复合材料机身加筋壁板选型研究

针对复合材料机身加筋壁板构型选择问题,通过初步选型、优化分析以及试验验证3种形式的结合研究,对复合材料机身加筋壁板提出了两点设计建议:(1)相同质量下,帽型长桁壁板的承载能力大于T型长桁的承载能力;(2)相同质量下,相同的帽型长桁加筋板,长桁间距200 mm的壁板承载能力大于长桁间距250 mm的壁板。     

复合材料帽型长桁末端结构研究

本文首先利用Abaqus分析了压缩载荷作用下常用复合材料帽型长桁壁板结构的破坏模式,然后通过试验分别研究了不同的长桁末端与加厚蒙皮的位置关系以及不同长桁末端斜削形式对复合材料帽型长桁端头压缩性能的影响。     

飞机中央翼上壁板斜切单接头复合材料长桁端头压缩性能研究

为研究飞机中央翼上壁板斜切单接头复合材料长桁端头的压缩性能,制作了中央翼斜切单接头长桁端头试验件,通过对试验件进行轴向压缩测试,建立了中央翼上壁板斜切单接头复合材料长桁端头区域的有限元模型,进行了试验前有限元分析计算,通过试验测得了整个试验件的载荷-应变曲线。试验结果表明,试验件发生非线性变形,然后随着载荷的增加,连接肋缘条、蒙皮、长桁的螺栓被剪断,紧固件连接失效,试验件被破坏。长桁蒙皮区域最大的应变出现在肋缘条和蒙皮连接的第一排钉附近,同时试验测得破坏载荷与有限元计算的结果总体一致,证明了有限元模型的合理性。     

机翼上壁板半圆切单接头长桁端头压缩性能研究

通过对机翼上壁板半圆切单接头长桁端头试验件进行轴向压缩测试,测得了整个试验件的载荷-应变曲线。试验结果表明,破坏主要集中在接头与长桁缘条连接区域第一排螺钉所对应的复合材料结构压溃断裂,与接头相连的长桁缘条发生长纤维断裂。建立了相应的有限元模型,因为有限元计算中未考虑损伤及刚度衰减,导致有限元分析结果比实际的试验结果略高。     

CFRP层合板冲击后压缩失效分析数值模拟

复合材料层合板的损伤容限是复合材料结构设计的关键因素。针对碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板低速冲击损伤和压缩破坏问题,本文基于连续损伤力学和粘结单元模型,在ABAQUS中对两种不同冲击能量下的层合板进行了低速冲击和冲击后压缩仿真分析,并对层内和层间损伤进行了研究,分析了层合板的冲击损伤与压缩失效行为,通过与试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。研究结果表明:冲击损伤对层合板的剩余压缩强度有着重要影响,试件的破坏开始于冲击损伤区域,并逐渐扩展到层合板的边缘,压缩力快速下降,层合板最终失效。     

玻璃纤维复合材料层合板冲击后的压缩强度

对不同厚度的二维编织环氧玻璃纤维层合板进行落锤冲击试验及冲击后压缩破坏试验,以研究低速冲击对复合材料层合板剩余压缩强度(CAI)的影响。用透光描影及热揭层方法对冲击损伤形式进行描述。讨论了损伤宽度、损伤面积与冲击能量及剩余压缩强度、模量间的关系,并建立有限元模型,采用开口等效及软化夹杂等分析方法对材料的冲击后压缩强度值进行估算。     

复合材料机身壁板帽型长桁结构效率研究

机身壁板重量约占机身结构重量的35%,复合材料机身壁板典型结构是采用帽型长桁的加筋板形式,在壁板受压缩载荷时主要由帽型长桁承受,因此帽型长桁承载结构效率决定了机身壁板结构效率,对飞机机身结构重量有较大影响。本文主要针对帽型长桁的截面高度和帽顶宽度参数变化对长桁压损和局部屈曲的结构效率影响进行了分析研究,以便在工程设计中合理确定相应参数,达到机身壁板结构较优的目的。     

三维四步法纱线不同运动式样编织复合材料力学性能分析

通过对三维四步法1×3式样、1×5式样编织复合材料几何细观结构的研究,采用六边形纤维束截面假设,建立了一种三维四步法1×3式样、1×5式样编织复合材料有限元3D模型,对其拉伸、压缩和剪切力学性能进行了理论分析,并与试验结果进行了对比,验证了有限元3D模型的准确性。     

