托马斯·韩教授来华讲复合材料问题

应航天部邀请,美国复合材料力学杂志主编、宾州州立大学托马斯·韩(Thomas Hahn)教授1987年6月10—14日来华讲学,此次讲学的主要内容是:复合材料在航天航空上的应用,美国宾州大学复合材料研究进展情况,复合材料断裂及损伤机理,无损检测方法,环境条件     

温度变化下基于兰姆波的复合材料结构损伤识别(英文)

提出了一种基于兰姆波的两步识别方法,对温度变化下复合材料结构内部损伤进行监测和识别。首先采用统计偏值分析方法来判别传感器网络监测到的兰姆波信号变化是由损伤引起还是由温度变化引起,从而确定损伤是否发生。在对兰姆波进行傅里叶变换后,从统计角度定义损伤指标以考虑温度变化的影响,并采用蒙特卡罗方法计算无损状态下损伤指标的阈值。如果在运行状态下获得的损伤指标超过了阈值,则认为损伤发生。然后采用损伤存在概率成像方法融合多个激励-接收路径上的损伤指标信息生成诊断图像实现损伤位置识别。对温度变化下的加筋复合材料壁板试件进行的实验研究表明了所提出方法的有效性。     

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%。     

穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题，提出在泡沫上预先打孔的方法，在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能，并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件，对其进行不同能量的低速冲击试验，记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应，并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围，探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明，随着冲击能量的增加，最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加，凹坑深度和内部损伤面积也增大，同时结构的能量吸收率也有所提高；适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能，而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。     

先进的超声可视化成像检测技术及其应用

通过先进的可视化成像检测技术可以准确地获取材料及其结构内部缺陷大小、位置以及三维分布特征。在众多的可视化成像无损检测方法中,超声成像检测方法是一种已经在复合材料、焊接等领域得到广泛应用的可视化成像检测技术,通过超声B-、C-、T-扫描以及三维投影成像,可以揭示材料及其结构中缺陷和微结构的三维量化分布。本文介绍了基于超声成像检测方法的典型检测应用及结果。     

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。     

构件隐性损伤的磁记忆检测方法研究

构件的隐性损伤是影响其可靠性的重要因素，但因为没有形成明显的物理不连续而难以得到及时的检测。本文研究了采用金属磁记忆检测技术检测构件的隐性损伤的机理。通过试验发现，金属磁记忆检测技术可以较好地检测构件的隐性损伤，实现损伤的早期诊断。构件中存在隐性损伤的区域的导磁性能发生变化．这一变化可以通过磁场参数的相应改变而显示。与其他无损检测方法相比，该方法可以更早地发现损伤区域，检测过程速度更快，并且不需要对构件的表面作更多的处理，如清洗，除渣等。金属磁记忆检测信号易受环境的影响，文中提出了减少干扰的初始磁化方法，并分析了不同栽荷作用过程对金属磁记忆检测信号的影响。     

加载速率对复合材料拉伸力学性能影响研究

复合材料结构在特殊载荷作用下表现出不同的力学承载性能,这一因素将对其在不同速度载荷作用下的力学性能造成一定的影响,了解并研究复合材料结构在不同加载速率作用下的力学性能及内部缺陷和损伤演化规律,对于正确评估其承载性能具有现实意义。对同批次玻璃纤维编织复合材料试件进行三种加载速率作用下的拉伸力学性能试验,通过研究复合材料试件承载性能、损伤状态与加载速率的关系,分析了内部损伤演化对承载能力的影响。采用声发射技术监测复合材料试件损伤过程,分析了声发射信号能量与加载速率的关系,同时从声发射波形历程和破坏时声发射信号特征角度分析了玻璃纤维编织复合材料损伤演化规律。结果表明,随加载速率的增加试件抗拉强度增大;加载速率高低影响复合材料内部损伤的扩展行为,在较低的加载速度下,内部损伤有较长的时间进行充分扩展,从而使复合材料结构的完整性降低,表现为破坏时的部分结构承载;在较高的加载速率下,内部损伤扩展不均匀,反而保持了复合材料结构的相对完整性,表现为较高的拉伸强度。     

