复合材料加筋壁板轴压稳定性计算与试验研究

对复合材料加筋壁板的轴压失稳进行了分析计算和试验验证，在计算和试验的基础上通过失稳模式和机理的分析，提出了几种改变结构设计参数来提高承载能力的措施，为进一步完善和改进结构设计提供了参考。     

在轴、外压联合作用下的C/ E 复合材料网格缠绕结构的开口补强设计

在复合材料网格结构临界轴、外压计算公式的基础上计算了C/E复合材料网格缠绕结构的整体承载能力,以无开口结构为目标,给出了补强设计方案。本文的研究结果,为复合材料壁板开口处结构的补强设计提供了可行方案,解决了工程中的实际问题。     

缠绕角度对碳/环氧厚壁管件轴压性能影响的实验研究

文摘采用缠绕工艺制备了20°、30°和40°三种缠绕角度的碳/环氧厚壁管件,通过轴压实验研究了缠绕角度对厚壁管件的轴压模量和轴压强度的影响,并对轴压破坏模式进行了分析。实验测得轴向模量值比有限元模型计算值偏小,破坏模式为纤维层向外崩裂破坏与有限元分析结果一致。     

轴压载荷下复合材料薄壁加筋板后屈曲承载能力分析与试验验证

为了研究复合材料薄壁加筋板结构的后屈曲承载能力以及影响后屈曲的主要因素,应用Abaqus软件对三种构型下的薄壁加筋板进行了有限元分析,并与试验结果进行对比。结果表明,复合材料薄壁加筋板结构在轴向压缩载荷下具有较大的后屈曲承载能力,有限元分析与试验得出的试验件后屈曲载荷均为初始屈曲载荷的7倍左右,蒙皮的厚度及筋条间距对加筋板的后屈曲承载能力影响不大,加筋板的后屈曲承载能力主要取决于筋条的刚度。在飞机结构设计中,可以充分利用薄壁加筋板结构的后屈曲承载能力来提高结构使用效率。     

缠绕角度对碳/环氧厚壁管件轴压性能影响的有限元分析

建立厚壁缠绕管件的轴压有限元模型,分析相同压缩载荷条件下不同缠绕角度对管件轴压模量,径向形变和剪应力的影响,并对厚壁缠绕管件在轴压载荷下的破坏模式和部位进行了预测分析。结果表明:受轴压管件的缠绕角度宜控制在20°以内,对管件端头进行环向缠绕加强可以提高管件的轴压强度和刚度。     

变厚度复合材料加筋板轴压试验及分析方法

针对变厚度复合材料加筋板轴压屈曲及后屈曲特性进行试验研究,并采取工程分析法、特征值屈曲法、分段处理后屈曲法和渐进损伤失效法对其进行承载能力计算分析,进而将计算结果与试验结果进行对比。研究结果表明：变厚度复合材料加筋板长桁对蒙皮的支持简化成固支较简支更为合理,采用两加载边简支、两侧边固支正交各向异性矩形层压板理论求解的计算值与试验值误差为-13.9%;引入折减宽度概念,可以有效考虑加筋板变厚度区域刚度对蒙皮屈曲特性的影响,变厚度加筋板工程分析法求解精度得到进一步提高;分段处理后屈曲法和考虑就地效应及横向应力分量构造的仿真失效模型能准确预测变厚度加筋板后屈曲承载能力,误差分别为7.1%和5.9%,后屈曲承载能力约为初始屈曲载荷的1.27倍,说明变厚度加筋板屈曲后仍然具有一定的后屈曲承载能力。     

F—12/CF混杂复合材料纵向拉压性能研究

研究了F－12与HTA－P30碳纤维混杂复合材料纵向拉压性能,结果表明,该混杂复合材料体系的纵向拉伸强度均低于混合定律的预测值,表现出明显的混杂负效应,而纵向压缩强度表现出混杂正效应,且拉伸强度的混杂效应比压缩强度的大,材料的拉压破坏模式发生改变。     

2D-Cf/SiC复合材料及构件的无压成型工艺

采用无压成型工艺制备了2D-Cf/SiC及复杂构件。结果表明:复合材料弯曲强度达到328MPa,断裂韧度达到14.9MPa·m1/2,层间剪切强度达到35.9MPa,同时材料也具有很好的高温抗氧化性能。利用本工艺制备了某型号发动机的尾喷管,并成功通过了应用部门的试车考核。     

SiC/TC4复合材料轴结构力学性能分析及试验验证

为了对连续纤维增强金属基SiC/TC4复合材料轴结构进行结构完整性研究,利用复合材料力学性能半经验公式、经典层合板理论与层合轴结构本构关系,建立与复合材料轴结构验证模型尺寸相同的有限元仿真计算模型,对连续纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的力学性能及响应进行预测与试验验证;并在验证的基础上对复合材料轴结构进行了力学性能进行了分析。结果表明:仿真计算结果与试验数值之间误差在5.7%以内,说明分析中使用的理论、方法与模型可靠;在复合材料轴结构总厚度4.5mm与铺层数不变的情况下,±45°交替铺层更有利于扭转刚度的提升,且复合材料层位于轴结构厚度的中间时,复合材料轴结构具有更高的结构效率。     

