M21/T800复合材料层压板拉脱性能研究

通过对M21/T800复合材料层压板进行拉脱试验,对其拉脱性能进行研究。比较了不同层压板厚度、不同环境以及不同紧固件类型(共10种构型)下的层压板拉脱试验结果,总结了对层压板的拉脱强度和破坏模式。研究表明,M21/T800复合材料在湿热环境下的拉脱强度低于常温环境,湿热环境下拉脱强度降低约4%～23%,对板厚的变化比较敏感,对钉类型的选型影响不大。     

缝合复合材料T型接头拉伸载荷下的有限元数值模拟

利用ABAQUS软件对拉伸载荷下的缝合T型接头进行建模与分析,采用基于内聚力模型（CZM）的黏聚接触方法来模拟筋条与蒙皮的脱粘行为,以基于细观力学的非线性弹簧模拟缝线在上下界面的增强作用。在模型基础上对缝线直径进行参数化分析,研究其对T型接头拉伸性能的影响。结果表明：随缝线直径增大,接头极限破坏载荷提高,即拉伸承载能力提高。有限元分析结果与试验值吻合较好。值得注意的是,当缝线直径增大到1 500旦尼尔时,模拟结果与试验数据存在10.4%的误差,这是因为模型未考虑缝合对层合板面内性能的影响,忽略了缝线可能造成的材料损伤。考虑到T型接头在拉伸载荷作用下的破坏模式主要是I型和Ⅱ型破坏,因此宜采用二维有限元模型进行参数化分析,计算效率高并且与试验结果吻合较好。     

T接头初始破坏位置研究

通过试验和模拟分析研究了复合材料T接头在拉脱载荷作用下,其初始破坏可能出现的位置,并对影响其初始破坏位置的主要因素即蒙皮与突缘厚度度比和蒙皮与突缘宽度比进行分析.     

湿热环境下聚酰亚胺复合材料的拉脱性能研究

复合材料结构已被广泛应用于航空航天领域,为了研究复合材料在不同湿热环境下的力学性能,分别对低温干态（CTD）、室温干态（RTD）和高温湿态（ETW）三种环境下的某型聚酰亚胺复合材料层压板进行拉脱试验,并对RTD 试验过程进行仿真分析;通过试验获得两类典型铺层的拉脱强度与破坏模式,并利用有限元仿真预测失效载荷。结果表明：某型聚酰亚胺复合材料具有优异的热稳定性,CTD 环境下复合材料的拉脱强度较RTD 环境下的拉脱强度提升8.1%~9.0%,ETW 环境下某型聚酰亚胺复合材料的拉脱强度与RTD 环境下的拉脱强度相当;（30/60/10）铺层的拉脱强度略高于（50/40/10）铺层。     

复合材料共固化T型加筋界面脱粘的压电监测技术研究

利用多通道结构健康监测扫查系统,监测了T700／BA9916复合材料共固化T加筋在拉脱载荷作用下界面脱粘的起始、扩展到破坏的全过程。设计了不同突缘长度、厚度和不同面板厚度的几种刚度搭配的T加筋。结合实验观测,提取了与界面脱粘相关的信号能量和峰值等特征信号,探索并建立了能量损伤指数（EDI）和峰值损伤指数（ADI）等脱粘判据,提出了监测复合材料损伤需要重点突破的压电传感技术。     

复合材料T型单元损伤演化的声发射特性研究

进行了飞机结构复合材料T型单元拉脱试验研究。用声发射技术研究了复合材料T型单元拉伸载荷下的损伤演化过程。对复合材料T型单元拉伸载荷下损伤演化的机理进行了初步探讨。用参数分析方法对采集的撞击数、持续时间、事件以及幅值等声发射信号进行了分析,预报了复合材料T型单元拉伸载荷下基体开裂、分层、纤维断裂至完全丧失承载能力的损伤演化过程及对应的载荷。结果表明,声发射技术能够准确预报复合材料拉伸载荷下损伤演化的过程,从而为复合材料飞机结构的设计提供参考。     

多腔结构预成型体及RTM树脂流道设计技术研究

缝合和Z-Pin是实现复合材料三维增强最有效的2种方式.与编织不同,缝合和Z-Pin是对铺叠后的叠层进行缝合,因此经缝合和Z-Pin增强后的复合材料,其纤维受力状态与采用预浸料方法成型的复合材料相当.     

