绕模型.该方法将较为复杂的圆锥螺旋线缺陷计算问题转变为对三维圆柱螺旋线上点坐标计算和几何图形变换问题,简化了中心线上控制点的定位坐标计算和逻辑关系判定.实验结果表明,文中方法可以创建任意长度纤维缠绕时具有多个缠绕缺陷,且单层轴向累计误差小于等于1.5倍纤维直径的复合缠绕缺陷模型.     

机织复合材料内部损伤的图像检测方法研究

在机织复合材料结构预成型时织入光纤网络，并经ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｅｒｍｏｕｌｄｉｎｇ，树脂传递模塑）工艺成型。文中分别采用光纤网络损伤检测方法和图像增强反向照明方法，实时显示受冲击机织结构内部损伤产生和扩展的图像。实验证明了这两种方法结果的一致性。对比层合结构和机织结构冲击损伤扩展的反向照明图像，显示后者有更高的抗冲击能力。     

复合材料损伤探测的光电检测系统

提出并研究一种简易的适于飞行器使用的复合材料损伤探测的光电检测系统,该系统包括硬件及软件两部分。经实验测试表明,系统性能稳定且效果佳,为复合材料结构损伤探测提供了一种实时、有效、可靠的方法。     

基于内聚力模型的纤维复合材料细观损伤模拟

基于代表性体积单元和内聚力模型,使用内聚力单元和扩展有限元方法分别模拟界面损伤和基体损伤,通过ABAQUS二次开发建立了纤维增强复合材料细观力学模型。以受横向拉伸的碳纤维/树脂代表性体积单元为研究对象,分析对比了不同强度下仅考虑界面损伤时复合材料的力学特性和同时考虑界面、基体损伤时的力学特性。结果表明纤维对基体的增强效果随界面强度提高;扩展有限元方法能在不依赖网格数量的条件下准确描述基体中多条裂纹的萌生及扩展过程,并且捕捉到基体裂纹引起的界面损伤;仅考虑界面损伤时的代表性体积单元平均应力-位移曲线后期呈上升趋势,而同时考虑界面和基体损伤的平均应力-位移曲线后期呈下降趋势。     

基于声发射和神经网络的复合材料冲击定位

为了提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性,基于声发射和神经网络技术,提出了复合材料结构冲击定位两步法,以压电陶瓷（PZT）和自制信号采集系统替代商用声发射仪器,实现了一种能够高精度、实时、在线监测冲击的系统。用小波变换求出原点处冲击源传播到各传感器的波达时间差,用这组时间差修正其他位置上的冲击源到达各传感器的波达时间,利用修正后的波达时间,根据四点圆弧定位算法得到冲击源坐标,实现初步定位;将所求出的位置坐标作为神经网络的输入,训练之后的神经网络可以准确预测冲击位置,实现精确定位。在复合材料板上的试验表明：该方法能快速、准确地识别出冲击位置。     

一种基于近场动力学的纤维复合材料仿真加速方法研究

近场动力学是一种使用积分方程来描述材料受力情况的方法,在解决不连续问题上有很好的应用前景。在近场动力学仿真过程中,纤维复合材料的计算需要消耗大量的计算机资源。而庞大的计算量是计算效率低的一个重要影响因素,因此提出一种结合经典弹性力学解析法的加速方法,能有效提升计算效率。引入一种通过误差计算数值迭代收敛速度的评价方法,并完成了纤维复合材料仿真程序开发、迭代误差算法设计和可视化程序开发。经过验证,该程序能有效模拟单层纤维复合材料的位移情况,在迭代误差收敛达到1×10^-8mm时迭代收敛速度提升1倍。     

单向纤维增强复合材料的双尺度分析模型及其力学参数计算

针对单向纤维增强复合材料以及复合纤维束的结构特征,建立了其双尺度分析模型,并将之应用于单向纤维增强复合材料刚度参数和强度参数的预测,给出了基于高阶双尺度分析方法力学参数计算的算法流程及数值算例,验证了模型及算法的正确性和有效性,同时给出了纤维两种规则排列方式下其力学参数的演变规律．     

单向纤维复合材料的低频阻尼性能

为了进一步探索纤维增强复合材料的阻尼性能,本文通过拉挤工艺制作了聚乙烯基纤维增强复合材料和环氧基纤维增强复合材料,通过动态力学分析仪研究了纤维增强复合的频率和温度阻尼性能。结果表明:增强纤维的直径对阻尼性能很重要。2种纤维复合材料阻尼损耗因子随着温度的升高而下降(-20℃~60℃);随着频率的增加而增加(0.1 Hz~2 Hz)。碳纤维复合材料的阻尼性能优于玻璃纤维复合材料;聚乙烯基复合材料的阻尼性能优于环氧基复合材料的阻尼性能。     

含孔复合材料层合板累积损伤仿真分析

针对面内静拉伸纤维增强复合材料含中孔层合板,发展了一种参数化三维逐渐损伤模型,并结合有限元三维逐渐损伤分析技术即应力分析、失效判定准则及损伤过程中材料性能退化等,对含孔层合板损伤扩展进行了仿真分析.本模型可以模拟含中孔层合板损伤起始、发展及最终结构破坏整个过程,并能较好地预测含孔层合板的破坏模式和破坏强度.该文同时对含孔层合板的损伤基本机理、类型及其相互关联作用进行了分析探讨,该文计算结果与文献实验结果非常吻合.     

基于虚拟仪器实现结构声发射检测的研究

讨论了一种基于虚拟仪器的结构声发射检测系统的设计和实现。使用虚拟仪器开发平台LabVIEW和数据采集卡,利用Internet进行数据通讯,结合MATLAB强大的信号处理能力进行混合编程,对数据采用多种信号处理和分析方法,获取声发射信号在时频域的各种特性,并对损伤进行定位,建立了一个灵活可扩展的结构声发射分析定位系统。试验证明这种基于虚拟仪器的结构声发射检测系统使用方便快捷,信号分析丰富,定位更精确。     

压电纤维复合材料悬臂梁发电性能分析

研究了压电纤维复合材料悬臂梁俘能器的电学特性,使用有限元法分析了叉指型电极结构尺寸、压电纤维和基板材料厚度对输出电压的影响,并将同等尺寸的d33和d31模式压电纤维材料悬臂梁俘能器发电能力进行对比分析.结果表明:叉指电极结构尺寸对工作于d33模式的压电纤维材料悬臂梁俘能器输出电压影响较大.d33模式俘能器具有能产生高电压、低电流值的特点,当压电纤维和基板材料的最佳厚度比为0.75时,俘能器产生电荷量最大.而d31模式俘能器具有能产生低电压、高电流值的特点,当压电纤维和基板材料的最佳厚度比为0.6时,俘能器的输出电压最大.相对于d33模式压电纤维材料,工作于d31模式压电纤维材料更适合作为发电材料使用.     

纤维检测中交叉图像的分离方法

在商品质量检测中经常要对纤维及动物毛发等微细线状物进行检测，方法已由传统逐步向数字图像处理等转变，通过从数字图像提取特征来进行识别。在获取的图像中，有许多纤维图像是交叉的。为了更好地进行分析，本文就如何分离交叉在一起的纤维进行了分析，综合利用现有的图像处理技术，提出了解决这一问题的方法。