激光剪切散斑方法对脱粘缺陷的定量测量

采用胶接方式连接的复合结构在生产制造过程中容易出现脱粘问题,将严重影响产品的结构完整性.采用新型检测方法对脱粘缺陷进行定量测量对于保障产品质量、提高检测效率起到至关重要的作用.本文介绍了激光剪切散斑方法的检测原理、蜂窝夹层结构中脱粘缺陷的形成原因与结构特点及对脱粘缺陷的验收规范.利用激光剪切散斑方法对脱粘缺陷进行检测,分析激光剪切散斑方法对脱粘缺陷进行定量测量的检测精度.通过对已知间距缺陷进行定量测量,检测结果与实际缺陷尺寸吻合较好,检测精度在10％以内.结果表明该方法对脱粘缺陷的检测精度能够满足实际生产的检测需要.     

两种复合材料层间脱粘问题的研究

高硅氧玻璃纤维布／酚醛树脂缠绕成型复合材料和碳纤维／酚醛树脂模压成型复合材料复合时，两者层间常出现严重脱粘。本文通过实验分析发现，导致两种复合材料层间脱粘的主要原因为高硅氧玻璃纤维布／酚醛树脂缠乌云 固化成型时的残余应力及中间层的影响。通过低固化温度、减慢升高速率，减少富树脂层厚度等措施有效地解决了层间脱粘问题。     

直升机蜂窝夹层结构缺陷验收准则验证技术研究

蜂窝夹层作为一种特殊的复合材料结构,具有比强度、比刚度较高,性能易设计且便于大尺寸整体成型等诸多优点,广泛应用在航空器的结构设计中。但蜂窝夹层结构在制造、使用和维护过程中易出现脱／漏粘、冲击、磕碰等内在缺陷或外来损伤,可能导致结构强度的降低,从而危及结构安全。基于强度理论制定了一种直升机蜂窝夹层结构的静强度、疲劳强度和剩余强度综合验证思路与方法。针对典型结构的构型、缺陷类型和工程可检缺陷参数尺寸,设计了模拟真实蜂窝夹层结构的验证样件和缺陷预制技术,通过强度性能的试验和研究,获得了带有脱／漏粘缺陷、冲击／磕碰损伤等缺陷的结构强度缺陷容限值,为其缺陷验收准则的制定提供了技术依据。     

蜂窝夹层结构脱粘缺陷电磁锤敲击检测模型及持力时间分析

为了定量描述蜂窝夹层结构敲击检测中敲击头持力时间与脱粘缺陷直径和面板特性的依赖关系,建立了敲击过程的力学模型,推导和分析了持力时间随缺陷直径和面板拉力的变化情况,并与试验数据做了拟合和比较。结果表明,在拟合的面板拉力取值下,模型计算值与试验值吻合较好。模型可用来计算持力时间的数值和分析持力时间的变化趋势。对于同一面板的脱粘缺陷,持力时间随缺陷直径的增大而增大。对于同种材料面板的相同直径的脱粘缺陷,持力时间随面板厚度的增大而减小。对于同厚度面板的相同直径的脱粘缺陷,复合材料碳环氧树脂面板对应的持力时间短于铝面板。     

复合材料夹层结构在航空领域的应用

详细描述了复合材料夹层结构及几种常用芯材的性能特点,综合分析了复合材料夹层结构在飞机上的应用案例,对各种夹层结构芯材成型工艺的重点、难点进行了探析,得到了复合材料夹层结构的性能概况及使用工艺要求,可为复合材料夹层结构设计、制造提供参考。     

微缺陷对高体积分数SiCp／Al复合材料拉伸性能的影响

建立了高体积分数SiCP/Al复合材料的微缺陷有限元模型,对其拉伸力学特性进行了模拟计算.通过对含孔洞、界面脱粘等典型微缺陷的模拟,发现孔洞的存在对材料性能影响不大;界面脱粘对材料承载性能影响最大,脱粘界面面积的大小与复合材料承载能力成反比.微缺陷之间的相对位置对材料拉伸性能的影响不同,靠近孔洞处界面脱粘比背离孔洞处界面脱粘使材料承载性能下降更大.进一步多颗粒模型的模拟分析,发现高体积分数SiCP/Al复合材料的非线性拉伸曲线与其内部颗粒界面逐步脱粘存在有一定的关系.在开始加载阶段脱粘比例递增较快,在接近破坏时脱粘比例递增减慢.     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究.为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构.利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求.通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8％,减重效果明显.     

