采用光纤传感器的专家系统实时监控复合材料固化成型过程的研究

研究了专家系统在线监鬼控复合材料固化成型过程,并将所研制的光纤传感器用于专家系统负责采集和传感固化体系内的参数变量的数据。实验证明这种光纤传感器用于智能监控系统是灵敏的,能够达到有效的调控操作过程的目的。     

典型双马来酰亚胺树脂固化动力学模型的研究

对由二苯甲烷双马来酰亚胺与二烯丙基双酚A体系制得的典型双马来酰亚胺树脂体系的固化动力学模型进行研究,目前国内绝大多数双马来酰亚胺树脂体系都是在此基础上改性得到的。并采用DSC方法研究典型双马来酰亚胺树脂的固化过程,用恒温和动态两种方法分析其固化反应。根据自催化与n级反应方程,采用least-squares方法和Kissinger方法进行数据处理,建立该树脂体系的固化动力学模型并确定其固化动力学参数,此模型与实验结果具有良好的吻合性。同时该模型揭示了典型双马来酰亚胺树脂体系的固化反应是按不同机理分段进行的,在反应过程中由自催化模型转变为n级反应模型。此模型为合理的研究双马来酰亚胺树脂体系的工艺参数,保证产品质量以及工艺优化提供了必要的前提条件。      

基于Lamb的金属薄板损伤主动监测技术研究

开发了一个主动嵌入式多激励健康监测系统,介绍了利用Lamb波进行损伤监测的原理和流程,测试了试验用铝板的群速度频散曲线。分别利用不同的压电陶瓷(PZT)片作为激励端和响应端,进行了不同传播路径的试验测试,对损伤前后的不同传播路径的测试波形进行分析处理和比较,找到了反映损伤前后波形变化的规律。利用散射波能量与基准能量的比值定义了损伤率的概念,以孔洞损伤为例计算了损伤对不同传播路径损伤率的数值影响,结果表明该特征值可用来实现对损伤位置的判断。     

模具对复合材料层合板固化成型影响的数值分析

针对复合材料层合结构与模具在固化工艺中的相互作用进行研究以提高制备精度。考虑摩擦力和粘结力在模具和制件接触界面间的共同作用,改进一种复合材料层合结构固化应变及应力情况的数值计算模型并与已有实验结果进行比较。引入弹簧单元建立固化工艺有限元模型,并对解析模型进行验证。最后通过解析模型对固化变形的影响因素进行探究。结果表明:所建立的解析预报模型具有较高的计算精度及一定的实用性;考虑模具作用的有限元模型可以更好地对层合板的变形趋势进行预报和分析。通过解析模型探究发现层合板长度、模具材料和表面情况均会对固化过程中的层间滑移产生影响,对工艺条件制定具有更好的指导意义。      

Three-dimensional finite element analysis of process-induced residual stress in resin transfer molding process

A three-dimensional finite element analysis of process-induced residual stress in resin transfer molding （RTM） process is presented. The finite element method （FEM） was employed to solve the coupled equations involved in the transient heat transfer and the cure kinetics of the resin, and the distributions of internal temperature and cure degree of the composite at any instant time were obtained. The self-consistent field micromechanics model was used to predict the cure-dependent mechanical properties of the composites. Thermal expansion and cure shrinkage were included in the analysis. The thermo-elastic mechanical governing equations were solved using the incremental stress-strain relationship based FEM and the residual stress development was predicted. The present results were validated by the comparisons with the pertinent literature. The numerical example of a half cylinder was presented. The results show that it is necessary to carry out the three-dimensional analysis due to the complex distributions of temperatures, cure degrees and process-induced stress for thick parts, which can be predicted at any point within composite structures in the present analysis.     

