考虑纤维缠绕形态的复合材料结构拉伸承载行为

纤维缠绕复合材料的纤维束具有交叉起伏形态特征,该形态对复合材料结构的力学行为有显著的影响。本文采用数值仿真和实验手段研究了纤维缠绕复合材料平板结构的拉伸力学行为。实验方面,开展纤维缠绕复合材料平板的准静态拉伸实验,通过数字图像相关技术(DIC)监测其表面应变场的演化过程,研究交叉起伏特征对载荷-位移曲线和应变分布特征的影响;数值分析方面,构建包含纤维缠绕形态的介观有限元模型,基于3D Hashin失效准则开展渐进损伤过程模拟,并引入了复合材料的剪切非线性行为。选取层合板结构为参照组,同时开展实验和数值分析。实验结果表明:对于层合结构,缠绕结构的整体刚度更低,失效位移更大,失效载荷基本相同,且缠绕结构菱形特征单元中部纤维交叉起伏区域存在明显的应变集中现象。所构建的有限元模型和实验结果吻合较好,呈现出纤维起伏区域的应变集中、失效起始和扩展行为。      

一种实时监测环氧树脂固化过程中化学收缩的方法

树脂固化过程中的化学收缩会使复合材料产生缺陷,而这些缺陷会极大降低复合材料的性能。本文在选用传统毛细管膨胀计的基础上通过添加一个对照瓶以及选用PE袋的做法,找到了一种快捷、高效、高精度、高适用性的化学收缩测试方法。通过建立化学收缩与固化度之间的联系,证实了化学收缩独立于温度和时间,仅与固化度呈现一种双线性关系。总体来看在固化度0.28(初步凝胶点)左右直线斜率发生变化,直线前半段斜率约为42.54,后半段斜率约为64.63,树脂完全固化时总的化学收缩率为7.55%。研究表明,上纬2511-1A/BS树脂体系凝胶后化学收缩率远大于凝胶前的化学收缩率。     

布拉格光栅对固化残余应力的监测

由于复合材料在固化过程中产生的残余应力会严重影响材料的使用,并且会带来安全隐患,因此固化残余应力一直都备受关注。首先在研究和测试布拉格光栅温度和应力灵敏度的基础上,将两根光栅分别以平行于碳纤维方向和垂直于碳纤维方向置入铺层的正中间,以此获得复合材料不同方向的残余应力变化情况。监测结果表明,平行方向的光栅在监测固化的过程中受到树脂和纤维的共同作用,且冷却后材料在平行方向显示的残余应力仅有-8.8MPa,而在垂直方向的光栅在监测过程中主要受到树脂的固化影响,收缩应变较大,且冷却后的光栅由于树脂固化不均匀,致使光栅信号分裂为3段。     

从立体构成的角度解析室内空间构成

从立体构成的角度,通过立体构成要素分析了室内空间构成的要素,从立体构成的形式法则解析了室内设计中的空间均衡问题、重点空间处理问题和空间过渡引导问题,从而得出处理空间构成问题的方法。     

外突褶皱及其打磨处理对层合板压缩失效行为影响

评估打磨处理对含外突褶皱结构承载能力的影响,是开展复合材料制造质量评定与制定装配策略的重要依据。本文采用实验与数值模拟相结合的方法研究了外突褶皱及打磨处理对层合板压缩失效行为的影响。实验方面,借助数字图像DIC技术监测加载过程表面应变分布,采用电子显微相机捕捉损伤过程,分析试样的压缩承载行为和破坏模式。数值模拟方面,采用Hashin失效准则与内聚力方法构建高保真度含褶皱层合板层内/层间失效分析有限元模型,探讨含外突褶皱及打磨褶皱层合板的应力分布特征及失效机制并分析褶皱高度对层合板压缩强度影响。结果表明：外突褶皱降低层合板压缩承载能力,而打磨处理会进一步降低层合板的承载能力与刚度。本文所建立的数值模型与实验结果吻合较好。对于外突褶皱层合板,层合板向褶皱凸起一侧屈曲,褶皱上方发生分层损伤并向端部扩展,纤维损伤从褶皱下侧铺层波谷处向其他层扩展;对于打磨褶皱层合板,主层板向褶皱凸起的相反方向屈曲,首先在打磨断层处发生面外拱起分层损伤,随后褶皱上方纤维层发生拱起断裂,纤维损伤向其他层扩展。随外突褶皱高度的增加,含褶皱层合板及打磨褶皱层合板的压缩失效载荷均显著降低。以上研究可为含外突褶皱复合材料结...     

