弹性阻尼金属螺旋丝网夹芯结构连接工艺及力学特性

针对弹性阻尼螺旋金属丝网夹芯结构界面连接性能不明确的问题,分别采用真空钎焊和胶结两种典型连接工艺,进行了面内压缩和拉伸剪切力学性能试验,结合SEM和EDS等材料微观表征方法,展开夹芯结构界面结合的物理机制和力学特性的研究.研究结果表明:钎焊连接界面相对胶结更均匀连续,钎料中Ni、Si元素与芯材、面板中的Fe、Cr元素扩...     

面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性影响分析

面芯脱粘是复合材料夹芯结构常见的损伤形式。本工作综合考虑面芯界面损伤演化、分层屈曲以及分层扩展的耦合作用,建立了深水静压载荷下复合材料夹芯圆柱壳极限承载能力预报方法。基于非线性极限载荷计算方法,通过预制初始缺陷,开展了含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性分析,揭示了典型面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳失效模式及极限承载的影响机理,得到不同面芯脱粘形式、脱粘尺寸、脱粘位置的影响规律。研究发现,随贯穿面芯脱粘长度增加,结构失效模式发生整体屈曲→混合屈曲→局部屈曲演化;外蒙皮/芯层面芯脱粘对含环向贯穿面芯脱粘复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高,内蒙皮/芯层界面脱粘对含纵向贯穿面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高;对于多个局部圆形面芯脱粘,沿纵向分布越集中、沿环向分布越离散,结构极限承载损失率越高。研究成果对面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳的优化设计与可靠性评估具有很好的指导意义。     

复合芯材夹芯结构成型工艺研究

为了改善复合材料夹芯结构中芯材与面板界面结合强度,研制了一种新型夹芯结构,即复合材料柱/泡沫塑料复合芯材夹芯结构.该结构中用过渡层取代胶结层,使芯材和面板为一体,芯材由泡沫塑料和柱结构组成,其中柱结构是与面板同材质的纤维增强复合材料.通过该夹芯结构的芯材结构设计、加工工具的设计、加工工艺设计,使增强材料在法向上植入芯材中,并与上下面板的增强材料连通.由于在同一个工艺过程中固化成型,构成一个整体,没有界面,从根本上改善了面板与芯材之间粘接性能薄弱问题.试验结果表明,该结构具有较高的抗层间剪切、抗平压、抗剥离及抗疲劳性能.     

夹芯复合材料阻尼性能的研究进展

随着航空航天轻质高速化和精密仪器设备自动化的发展,振动问题日益凸显。夹芯复合材料比强度高、比模量大、减振性能优良,兼具结构和功能一体化的特性,成为航空航天领域研究的热点。从复合材料基体、增强体、界面3个方面阐述了复合材料的减振机理,介绍了目前研究热门的夹芯结构以及芯材、面板、结合界面及其相互作用对阻尼性能的影响规律,概述了夹芯复合材料阻尼改性的研究现状,最后对夹芯复合材料阻尼的研究方向进行了展望。     

夹芯结构的设计及制备现状

由于夹芯结构具有比强度高、比模量大等众多优点,目前被广泛应用在航空航天等领域.从面板、芯子和面芯界面加强技术等三个方面对夹芯结构的设计和制备现状进行了介绍.重点对蜂窝夹芯结构、泡沫夹芯结构、点阵夹芯结构、格栅夹芯结构和整体夹芯结构等的设计和制备工艺以及为了提高面芯界面结合强度而不断被提出的包括Z-Pin,Stitch和Embedding等在内的面芯界面增强工艺进行了较为系统的介绍.     

夹芯复合材料阻尼性能的研究进展

随着航空航天轻质高速化和精密仪器设备自动化的发展,振动问题日益凸显.夹芯复合材料比强度高、比模量大、减振性能优良,兼具结构和功能一体化的特性,成为航空航天领域研究的热点.从复合材料基体、增强体、界面3个方面阐述了复合材料的减振机理,介绍了目前研究热门的夹芯结构以及芯材、面板、结合界面及其相互作用对阻尼性能的影响规律,概述了夹芯复合材料阻尼改性的研究现状,最后对夹芯复合材料阻尼的研究方向进行了展望.     

芳纶纤维增韧碳纤维增强环氧树脂复合材料-铝蜂窝夹芯结构界面性能和增韧机制

研究了低密度芳纶短纤维(AF)对碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)-铝蜂窝夹芯结构的界面增韧效果和增韧机制.制备了复合材料夹芯梁,将6 mm长度的AF制成絮状纤维薄层用于夹芯梁界面层的增韧,并采用非对称双悬臂梁实验对增韧和未增韧夹芯梁进行了界面断裂韧性的测量.相比于未增韧夹芯梁试件,增韧试件的平均临界能量释放率提...     