碳纤维单丝纵向压缩强度的实验研究

为更准确地测量碳纤维单丝的压缩强度,建立了碳纤维压缩强度的直接测量系统,对PAN基碳纤维进行了长度范围为20～150 μm压缩强度的测量.其结果表明:当碳纤维单丝试件的长度在20～90μm时,碳纤维的压缩强度近似为一常数;当试件长度为90～150μm时,试件发生了屈曲变形.分别对不同种类的高强度和高模量的碳纤维进行了压...     

非热压罐工艺模具对复合材料加筋壁板固化变形影响的有限元分析

通过真空袋成型工艺,利用CYCOM 5320-1材料体系制备了碳纤维/树脂基复合材料T型加筋壁板,并应用激光跟踪仪测量了其固化变形量。针对考虑模具影响和不考虑模具影响两种情况,利用有限元方法模拟了该加筋壁板固化过程。结果表明：数值模拟固化变形趋势和实验结果趋势相同,在宽度方向上吻合较好。考虑模具因素比未考虑模具因素的模拟结果更接近真实变形值,这是由于复合材料在达到树脂凝胶点之前,模具受热挤压模腔,导致构件产生永久性变形造成的。     

飞机典型薄壁复合材料夹层结构整体屈曲

为了研究飞机机身无筋无框复合材料典型薄壁夹层结构在型号上应用的可行性,本文采用解析方法、有限元方法和试验方法对蜂窝夹层复合材料结构的面内压缩和剪切整体屈曲开展系统研究。基于经典层合板理论和工程解析方法推导蜂窝夹层复合材料的压缩和剪切屈曲载荷随试验件尺寸的变化规律。依据某型飞机机身典型结构分别设计压缩和剪切试验件尺寸大小、边界条件和加载方式。利用有限元商用软件ABAQUS对试验设计建立虚拟试验分析,对比验证解析方法和有限元方法的一致性。最后通过真实试验方法确定解析方法和有限元方法的有效性,并验证典型薄壁夹层结构的承载能力和破坏模式。结果显示,压缩试验结果失效模式与理论预测一致,故3种方法得到的结构整体失稳载荷相近,验证了理论方法的有效性;剪切试验结果发生局部破坏,故试验结果偏低,但有限元方法与解析方法所得结果一致,解析方法相对保守。     

螺栓连接层合板结构失效模式多尺度数值分析

为充分发挥螺栓连接层合板结构的力学潜能,构建宏-细观多尺度数值方法,从细观组分材料性能出发准确地预测结构的失效载荷,模拟局部损伤的产生、扩展过程,指导结构设计。基于有限元软件ABAQUS提供的用户自定义子程序（ USDFLD）,引入改进的单胞模型（ GMC模型）,建立考虑细观组分材料损伤／失效的宏-细观多尺度数值分析模型,模拟预报螺栓连接层合板结构在双剪切载荷作用下的损伤模式及挤压强度,模型的预报结果与文献及实验结果吻合较好,充分证明模型的预报能力。利用该模型进一步分析试件的几何尺寸对结构损伤模式及挤压强度的影响。结果表明：结构宽度与孔径比尺寸的变化对结构的损伤模式及挤压强度均有影响,且对挤压强度的影响较大,在结构的设计过程中应给予充分的考虑。     

南堡3号构造中深层中低渗储层微观孔喉特征

岩心观察、薄片鉴定、全岩矿物等测试分析表明,南堡3号构造中深层中低渗储层岩石类型为长石砂岩和岩屑长石砂岩,在碎屑组分中长石含量较高,存在钾长石、斜长石、微斜长石等多种类型,进一步观察发现储层碎屑组分成分成熟度和结构成熟度偏低,为近物源快速堆积。利用铸体薄片及分析化验资料进一步分析了储层微观孔喉特征,结果表明：南堡3号构造中深层储层孔隙以次生孔隙为主,主要为粒间溶蚀孔隙、粒内溶蚀孔隙,喉道主要为片状或弯片状喉道,共发育6种孔喉结构,并以中孔细喉型和小孔细喉型为主,储层类型为中等-差储层,对该储层喉道加以改造,可有效改善储层物性。