泡沫夹层结构复合材料准静态压痕实验

研究了两种芯材高度的泡沫夹层结构复合材料在准静态压痕力下的损伤过程与形式,通过控制压头位移得到位移与接触力的关系曲线以及不同位移下的损伤形貌,比较了两种芯材的损伤过程.结果表明:损伤过程为泡沫塌陷、泡沫芯材出现裂纹、夹层板上蒙皮分层和芯材与下蒙皮脱粘;损伤形式为:厚芯材时裂纹与泡沫厚度方向成±45.,薄芯材时裂纹与泡沫厚度方向成90°.     

纤维增强钛基复合材料横向拉伸性能数值模拟

为研究SiC/Ti-6AL-4V纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的力学特性,建立了三维细观有限元模型;利用ANSYS软件接触单元和内聚力材料模型,对其制备残余热应力及横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效进行了数值模拟。结果表明:考虑界面材料属性的细观力学有限元单胞模型,可较好地模拟纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效;横向拉伸载荷下,复合材料基体细观结构内部应力分布不均导致基体材料利用率下降,是造成复合材料横向强度低于基体材料强度的主要原因。     

含中心裂纹铝合金板复合材料单面胶接修复后的疲劳特性

采用碳纤维复合材料对中心裂纹铝合金板进行了单面胶接修复,测试了修复结构的疲劳性能,包括铝合金板的裂纹扩展速率、补片与铝合金板之间的界面脱粘和修复结构的疲劳剩余强度.结果表明:复合材料胶接修复能有效地降低铝合金板的裂纹扩展速率,提高其疲劳寿命;胶接的补片使铝合金板的疲劳裂纹扩展纹线线型发生变化,且线型变化集中在裂纹扩展初始阶段;疲劳导致修复结构出现界面脱粘,脱粘区域近似椭圆形,且界面脱粘面积随疲劳周次的增加而增加.     

铝蜂窝夹层结构穿孔损伤复合材料修理技术研究

铝蜂窝夹层结构穿孔损伤的高效、低成本修理对保障航空装备的完好性具有重要意义。针对铝蜂窝夹层结构穿孔损伤金属面板提出复合材料碳纤维湿补片胶接修理工艺，结合飞机典型铝蜂窝夹层结构形式制备完好和穿孔损伤试样，对穿孔损伤试样开展复合材料胶接修理，建立铝蜂窝夹层结构复合材料挖补胶接修理后四点弯强度分析有限元仿真分析模型，并通过仿真计算分析穿孔损伤大小对铝蜂窝夹层结构四点弯强度的影响规律及修复后强度恢复情况。结果表明：复合材料挖补胶接修理可有效恢复穿透损伤铝蜂窝夹层结构的弯曲强度；有限元仿真计算结果与试验结果基本一致，仿真模型能够较为准确地计算各类试样的极限载荷及失效模式；当损伤范围≤φ30 mm（径宽比小于40%）时，复合材料胶接修理工艺可应用于飞机铝蜂窝夹层结构损伤修理中。     

考虑含界面裂纹应力集中系数的复合材料强度计算

弱界面复合材料受横向拉伸时,界面会在材料整体破坏前发生脱粘,材料横向拉伸强度甚至远低于纯基体的拉伸强度。为了准确地预测弱界面复合材料的偏轴强度,需要考虑和量化纤维埋入及界面脱粘对基体现场强度的影响。定义考虑界面裂纹的应力集中系数,提出一种新的方法用于预测弱界面复合材料在任意角度偏轴拉伸作用下界面脱粘对应的临界外加载荷和材料的整体强度;并对不同种类的复合材料进行算例分析。结果表明:加入新定义的应力集中系数可以明显提高预测的准确性。     