典型T型和π型接头的拉伸静力试验研究

介绍了典型结构尺寸和铺层的T型、π型接头试验件及其拉伸静力试验,给出了其初始失效载荷和破坏载荷,并对2种接头的初始失效载荷和破坏载荷进行了对比.     

Z-Pin/RTM成型工艺影响因素分析及工艺研究

分析了Z-Pin技术在复合材料RTM成型工艺中应用时需控制的关键因素,并采用Z-Pin/RTM工艺成型复合材料工字梁典型件进行工艺研究。结果表明,采用Z-Pin/RTM工艺成型后的复合材料典型件具有良好的外观和内部质量,该研究结果为早日实现Z-Pin技术在飞机结构上的应用提供了参考。     

CFRP层板螺接接头的拉脱疲劳累积损伤

拉脱破坏是复合材料结构机械连接接头破坏的一种模式。本文通过实验研究了拉脱疲劳累积损伤的扩展过程，并应用累积损伤理论定义和测定了损伤参数，提出了损伤极限的概念，简单阐述了损伤破坏机理。     

钛蒙皮的加热拉型成形

钛合金蒙皮与飞机理论外形有关,要求有较高的成形精度和形状稳定性,为此我们采用了自阻加热拉型成形法。即利用钛合金有较高的电阻率,将钛板通电,使其产生高热,钛板在一定温度下进行拉型并保温,使材料进行充分的蠕变,从而得到稳定形状、贴模良好的零件。为了适合自阻加热拉型法,对PO-1M蒙皮拉型机配置了拉型装置等热成形设备,并作了一系列工艺试验,确定了工艺程序及参数。     

复合材料帽型筋条脱粘的失效机理分析

复合材料加筋结构承受后屈曲载荷时,蒙皮局部屈曲会导致筋条承受面外弯曲载荷,极易引起蒙皮与筋条的界面脱粘,最终导致结构破坏.通过四点弯曲试验模拟加筋结构受后屈曲载荷时的蒙皮/筋条界面性能,建立渐进损伤模型,分别考虑筋条与蒙皮胶接界面以及复合材料层板的失效,并引入材料刚度退化模型,详细分析蒙皮/筋条界面的脱粘机理和失效过程.分析结果与试验结果一致,表明加载跨距对于结构的失效形式影响较大,90 mm加载时,胶层均首先失效于筋条与蒙皮内角处的胶接界面,且主要受Ⅱ型剪切模式影响;而150 mm加载情况下胶层均首先失效于翼缘自由端与蒙皮交界处.正向加载时胶层失效主要受Ⅰ型和Ⅱ型混合模式影响,反向加载胶层主要受Ⅱ型剪切模式影响.界面脱粘以后,随着载荷增加,筋条腹板与缘条转角外侧出现分层破坏,损伤模型预测结果与超声扫描检测结果一致.     

密封电磁铆接力学性能研究

为分析密封电磁铆接的连接强度,分别进行4mm和5mm、锻件和铸件试片、手工和电磁铆接自封铆钉的准静态剪切试验、高速剪切试验和准静态拉脱试验。由剪切试验知铸件的剪切力高于锻件,电磁铆接剪切力略高于手工铆接。由拉脱性能试验知铸件接头与锻件接头的最大拉脱力相差较小,电磁铆接接头最大拉脱力略高于手工铆接接头。     

T700复合材料层合板拉-拉疲劳性能

对T700/9368光滑板及两种孔径的含孔层合板进行了拉-拉疲劳试验,测量试件刚度随加载周期的衰减规律,并利用超声波C扫描和破坏断口分析方法,对T700复合材料的疲劳损伤机理进行分析。根据弹性模量法建立了层合板疲劳累积损伤模型,并从平均应力准则概念出发,建立了含孔层合板的疲劳累积损伤模型。将试验数据运用最小二乘法拟合后代入疲劳损伤模型,得到T700/9368光滑板及含孔板疲劳寿命的具体计算公式,应用公式预测了在不同应力水平下的层合板疲劳寿命,与试验结果的吻合良好。     

高性能玻璃纤维增强树脂基复合材料拉-压疲劳行为

对LTX1240玻璃纤维/环氧复合材料开展拉-压疲劳试验,绘制S-N曲线进行疲劳寿命预测,利用扫描电镜观察疲劳试样断口形貌,分析其在拉-压循环载荷作用下的失效模式。结果表明:LTX1240玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的条件疲劳极限为278 MPa;失效过程为树脂基体最先破坏,接着界面分层乃至纤维拉伸、剪切破坏,它们相互作用形成了弥散损伤区并据此扩展发生材料断裂。     