基于视觉传达技术的激光遥感图像匹配研究

为提升匹配精度,减少消耗的时空资源,研究基于视觉传达技术的激光遥感图像匹配方法.采用优化的Otsu自适应阈值算法对去噪图像实施边缘检测,提取共有特征,消除图像灰度差异性.采用傅里叶域检测的匹配方法得出匹配结果.实验结果表明:与传统图像匹配方法相比,新方法特征点分布均匀密集,匹配正确率可达98％,可实现图像去噪与高精度边...     

电热元件-疏水涂层复合除冰系统的实验研究

针对当今风电叶片面临的电热除冰能耗巨大及疏水涂层除冰效果欠佳的问题,提出了一种结合电热元件除冰与疏水涂层除冰共同优势的复合除冰系统。借助涂层疏水性表征手段和冰层粘结强度测试实验,分析了疏水性对冰层剪切附着力的影响,最后通过特定环境下的除冰模拟实验对复合除冰系统的可行性与可靠性进行了评估。该除冰系统不但满足风电叶片的除冰要求,而且可降低除冰能耗,起到节能作用,可应用于降低冰脊对叶片造成的损害。     

内衬材料性能对碳纤维缠绕压力容器的轴向残余变形的影响

纤维缠绕压力容器加卸载后的残余变形趋势研究,对提高制品的尺寸稳定性及满足压力容器的合格性认证均有重要指导意义。分析了钛内衬材料性能参数对纤维缠绕压力容器轴向残余变形趋势的影响。针对等张力缠绕压力容器,采用变角度、变厚度的精细化建模方法,建立了碳纤维螺旋加环向缠绕压力容器的筒身和封头段模型。测试了钛内衬材料在不同屈服强度下的力学性能曲线,并利用有限元模型分析了不同材料性能参数所对应的压力容器加卸载后的轴向残余变形。结果表明,经过给定的加卸载过程后,纤维缠绕压力容器总体沿轴向缩短;并且,钛内衬材料屈服强度的改变对容器轴向残余变形量有着显著的影响。     

单螺栓修复对含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力的影响

开展了单钉修复对含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力影响的试验研究。测试了三种不同能量冲击后碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的压缩承载能力及失效模式,测定了单螺栓对碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力的修复效率,并借助数字图像相关技术(DIC)表征手段揭示了单螺栓修复对含冲击损伤结构失效行为的影响。结果表明:冲击后碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的压缩承载能力随着冲击能量的增加而降低,冲击损伤破坏了碳纤维/环氧树脂复合材料层合板结构的对称性,并导致结构在加载初期呈非对称的局部屈曲变形特征,局部屈曲诱发并加剧分层损伤扩展;单螺栓修复能有效恢复结构的整体对称性,在一定程度上抑制含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的局部屈曲,达到可观的修复效率。该研究为复合材料紧固件修理方案的制订及修理损伤容限的定义提供一定的指导意义。      

布拉格光栅监测不同厚度方向的固化残余应力

复合材料在固化过程中产生的残余应力会严重影响材料的使用和安全。首先在研究和测试了布拉格光栅温度和应力灵敏度的基础上,将3根光栅分别以平行于碳纤维的方向置入预浸料的上、中、下3个位置,以此获得复合材料不同厚度位置的残余应力变化情况。监测结果表明,上、下层光栅监测到的预浸料固化过程几乎完全一致,而在降温时下层的布拉格光栅残余应力则比上层的要大得多,中间层布拉格光栅在固化过程中测得的残余应力最小,但在降温过程中的热残余应力不易释放而导致最后的残余应力也较大。