高空低温环境对无人机复合材料及夹芯结构性能的影响

针对高空长航时无人机UAV面临的-82℃低温环境,开展低温温度对T700/LT-03A复合材料及夹芯结构的性能影响研究。研究结果表明,低温下复合材料及夹芯结构强度均随温度降低而升高,T700/LT-03A复合材料-82℃时的拉伸强度为2 500 MPa、层间剪切强度为115 MPa、冲击损伤强度CAI保持在150 MPa。其原因是低温下碳纤维的横向收缩比树脂基体小,界面摩擦力得到增强,从而获得高的界面粘接强度。-70℃低温循环后泡沫和蜂窝夹芯结构强度剪切数据分别为2.6 MPa、2.2MPa。低温试验结果表明T700/LT-03A复合材料及夹芯结构在低温下保持了较好的整体承载能力。     

复合材料夹芯梁屈曲破坏模式及极限承载

为研究复合材料夹芯梁在轴压作用下的屈曲、后屈曲特性及承载能力,进行了试验研究与有限元仿真。首先,开展了系列复合材料夹芯梁屈曲特性试验,研究了铺层比例、梁长度、表层厚度及芯层厚度等因素对其屈曲、后屈曲破坏模式及极限承载的影响;然后,基于非线性屈曲理论,采用三维内聚力界面单元模拟面芯脱粘,并引入初始预变形及材料损伤准则对复合材料夹芯梁在轴压下的屈曲特性及极限承载进行仿真研究。结果显示:界面脱粘是屈曲破坏的重要模式;仿真计算的极限承载与试验结果相比,误差控制在10%以内。所得结论表明该方法可有效预报复合材料夹芯梁的后屈曲路径、破坏模式及极限承载。      

纤维缝合结构对夹芯结构复合材料力学性能的影响

通过RTM工艺成型了点阵增强夹芯结构复合材料,研究了纤维缝合结构对复合材料平压及侧压力学性能的影响,并探索了侧向压缩载荷下夹芯结构复合材料的破坏模式。结果表明,采用纤维缝合的方式可显著提高夹芯结构复合材料的力学性能。双向增强夹芯复合材料在长度和厚度方向上的侧压强度和模量相同,单向增强的侧压强度和模量表现出方向性,且长度方向上的模量明显高于宽度方向的。     

碳纤维增强金字塔点阵夹芯结构的抗压缩性能

提出了一种碳纤维增强复合材料点阵夹芯结构的一体化成型工艺方法。该方法克服了传统夹芯结构面板与芯子之间因需要二次粘接或焊接的方法所带来弱界面的缺点。将纤维杆两端埋入面板内,使面板与芯子成为一体而不存在明显的界面。对用该方法制备的碳纤维增强金字塔点阵夹芯板进行平压试验,研究发现随着载荷的增加,纤维杆发生弹性屈曲并在中间部位出现断裂。理论分析了点阵夹芯结构平压载荷下的弹性模量和纤维杆极限屈曲载荷。通过与传统夹芯材料相比较发现,这种新型复合材料点阵夹芯结构具有密度低、比强度和比刚度高等优点。      

芳纶纤维增韧碳纤维泡沫金属夹芯梁压缩性能及界面性能

为研究芳纶短纤维对复合材料夹芯材料/结构的界面及性能的影响,对具有芳纶短纤维增韧界面的碳纤维-泡沫铝夹芯梁进行了试验和细观增韧机制研究.在夹芯梁制备过程中,在碳纤维-泡沫铝界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过短纤维的桥联作用,提高夹芯梁的界面黏接性能.研究了芳纶纤维增韧对夹芯梁面内压缩性能和破坏模态的影响,采用非对称双悬臂梁(ADCB)试验测量了不同增韧参数条件下,碳纤维表板与泡沫铝芯体之间的临界能量释放率.试验结果显示:在相同增韧参数条件下,Kevlar纤维增韧夹芯梁的面内压缩性能和界面临界能量释放率均较好,而混杂长度Kevlar纤维的界面增韧效果最优.通过对试件断面的SEM观测,分析了芳纶纤维增韧的细观增韧机制.     

夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法。分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。     

基于分层理论的螺栓连接夹芯复合材料加筋结构振动特性

针对采用螺栓连接方式固定的夹芯复合材料加筋结构,表层采用分层理论单元、芯层采用体单元,结合有限元方法计算固有频率和振型。通过试验验证,有限元计算结果与试验结果吻合,并得到了在有限元分析中模拟实际结构边界条件的处理方法。试验结果对比表明,与钢制结构相比,夹芯复合材料加筋结构前三阶固有频率提高2倍以上,夹芯复合材料加筋结构能大幅提高整体结构刚度,改善结构的振动特性。      

具有短纤维增韧界面的复合材料夹芯梁断裂机制的实验和数值研究

对界面含短纤维的复合材料夹芯梁增韧特性进行了实验和数值研究。采用真空辅助树脂注射工艺制成复合材料夹芯梁, 并测定了含增强与未增强复合材料夹芯梁的界面断裂韧性。基于单根短纤维在界面裂纹扩展时其剥离和拔出过程产生的能量耗散, 建立了相应的细观模型。然后, 假设短纤维在界面内随机均匀分布, 得到在单位面积下短纤维能量耗散的宏观表达式。在宏观尺度上, 建立了用于界面裂纹扩展分析的双悬臂梁有限元模型, 通过引入非线性弹簧单元, 以反映界面短纤维所产生的桥联特征, 并采用虚裂纹闭合技术计算了裂纹尖端的能量释放率。通过典型复合材料夹芯梁断裂分析和参数讨论, 证实了本文中提出的随机分布细观模型预测短纤维耗散能量的有效性。实验及数值结果表明, 在复合材料夹芯结构界面中引入短纤维将是一种提高其界面断裂韧性的有效措施。      

夹芯复合材料结构阻尼特性研究

从粘弹性材料的本构关系出发,应用复特征值理论推导了夹芯复合材料结构阻尼的计算方法;同时基于能量损耗原理和阻尼的产生机理,研究了夹芯复合材料结构阻尼计算的模态应变能方法;提出了两种承载/减振夹芯复合材料结构模型,应用动态力学热分析方法测量了芯材的阻尼参数;应用两种阻尼计算理论和有限元数值分析相结合的方法研究了两种夹芯结构模型的损耗因子,并与试验结果进行了比较;分析了夹芯厚度对结构损耗因子的影响.     

VARI成型泡沫夹芯壁板结构界面性能

针对真空辅助成型工艺(VARI)制备的泡沫夹芯壁板面-芯界面粘接强度较低的问题, 提出铺放本体树脂胶膜和对芯材进行打孔两种解决方案。通过无损检测、三点弯曲力学性能测试、计算机模拟树脂充模流动以及微观界面结构观察, 探究两种方案的可行性及改善效果, 分析了胶膜的有无和厚度、打孔工艺参数对界面性能的影响。结果表明, 在不加入胶膜时界面强度最高, 胶膜厚度在0.5 mm时, 无损检测显示的界面缺陷最少, 胶膜厚度达到2 mm后界面质量下降; 合理设计芯材的打孔行、间距可以促进树脂充模流动, 形成质量好的连续界面, 同时还能提高结构刚度。     

缝纫泡沫夹芯复合材料的刚度预测与试验验证

基于材料细观结构,建立了缝纫泡沫夹芯复合材料的刚度预测模型,并进行了刚度性能的相关试验验证。其中,对缝纫复合材料层合面板部分,考虑了缝纫角对单胞尺寸和富脂区大小的影响,以及缝纫前后层合面板厚度的变化对复合材料面板纤维体积含量的影响,采用改进的纤维弯曲模型计算了缝纫复合材料层合面板的刚度;对缝纫增强的泡沫夹芯部分,把缝线树脂柱看作是泡沫基体中的增强相,将其简化为特殊的单向增强复合材料,提出了用串并联组合模型来预测其刚度。试验测试了缝纫泡沫夹芯复合材料板试件的刚度。应用本文模型对缝纫层合面板和缝纫泡沫夹芯复合材料板的刚度进行预测,结果均与试验结果吻合较好。采用理论模型系统研究了缝纫参数和结构参数对缝纫泡沫夹芯复合材料刚度的影响。     

短切纤维增韧泡沫夹芯复合材料梁界面断裂过程的物质点方法模拟

对短切纤维增韧泡沫夹芯复合材料梁界面韧性试验结果进行了分析讨论并基于物质点方法(material pointmethod, MPM)对试验过程进行了数值模拟。在MPM方法中,通过可视准则引入不连续性来处理裂纹问题,发展了包含裂纹的MPM 算法,模拟了泡沫夹芯复合材料梁界面断裂试验过程,数值分析结果和试验数据取得了良好的一致性。研究结果表明短切纤维增韧工艺能够显著提高泡沫夹芯复合材料结构的界面韧性和承载能力,同时表明该文推导的包含裂纹的MPM方法处理断裂问题的精确性和有效性。     

夹芯复合材料A级防火结构设计和优化

利用防火材料完成夹芯复合材料的防火结构设计,并采用耐火性试验完成夹芯复合材料防火结构的优化和验证,结果表明:优化后的夹芯复合材料防火结构等效达到A-60级防火标准。