缝合复合材料层板面内力学性能试验与分析

研究多种缝合方向、缝合密度对复合材料层板面内拉、压、剪等基本力学性能和典型失效模式的影响，并结合理论模型分析缝合参数影响层板力学性能的机理。结果表明，缝合对层板面内性能有一定影响，缝合密度的增加导致层板面内性能下降，缝合方向对层板性能影响较大；试件破坏位于缝合针孔处；缝合造成的纤维弯曲和纤维断裂引起了较强的应力集中，是缝合影响层板力学性能的主要因素。     

张力场对复合材料层板组合梁连接强度的影响

基于纯剪切方板后屈曲阶段边界受力分析,设计了考虑蒙皮支持刚度的复合材料"工"形层板组合梁试验件,采用对角拉伸加载方式,考察了腹板后屈曲张力场对层板组合梁连接强度的影响,并采用基于黏聚区模型的有限元方法对试验进行了仿真分析,研究了界面的失效过程与机理。研究表明:腹板后屈曲阶段形成的张力场在连接界面上产生附加的剥离载荷,使界面呈现Ⅰ/Ⅱ型复合受力状态,加速界面破坏;考虑蒙皮支持刚度的剪切试验在腹板发生失稳后使蒙皮产生法向变形,一定程度上减弱了界面剥离载荷的增加,梁结构的破坏载荷略有提高;试验的破坏模式表现为腹板的纤维压缩破坏和缘条-蒙皮界面的Ⅰ/Ⅱ型复合断裂;黏聚区模型能够很好地模拟复合材料界面的破坏,仿真与试验基本一致。     

稀疏孔阵层板冷却结构的主要参数影响数值研究

针对燃烧室火焰筒的气动热力条件,在给定的单位壁面面积冷却空气质量流量下,通过数值模拟较为系统地研究了稀疏孔阵层板结构主要参数对冷却性能的影响,冲击孔、扰流柱和气膜孔数之比为1∶10∶1。在本文研究的结构参数范围内,气膜孔和冲击孔直径对于层板的综合冷却效果和压降影响相对较大,增大气膜孔直径有利于改善综合冷却效果并降低冷却气流通过层板的压力损失,增大冲击孔直径虽降低了冷却气流压力损失但同时也导致综合冷却效果有一定的减弱;射流冲击间距和扰流柱直径的改变对压力损失影响甚微,扰流柱直径增加可以提升层板综合冷却效果,小射流冲击间距比的层板综合冷却效果略优。     

TC4板料电辅助加热数控渐进成形工艺分析及优化

采用有限元分析软件MSC.Marc对TC4板料的电辅助加热渐近成形进行了数值分析,研究了进给速度、层距和电流等因素对工具头受力、板料温度和应变的影响规律.通过成形实验对数值分析进行了验证,并提出了工艺优化方法.实验表明:电流是影响TC4板料成形性能和温度的最主要因素,最佳成形温度为500～600℃.加工后板料的强度极限降低约10%,硬度增高14%左右,为该技术的应用提供了工艺指导.     

航天产品冲击响应分析及损伤/失效评估方法研究综述

冲击环境是火箭、导弹等航天器在其全寿命周期经历的严酷的力学环境之一,其往往会导致航天器产品发生损伤/失效,甚至引发飞行事故,已成为制约航天器飞行可靠性提升的关键因素。本文分别从理论分析、经验外推以及数值仿真、试验研究等角度,系统总结了国内外在航天产品冲击响应分析与冲击损伤/失效两个方面的研究进展,并综述分析了国内外众多学者提出的各种冲击损伤/失效评估方法在航天产品上的适用性。在此基础上,结合我国航天工程实际,为今后的相关技术发展提出了建议。     

智能辊压成形装备（系统）及其应用案例分析

辊压成形是一种通过顺序排布的成形模具渐近横向弯曲金属带材和板材的塑性加工工艺。由于其低成本、高效率、柔性化的特点,已成为中国新能源、航空航天、轨道交通等多个领域实现轻量化、节能、减排和安全性提升的重要技术之一。但是,该工艺的工序复杂性和离散性、材料厚向性能的不均匀性、设备信息化和柔性化自动化的低水平等问题,导致了它类似于“黑匣子”,使得产品质量难以预测,调试生产高度依赖人工经验,可成形截面受限,成品率不稳定。为此,本文提出了一种数据驱动的智能辊压成形装备（系统）,并介绍了该装备（系统）的技术架构和特点。通过搭建基于人工智能的数据架构,该系统将传统辊压成形中的离散数据进行采集、筛选、集成、储存和分析。同时融合数字孪生、人工智能、轮廓检测技术和多智能体协同控制等来构建可以替代人工经验的自纠偏的生产模式。针对新能源汽车行业,本文给出了利用该系统解决的一个辊压成形的动力电池包结构件的回弹控制案例,并对该系统的发展给出了建议和展望。     