非连续湿热作用对T700/TR1219B复合材料宏细观性能的影响

为研究非连续湿热作用对碳纤维环氧树脂基复合材料性能的影响,对T700/TR1219B试样进行了吸湿-脱湿试验,测试了其拉神性能,并采用SEM观察试样侧面;通过原子力显微镜的峰值力纳米力学成像技术(PF-QNM)对树脂进行纳米压痕测试。结果表明:吸湿率从0变化到1.2%,T700/TR1219B复合材料的一次及二次吸湿行为均满足Fick定律;经吸湿-脱湿-再吸湿,试样的拉伸强度、弹性模量及树脂的硬度及弹性模量均呈现先上升后下降的变化趋势。     

两种典型铺层玻璃纤维复合材料的拉伸力学行为

利用电子万能实验机及分离式Hopkinson拉杆对玻璃纤维增强复合材料S4C9-1200/SY14的两种不同铺层角度层合板([0]16和[±45]4S)进行了应变率为10-3～103s-1下的单轴拉伸力学性能测试。从应力应变曲线和试样破坏断口分析了材料的应变率效应、纤维损伤和界面脱粘损伤。实验结果表明:[0]16层板破坏时表现出典型的不规则脆性破坏,纤维的损伤具有初始门槛值,而纤维的强化存在应变率门槛效应。[±45]4S层板主要破坏方式是纤维与基体的脱粘,损伤发展近似线性。应变率高于强化门槛时,[±45]4S层板表现出极强的应变率依赖性,极限强度能提高10%～50%。     

大型水陆两栖飞机T型尾翼颤振影响因素分析

T型尾翼由于布局形式的特殊性,颤振行为往往较常规布局复杂。根据大型水陆两栖飞机的研制需求,建立了T型尾翼颤振分析的理论模型,并开展了T型尾翼缩比模型颤振风洞试验,研究了T型尾翼的颤振特性及来流迎角、部件连接刚度、操纵面连接刚度等因素对颤振特性的影响。理论和试验结果均表明,大型水陆两栖飞机T型尾翼的颤振临界型态为垂尾扭转型颤振,其主要影响因素为来流迎角;在给定的范围内,部件连接刚度、操纵面连接刚度均对垂尾扭转型颤振影响不大。研究结果为大型水陆两栖飞机的研制提供了依据。     

Z-pin增强复合材料帽型加筋壁板接头拉伸性能

为了提高复合材料帽型加筋壁板结构中筋条与蒙皮界面处的连接强度,引入Z-pin三维增强技术。制备了Z-pin增强帽型接头试样,并对其进行拉伸试验,研究Z-pin对帽型接头界面增强机理及不同Z-pin体积分数、直径及加载跨距对筋条与蒙皮界面处连接性能的影响规律。结果表明:Z-pin直径为0.5 mm、植入角度为90°时,在体积分数0%~1.0%范围内,Z-pin增强帽型接头拉伸强度随着体积分数的增加而增加,增长趋势随体积分数增加而减缓,含1.0% Z-pin增强帽型接头比未增强接头强度提高了31.2%,在体积分数1.0%~1.5%范围内,Z-pin增强帽型接头拉伸强度呈降低趋势;Z-pin直径对帽型接头拉伸强度影响不显著;随着加载跨距的增加,含0.5%(直径0.5 mm)Z-pin增强帽型接头伴随有失效模式转变,拉伸强度呈现降低趋势。     

Ω型加筋壁板连接结构在拉伸载荷下的破坏研究

考察机身收缩段的复合材料Ω型加筋壁板前段和后段连接结构在拉伸载荷下的承载能力,开展了拉伸破坏试验研究。试验件为壁板与框呈75°夹角的倾斜结构,试验考核了加筋壁板、连接框、连接角盒和紧固件的应变水平、试验件的载荷-位移曲线和破坏载荷。试验结果表明,Ω型加筋壁板前后段连接结构在拉伸载荷下,角盒和框的连接处的紧固件以及框的转角处最先发生破坏。试验结果可作为飞行机身复合材料结构连接的设计和评定依据。