基于FBG传感技术的复合材料T型加筋板低速冲击在线监测研究

将布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称"FBG")埋植在复合材料加筋板结构三角填充区,在线监测复合材料加筋板冲击过程及压缩过程的应变信号。研究了冲击点位置、冲击能量对FBG传感器应变监测性能的影响,分析了FBG传感器对复合材料T型加筋板冲击及压缩过程监测的精确性。结果表明:在相同冲击能量条件下,随着冲击点位置与FBG传感器距离的增加,FBG传感器测得的复合材料T型加筋板应变值呈下降趋势;当复合材料T型加筋板出现较为明显的损伤时,FBG传感器未发生断裂失效。将FBG传感器埋植于加筋板的三角填充区内,在压缩过程中,FBG传感器反射波谱保持单个波峰且形状未发生变化,初步实现了对复合材料T型加筋板冲击及冲击后压缩过程应变信号的在线监测。     

非对称夹芯结构低速冲击响应

为研究非对称夹芯结构的低速冲击响应，以环氧树脂/碳纤维复合材料层合板为面板，以Nomex蜂窝为芯材制备蜂窝夹芯板，通过落锤冲击试验研究了不同上下面板厚度比对夹芯结构抗低速冲击性能的影响。同时，基于Hashin失效准则、渐进损伤模型、内聚力模型、理想弹塑性模型，在有限元仿真软件ABAQUS中建立了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)面板/Nomex蜂窝夹芯板精细化低速冲击仿真模型，仿真结果与试验结果吻合较好。结果表明，当上下面板总厚度不变时，增大上下面板的厚度比，有助于提高夹芯结构的抗低速冲击性能，且建立的有限元模型可以有效地预测蜂窝夹芯板的低速冲击响应和冲击损伤。通过提出的仿真模型，观察并讨论了低速冲击响应下的结构内部损伤及演化过程。     

基于非线性Lamb波混频模式的复合材料低速冲击损伤研究

针对复合材料中由于低速冲击产生的不可见损伤,建立了混频检测有限元模型,以预测不同冲击能量下复合材料的超声非线性混频响应。采用落锤冲击实验和RAM-5000 SNAP非线性超声检测实验系统研究非线性混频Lamb波与不同冲击能量冲击损伤的复合材料的相互作用关系,并对有限元模型进行对比验证。探讨了混频Lamb波检测冲击损伤的可行性,以及不同冲击能量对混频Lamb波和频非线性系数的影响。研究结果表明:混频Lamb波可用于检测冲击损伤,其和频幅值及和频非线性系数随着冲击能量的增大而增大,和频非线性系数可以有效评估复合材料板受到的冲击损伤情况。     

基于Puck准则的复合材料层压板低速冲击数值分析与试验验证

本文发展了一种复合材料层压板冲击损伤数值模拟分析方法,建立了低速冲击问题的分析模型,该模型考虑了纤维损伤、基体损伤以及层间损伤等失效模式,采用基于物理失效模式的Puck失效准则预测损伤起始以及基于断裂应变能的刚度退化方式预测损伤演化过程。开展了T300、T700以及T800等多种纤维和树脂匹配层压板的抗冲击性能试验研究,获得了纤维和树脂性能对层压板抗冲击性能的影响规律。通过仿真结果与试验结果对比,表明所发展的复合材料层压板低速冲击损伤数值分析方法具有较高精度。     

冲击位置对挖补修理层合板冲击后压缩性能的影响

使用过程中的低速冲击损伤对修理后的复合材料结构同样会造成威胁.设计并进行了复合材料挖补修理结构的低速冲击及冲击后压缩试验,测量了试验件的损伤投影面积和剩余压缩强度,分析了不同冲击位置的影响.结果表明,挖补修理层合板冲击后压缩强度比未修补板的低,挖补层合板对低速冲击位置较为敏感.冲击点离开挖补区一定距离后,挖补对层合板的低速冲击及其继后压缩性能的影响消失.     