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。     

宇航结构件无损探伤技术的最新发展

本文介绍在非线性弹性力学中新发现的一种物理现象—“slow dynamics”现象。从这个现象中获得的信息表明,它非常适宜应用到宇航结构件在生产线的无损检测和疲劳损伤预报。文中对它的技术背景,物理本性以及实验配套设备,实际使用实测结果等内容进行简明叙述。最后,对它的技术在我国引用具有的优势和不足提出看法和建议。     

基于连续损伤模型的复合材料波纹梁压溃分析

复合材料的耐撞性受到了广泛重视,而波纹梁因其优异的抗屈曲构型被广泛应用于飞机翼梁和直升机底板等经常发生碰撞的结构中。进行了复合材料波纹梁的屈曲分析,研究了高度对波纹梁破坏模式的影响。建立复合材料波纹梁的连续损伤单波模型,层内基于Hashin判据建立含损伤因子的损伤刚度矩阵,层间根据二次名义应力准则和B-K准则模拟损伤演化,并通过典型复合材料波纹梁压溃试验验证了所建立模型的正确性。基于单波分析模型,通过施加周期性边界条件和反对称边界条件,研究了多波结构的吸能特性。     

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.     

埋入式光纤应变传感器

埋入式光纤应变传感器是近年来随着智能复合材料的发展而发展起来的一项新技术，将传感器和致动器埋置于复合材料中，就形成了智能复合材料，而光纤传感器具有尺寸小重量轻的特点，当把它们直接埋置于复合材料中时，它们也能在恶劣的环境下工作，它们的这些特点晨常适合于制作埋入式传感器，并且能大大提高智能复合材料在航天等方面应用的潜力，本文仅对智能复合材料中的光纤应变传感器进行了探讨，介绍了几种常见的埋入式光纤应变传     

民航复合材料的应用和损伤预防研究

同顾了民航复合材料的发展历程,归纳了当前先进复合材料的性能分类和设计制造技术,依据国内外复合材料相关适航要求,阐述了复合材料的损伤等级,通过统计分析复合材料结构故障模式,系统总结了结构健康监控技术和修理技术在材料损伤预防方面的发展和应用现状。     

空心光纤埋入环氧树脂复合材料中的影响与应用研究

首次提出利用空心光纤灌注胶液的方法进行复合材料的自诊断与自修复.文中具体分析了空心光纤的传光机理,介绍了利用空心光纤进行复合材料断裂位置测量的原理、方法和实验研究.依据国家有关的复合材料测试标准对环氧树脂复合材料埋入与不埋空心光纤进行了对比实验,实验结果表明空心光纤埋入树脂基复合材料中对其性能的影响是比较小的.因此,该方法在工程结构中极有应用价值.最后,给出了正在进行的研究系统的一个应用事例.     

一种新的正交异性光弹性复合材料

本文提出了采用与国外不同的技术途径制作光弹性复合材料的方法。这种材料用防辐射玻璃纤维和环氧树脂经常温固化制成,其透明度好,光弹性效应灵敏,制作工艺简便,适于制作二维和三维复合材料光弹性模型。 光弹性复合材料的性能可以设计和预测,但实用中需要实验标定。本文给出了标定光弹性复合材料性能的方法和适用公式。     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

复合材料舵翼面静力加载方式研究

随着新材料及新工艺的不断发展,复合材料以其低质量高力学性能的优势,被广泛应用到各种飞行器结构中.本文主要针对 C/C、C/SiC 等复合材料舵翼面静力试验的加载方式进行了调研,发现拉式及压式杠杆组合加载的方式较为常用,而且早期国外的研究中,就对压式杠杆中载荷橡胶垫的力学性能进行过专门描述