航空导管先进成形技术的研究进展

针对航空领域对轻量化高性能复杂导管先进制造的迫切要求,系统综述了航空导管精确弯曲成形技术以及多通类导管精确成形技术。航空导管的弯曲技术主要包括常规导管的数控绕弯成形技术、三维导管的自由弯曲成形技术以及超小弯曲半径导管的充液剪切成形技术;多通类导管先进成形技术主要包括液压胀形技术以及T-Drill成形技术。本文从工艺原理、技术优势、发展趋势等方面对航空导管技术进行了系统的阐述和介绍。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

热塑性成形过程微观组织模拟研究新进展

金属在热塑性成形过程中微观组织发生晶粒形核、长大、相变、再结晶等一系列的复杂变化,直接影响加工过程与产品的机械性能。本文对目前应用在热成形微观组织演变模拟方面的主要模拟技术作了比较全面的评述,对比了不同微观组织模拟方法,总结了利用各种模拟技术所取得的最新研究成果。     

基于PEP的起飞一发失效应急程序研究

对航迹计算研究中的常用方法进行了简要叙述,给出了民航飞机起飞一发失效时飞行航迹的组成,并建立了飞机一发失效时的运动受力模型。在净空条件差、地形复杂地区,提出基于PEP的起飞一发失效应急程序设计,并以华南某机场为例,进行了基于PEP的起飞一发失效应急程序设计,得出所设计的一发失效程序准确、可靠,对机场航行服务研究和航空公司性能人员具有一定的指导作用。     

复合材料层合板冲击及冲击后疲劳寿命预测方法(英文)

现有含冲击损伤复合材料层合板的寿命预测方法是建立在冲击后复合材料层合板的疲劳性能基础之上的,导致模型和方法不具有通用性。因此,针对含冲击损伤的复合材料层合板,基于逐渐累积损伤理论和无损单向板的疲劳特性,建立一种具有普遍适用性的三维逐渐累积损伤的疲劳寿命预测方法。该方法可对不同铺层参数、不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为了在缺少冲击试验时也能实现受到冲击载荷后层合板的疲劳寿命预测,对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析,将预测得到的冲击损伤状态用于分析冲击后的疲劳寿命。同时基于全程分析的方法,开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序。与试验对比,最大误差为7.78%。     

复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型

采用有限元方法发展了一个复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型,模型给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律,把层合板的失效过程模拟成单元刚度逐步退化、应力不断重新分布、单元损伤不断累积的动态过程。利用ANSYS软件进行了两个算例分析,分析预测结果与试验结果吻合较好。     

基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析

建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三雏渐进损伤分析模型.模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则.分析了含孔复合材料层合板压缩试件.计算强度与试验数据的吻合表明该模型可用于预测舍孔层合板的压缩强度,同时该模型可以预测层合板的失效模式以及损伤发生、扩展直至最终破坏的整个过程,并且该模型具有较好的计算收敛性.     

复合材料低速冲击损伤面积神经网络估算方法

损伤面积是复合材料层合板在受低速冲击后其损伤严重程度主要表征参数之一。本文基于3层拓扑结构的BP人工神经网络,以冲击能量和凹坑深度作为输入参数,建立了损伤面积的快速估算模型。利用试验样本数据对BP神经网络模型训练后,选取样本数据进行仿真验证。对比分析说明该损伤面积估算模型具有良好的试验数据内在联系发掘能力,估算准确性与效率较高。本文研究为复合材料层合板低速冲击损伤面积估算提供了一种新的有效方法。     