5428/T700体系成型“T”型长桁工艺研究

针对飞行器复合材料常用蒙皮和长桁结构,利用5428/T700体系采用胶接共固化工艺整体成型了"T"型长桁。通过长桁外形、厚度及内部质量的检测,分析了工艺过程中模具选型、预吸胶工艺、结构预成型和固化组装对零件质量的影响。结果表明,模具组合方案、单向材料填充量通过与长桁结构中R角的关联影响热压罐压力传递,升温至130℃和加压0.3MPa作为5428/T700预吸胶参数能保证预浸料排胶,采用中温固化硅橡胶作为边缘封挡材料能够减少分层缺陷,5428/T700体系可用于复杂复合材料结构成型。     

基于Aerobook的复合材料机身壁板优化和校核

大型复合材料飞机机体结构强度优化设计自由度大,强度设计要求高;基于Aerobook软件平台,对复合材料机身壁板进行了优化和校核,针对长桁截面尺寸相对于设计目标敏感度低的问题,对帽型长桁截面尺寸优化进行了研究分析并给出了截面尺寸优化解决方案,为复合材料结构的优化设计和快速迭代提供了可行的解决方案。     

CFRP汽车储气罐低速冲击损伤特性分析

将CFRP汽车储气罐的低速冲击过程作为研究对象,建立了CFRP汽车储气罐冲击损伤多尺度分析有限元模型。在宏观层面分析了储气罐工况、冲头质量、冲击速度及碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的缠绕角度等因素,对储气罐冲击损伤特性的影响。在微观层面,研究了纤维增强相、树脂基体相及界面相等细观组分材料,对复合材料RVE模型的影响。结果表明,背离冲击一侧的复合材料损伤面积大于受冲击侧,损伤的形貌呈不规则分布。复合材料拉伸损伤起始单元的数量约为压缩损伤起始单元数的1/5。复合材料中,当碳纤维[90/90/90/90/90]环向缠绕时,储气罐抗冲击性能较好。复合材料中碳纤维含量约为55%时,CFRP汽车储气罐抗冲击性较优。界面厚度的增加,提高了复合材料的承载能力。     

一种复合材料长桁的吊装及定位工具的研制

在复合材料大尺寸壁板的制造过程中，无论是工型长桁还是T型长桁都涉及长桁转运和定位问题。特别是共固化工艺，连同钢材质工装一同转运往往重量达到1 t左右，单纯靠手工操作十分不便，为此本文提出一种新型铝合金材质的长桁吊装及定位工具配合吊车进行长桁转运及定位工作。该研究内容可为复合材料壁板的精细化、简单化制造工作提供有效的生产工具，无论是生产效率还是制造精度上都有很大提升。     

T型复合材料长桁承载能力设计研究

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对复合材料T型长桁的缘条／蒙皮界面失效进行了分析,计算结果与试验数据吻合良好。基于有限元结果,提取了缘条／蒙皮界面内力,研究结构的失效机理。以缘条和蒙皮厚度为参数进行参数化建模,研究缘条／蒙皮刚度比对界面失效乃至承载能力的影响。最后对缘条／蒙皮刚度比提出了设计建议。     

抛弃式复合材料浮标设计及入水冲击模拟

为改进钢制海洋浮标不耐腐蚀、投放不方便、成本高的缺陷,提出了方便人工布放的抛弃式复合材料浮标设计,详细介绍了复合材料浮标壳体的材料选型,对所选材料在不同地区进行自然老化试验,通过拉伸性能、剪切强度和压缩强度等性能的测试考察了材料的环境适应性。通过重叠网格和冲击动力学技术模拟了浮标入水冲击问题,同时结合相应试验数据,研究了复合材料浮标的结构强度以及入水姿态变化规律,验证了复合材料建造抛弃式浮标的可靠性和可行性。     

复合材料层合板冲击损伤剩余强度分析

民用飞机复合材料结构设计时必须考虑复合材料层合板的冲击损伤.通过试验测量和数值模拟两种方法分析碳纤维增强复合材料层合板低速冲击损伤后的剩余压缩强度,试验采用标准试验规范进行测量,数值模拟分析采用层内渐进损伤模型和层间Cohesive模型模拟分析层合板冲击损伤以及剩余压缩强度.数值模拟与试验结果对比表明,该数值模拟分析方...