C/ E 复合材料网格缠绕结构一体化设计

根据多年的设计生产实践,总结了复合材料网格缠绕结构的优缺点。在发挥其优点的基础上,针对复合材料网格缠绕结构的缺点,提出了一体化设计设想,给出了一体化研制流程,并对流程中的各个环节进行了探讨。分析表明,对复合材料网格缠绕结构进行一体化设计可缩短研制周期,降低研制成本,从而可以使复合材料网格缠绕结构得到进一步推广使用。     

纤维缠绕复合材料弯管强度分析

基于ANSYS有限元分析软件,利用其中的层合板单元,对纤维缠绕复合材料弯管的强度进行分析,并进一步预测了弯管的破坏压力。通过与试验结果的对比,验证了分析模型和分析方法的有效性,为分析纤维缠绕弯管结构的强度提供了一种有效的途径。     

PBO纤维及其复合材料工艺性能研究

介绍了PBO纤维的结构特点及部分物理性能,研究了影响PBO纤维NOL环干法缠绕成型的几种主要工参数,对干法及湿法两种成型方法的Ф150mm压力容器性能进行了试验研究,对其破坏界面进行了电镜分析。结果表明：干法缠绕成型的Ф150mln压力容器的PV／W值最高可达47．55km,湿法缠绕成型的可以达到60．42km。     

纤维缠绕的曲面架空分析及其应用

针对诸如壳体－喷嘴一体化的固体火箭发动机过渡段、环壳燃料箱等复杂型面的缠绕,应用曲面理论和力学分析方法,研究了纤维缠绕的成型压力与曲面几何的关系,进而确定了一般曲面、负荷斯曲面、环壳以及过渡段缠绕过程的纤维架空条件与判据,为复杂型面的缠绕成形奠定基础。     

复合材料气瓶铝内衬缺陷对疲劳及爆破性能的影响

研究了复合材料气瓶在生产过程中金属内衬存在的凹坑、裂纹以及腐蚀等的缺陷类型,并且对存有以上缺陷类型的复合气瓶进行疲劳及爆破实验,研究其对气瓶的性能影响.结果表明:金属内衬缺陷的存在会使得气瓶在承受内压载荷的过程中,金属内衬在缺陷位置出现应力集中,提前出现裂纹的扩展,使得金属内衬失效,无法充分发挥复合材料层高强度的优势,使得复合材料气瓶的疲劳失效次数及爆破强度大大降低,影响最终的使用性能.     

磁悬浮电机转子加强环设计及工艺研究

针对某型号磁悬浮永磁电机转子磁环胶接强度不能满足工作要求的问题,提出采用M46J／L1000复合材料缠绕加强环的保护设计方案,根据工艺实验结果,利用有限元分析软件MSC．Patran／Nastran对该结构进行应力和形变分析,并确定了合适的成形工艺参数,完成了转子加强环试验件的制作。结果表明：M46J／L1000复合材料体系满足材料组分要求,缠绕复合材料加强环结构满足磁悬浮电机转子在72000r／min高速转动时强度和变形要求。     

凹回转曲面纤维缠绕架空分析及应用

针对诸如带喷管固体火箭发动机的凹曲面过渡段等负高斯曲率面的缠绕,应用微分几何曲面理论推导出了凹回转曲面的纤维缠绕架空条件及判据,并对不同的过渡段曲线进行了分析,分别给出了判别公式。通过缠绕实验验证了架空判据的正确性和实用性,表明采用单叶双曲面比采用凹圆曲线回转曲面具有更好的缠绕工艺性,且其直纹线的缠绕角恰好为不架空的临界缠绕角;缠绕时,为了保证运动的平稳性,需要剔除奇异点,进行平滑处理。     

高模量碳纤维低损伤一步预浸缠绕技术

介绍了针对采用高模量碳纤维缠绕时损伤严重而研制的一项新技术。通过无辊浸胶系统和纤维浸胶后烘道加热装置 ,不但降低预浸纱制备和退纱缠绕所造成较大的纤维损伤 ,而且可以实现预浸纱含胶量精确控制及连续浸胶和缠绕 ,同时大大提高了缠绕效率。     

纤维缠绕复合材料结构可靠性评估方法及其应用

为了更加科学有效地评估纤维缠绕复合材料结构的可靠性,根据复合材料渐进失效特点,应用结构系统可靠性理论和方法,将复合材料视为连续体的结构系统,基于复合材料有限元模型对\"单元\"和\"系统\"进行了定义,构建了概率渐进失效分析的基本流程,提出了主要失效序列和结构整体的失效概率的精确解算式和近似计算方法。为解决复杂结构系统主要失效序列识别耗时巨大,甚至不可能实现的问题,提出了快速分枝-界限法、临界组群(组件)失效、最弱链模型、分枝点的确定性初步筛选等技术方法。以固体火箭发动机纤维缠绕壳体为典型应用对象,首先运用渐进失效分析方法对纤维缠绕壳体进行了有限元分析和实验验证,然后基于验证的有限元模型,应用本文所提方法,对其进行了概率渐进失效分析和结构整体失效概率的计算,结果与建立方法的假设一致,验证了本文方法的科学性和有效性。     

高模量碳纤维复合材料薄壁管件成型工艺优化研究

为了获得高模量碳纤维复合材料薄壁管件最佳成型工艺参数组合,通过正交试验确定了缠绕工艺参数的大小顺序,经过进一步优化试验及对孔隙率和管件性能分析,得到挤胶装置间隙为0.1~0.12 mm,胶液温度为(40±2)℃,纤维缠绕张力为(10±2)N,加压带缠绕张力为40 N时,管件综合性能最优。