复合材料层合板低速冲击损伤的预测模型

在低速冲击载荷作用下,建立了一种适用于铺层总数较多的复合材料层合板的损伤预测模型。采用三维Puck失效准则预测层内纤维与基体的破坏,并获得基体失效时的断裂面角度。根据低速冲击下复合材料层合板的层间分层损伤机理,同时考虑面内横向正应力、厚度方向正应力、层间剪应力和相邻铺层的损伤状态等因素对界面分层的影响,发展了一种新的冲击分层失效准则。为快速有效地预测铺层总数较多的复合材料层合板的冲击损伤,通过对单元积分点处的应变进行线性插值,提出了在单个实体单元内预测多个铺层损伤的数值计算方法。模型成功预测了受冲击层合板具体的失效模式,预测的分层形状和尺寸与试验值吻合较好,并显著减少了有限元模型的规模,表明本文所发展的数值方法对预测复合材料层合板低速冲击损伤的有效性。     

复合材料疲劳性能的能量耗散试验研究

材料的损伤、屈服、断裂及破坏过程都是一个需要消耗能量的过程,材料的疲劳是.个耗散的过程.通过对T300/QY8911纤维增强复合材料层合板的疲劳试验,应用能量耗散方法对层合板的疲劳性能和损伤进行分析评估,并通过红外热像仪宏观监测试样表面平均温升的变化趋势.主要包括以下几个方面:1)分析铺层方式对能量耗散密度的影响以及能耗密度与材料疲劳性能和损伤的内在联系,发现能耗密度在初始循环阶段(约为循环寿命数的10%)随着循环数的增加上升较慢,在后一循环阶段出现急剧攀升趋势;2)通过监测试样表面甲均温升的变化趋势,发现试样表面温度的宏观变化趋势与能耗密度的变化趋势具有相似性.     

Damage Initiation and Propagation in Composites Subjected to Low-Velocity Impact:Experimental Results,3D Dynamic Damage Model,and FEM Simulations

A three-dimensional dynamic damage model that fits both small and large damage sizes is developed to predict impact damage initiation and propagation for each lamina of T300-carbon/epoxy laminations. First,13 specimens of the same lamination sequence are subjected to three different impact energies(10 J,15 J,and 20 J).After the impact,the laminates are inspected by the naked eye to observe the damage in the outer layers,and subsequently X-rayed to detect the inner damage. Next,the stress analysis of laminates subjected to impact loading is presented,based on the Hertz contact law and virtual displacement principle. Based on the analysis results,a threedimensional dynamic damage model is proposed,including the Hou failure criteria and Camanho stiffness degradation model,to predict the impact damage shape and area. The numerical predictions of the damage shape and area show a relatively reasonable agreement with the experiments. Finally,the impact damage initiation and propagation for each lamina are investigated using this damage model,and the results improve the understanding of the impact process.     

纤维断裂引起层合板多向刚度减缩的细观力学模型

研究了纤维断裂对连续纤维增强树脂基复合材料刚度的影响，建立了分析这种影响的细观力学模型，给出了描述纤维断裂引起的单向板四个弹性常数减缩的表达式。分析结果表明：在纤维断裂为主损伤控制模式阶段，单向板的四个弹性常数随着纤维断裂百分数增加而线性下降。     

Damage Detection and Material Property Reconstruction of Composite Laminates Using Laser Ultrasonic Technique

Laser ultrasonic technique has received increasing attentions in the past decade due to its contactless nature and a wide range of applications have been reported. In this review,applications of laser ultrasonic technique developed at Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(NUAA)as well as elsewhere for non-destructive testing in composite laminates are presented. The principles of generating and detecting in a laser ultrasonic system are introduced,three different system configurations are also introduced with each configuration's advantages and disadvantages explained. More importantly,two major applications developed at NUAA for composite laminates are presented including damage detection,stiffness reconstruction and fatigue life prediction. Both applications are realized by a fixed-point PZT sensor and scanning pulse laser based on the linear reciprocal theorem. Analytical method and numerical models are employed and developed to realize the functionalities.     

基于Lamb波与时频分析的复合材料结构损伤监测和识别

采用将Lamb波和时频分析相结合的方法,对碳纤维增强复合材料层板结构进行在线的连续监测。首先研究Lamb波在复合材料层板结构中的传播问题,利用Mindlin板理论建立了低阶反对称Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角变化的频散关系;然后用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析,提取特征信息,测量出Lamb波在结构中实际传播的飞行时间和群速度,并与理论结果相比较;在此基础上结合理论与实际量测信息,考虑各向异性对Lamb波速度的影响,使用遗传算法确定损伤位置,并估算损伤尺寸。实验研究表明了本文方法的可应用性和有效性。