夹层结构前机身有限元分析与优化设计

选用二次等参夹层板壳单元进行结构分析,单元面板厚度及芯层高度作为优化设计变量。对复合材料面板,则每~铺层层数作为设计变量。对复合材料夹层结构前机身模拟试验件进行了有限元分析,在位移和尺寸约束下,对复合材料夹层结构前机身进行了优化设计,并获得满意结果。     

陶瓷基复合材料单纤维拔出力学分析

建立了考虑界面滑动摩擦的复合材料单纤维拔出力学模型,得到了包含泊松效应影响的基体轴向应力、纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.针对SiC/RBSN陶瓷基复合材料,在部分脱粘/滑移和完全粘结情况下,对纤维、基体、界面的应力分布进行了分析.计算结果与有限元计算结果相比,具有较好的一致性.结果表明:纤维百分含量的变化能够改变界面发生脱粘/滑移失效点的位置;界面发生脱粘/滑移后的脱粘扩展比界面完全粘结的脱粘扩展更容易发生;不考虑热不匹配的影响,仅通过增加界面摩擦系数不能使应力重分布发生很大变化.      

准静态加载下陶瓷基复合材料层合板应力-应变曲线的模拟

采用细观力学方法来模拟纤维增强陶瓷基复合材料层合板在准静态加载下应力-应变行为.采用层合板修正剪滞模型分析复合材料出现损伤时的细观应力场,通过临界基体应变能准则、Nair脱粘准则确定基体裂纹间隔和界面脱粘长度.最后结合剪滞模型和损伤机制模拟陶瓷基复合材料层合板应力-应变曲线,并与试验数据进行比较,结果吻合较好.      

结构/阻尼一体化复合材料超声波检测方法

采用超声脉冲穿透法和超声脉冲反射法相结合,对结构/阻尼一体化复合材料产品开展超声无损检测方法研究。研究结果表明,超声检测可有效检测出结构/阻尼一体化复合材料产品中复合材料中的分层缺陷和复合材料与阻尼材料间的脱粘缺陷。     

PMI泡沫夹层结构在航天航空工业的应用

介绍了国内外聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层结构复合材料的应用现状,分析了国内PMI泡沫夹层结构复合材料应用中存在的问题,认为迫切需要建立PMI泡沫夹层结构复合材料制造与验收标准体系.     

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。     

固体火箭装药包复层脱粘问题的分析

本文应用了二维轴对称弹性有限元分析方法计算了常见的三种火箭装药结构,因热载荷及火箭发动机工作内压力作用引起的脱粘主应力(发生在人工脱粘端点处包复层与推进剂药柱的相粘接的界面上),对比分析了火箭装药的外界载荷、人工脱粘结构形式及火箭装药的几何参数等对脱粘的影响。另外,对于预防火箭装药包复层的脱粘问题做了一些分析讨论。     

蜂窝夹层边缘斜削区强度仿真分析

蜂窝夹层在航空器结构尤其是直升机结构中有着广泛的应用，其中边缘闭合是夹层结构设计的特有问题，采用斜削结构过渡并与其它结构实现连接是一种典型的形式，考虑到蜂窝夹层结构在成型中斜削区施加压力的不均匀性，在斜削区与蜂窝芯子通过膨胀胶膜胶接从而避免结构脱粘，但在高温影响下膨胀胶膜的力学性能出现降低，导致蜂窝夹层边缘斜削区位置粘接强度受到影响，从而影响到整个蜂窝夹层结构边缘的传力,利用静强度分析了在常温使用条件下斜削区膨胀胶膜完全起作用下蜂窝夹层边缘的应力分布，考虑到胶膜在120℃使用环境下管剪切性能降低的情况，利用热力耦合的方法分析了在120℃使用环境下蜂窝夹层边缘的应力情况，计算结果表明在高温状态膨胀胶膜不起作用的情况下蜂窝夹层结构边缘斜削区仍满足强度要求。