纺织复合材料预制体变形研究综述

以具有良好整体性能的织物作为增强体的纺织复合材料克服了传统复合材料层间剪切强度低、抗分层能力差、开裂敏感等缺点,且具有优异的近净成形能力,易于成型。这些优点使得这种复合材料被越来越广泛地应用于航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。纺织预制体的可变形性对其渗透率及最终复合材料构件的力学性能有着重要的影响。简要介绍了二维和三维织物的结构特点;阐述了织物的拉伸、横向压缩、面内剪切和弯曲变形机理;基于数值模拟和试验方法,综述了国内外预制体变形研究的进展;最后,展望了预制体变形数值模拟的发展方向。     

编织复合材料预制体铺覆成型的数值模拟

针对平面编织复合材料预制体在曲面铺覆过程中的局部变形,建立了三维有限元模型,利用商业有限元软件Abaqus模拟了预制体在铺覆成型过程中的纤维束变形规律。研究了0°和45°碳纤维织物在球面铺覆过程的变形过程和局部剪切变形。结果表明,纤维束之间的滑动和纤维束起皱是该预制体在球面铺覆过程中的典型变形模式。在0°织物的球形铺覆变形中,0°和90°纤维束的剪切变形角最小,45°方向纤维束的剪切变形角最大;在45°织物的铺覆变形中,0°和90°纤维束的剪切变形角最大,45°方向纤维束的剪切变形角最小。     

预浸机织织物的本构关系

 预浸机织织物是一种未固化的织物复合材料,其性质既不同于纯织物材料也不同于固化后的织物复合材料,具有独特的力学性质。根据连续介质力学的理论,结合预浸织物的非线性的黏弹性特性,从代数不变量出发,推导了预浸织物的本构方程。同时对描述预浸织物性能的像框剪切试验的步骤及方法做了阐述。通过像框剪切试验的结果与本构方程的对比,验证了本构方程的正确性,该方程较好地描述了预浸积物的性质。本构方程的导出为研究空间充气结构的静态、动态及热分析奠定了一定的理论基础。     

细晶态FGH96热成型时的流动行为研究

 通过热模拟试验,对细晶态FGH96 合金的高温流动特性进行了研究,分别从宏观和微观上对影响FGH96 流动特性的因素(变形温度、变形速率和变形程度以及Z 因子和动态再结晶晶粒尺寸等) 作了系统分析。结果表明:变形温度、变形速率和变形程度对流动应力和再结晶晶粒尺寸均有不同程度的影响。在此基础上,建立了细晶态FGH96 合金热成型时的本构模型,该模型充分考虑了变形温度、变形速率和变形程度对流动应力的影响,这对FGH96 合金热成型过程的数值模拟和热力参数的合理制订具有重要意义。     

复杂盘饼类锻件等温精密成型工艺

以复杂盘饼类铝合金锻件为例,采用试验和有限元数值模拟相结合的方法研究了该类锻件等温精密模锻的成型工艺和变形规律,结果表明:模锻后期型腔内剩余金属过多和金属沿径向流动过快是复杂盘饼类锻件产生折叠和流线紊乱的主要原因;模锻时发生强烈的剪切变形会引起粗晶缺陷;预锻制坯工艺不合理是终锻件出现流线露头缺陷的主要原因.     

复合材料长桁机械成型工艺

复合材料自动化成型技术在提高复合材料生产效率、降低复合材料制造成本等方面都具有明显优势,为了改进传统生产效率低、质量稳定性差的缺点,利用设计的长桁机械成型设备制备预成型制件,研究了预成型速率以及预成型温度等工艺参数对于成型制件质量的影响,通过尺寸测量、金相分析等方法表征制件拐角厚度、纤维体积分数、孔隙率、纤维偏转变形等参数。结果表明:97℃预成型温度、1~3 mm/min预成型速率、[90°/45°/0°/-45°]2s铺层方式、2. 99 mm成型间距是较优的成型工艺参数,采用此工艺参数制造的制件厚度均匀、孔隙缺陷少、纤维偏转变形小、质量良好,在铺层表面添加聚四氟乙烯布保护层可以有效改善45°方向铺层出现的纤维偏转变形问题。     

民机典型前缘结构抗鸟撞分析研究

为保障飞行安全,CCAR25部对民机结构抗鸟撞性能提出了严格的指令性要求,须对机翼前缘、平尾前缘和垂尾前缘等典型前缘结构进行鸟撞分析。鸟撞分析涉及到结构的动力学分析、鸟体的本构关系模拟、材料的高速非线性效应以及结构大变形等多方面因素的影响,相关的计算复杂,会耗费结构设计人员大量的精力和时间。通过采用经验公式和仿真分析方法对前缘结构抗鸟撞性能进行快速的分析,可达到对结构的抗鸟撞能力进行快速预估并从而指导设计的目的。     

民机典型前缘结构抗鸟撞分析研究

为保障飞行安全,CCAR25 部对民机结构抗鸟撞性能提出了严格的指令性要求,须对机翼前缘、平尾前缘和垂尾前缘等典型前缘结构进行鸟撞分析。鸟撞分析涉及到结构的动力学分析、鸟体的本构关系模拟、材料的高速非线性效应以及结构大变形等多方面因素的影响,相关的计算复杂,会耗费结构设计人员大量的精力和时间。通过采用经验公式和仿真分析方法对前缘结构抗鸟撞性能进行快速的分析,可达到对结构的抗鸟撞能力进行快速预估并从而指导设计的目的。     

考虑温度效应的干纤维预制体压缩蠕变模型

纤维织物预制体蠕变/回复行为的描述对于模拟复合材料的制造过程至关重要。为分析与预测CF3031干纤维预制体在预成型过程中的厚向变形行为，进行了干纤维预制体的蠕变/回复实验，并对实验结果进行计算分析，建立了材料本构模型。首先，采用最小二乘法原理和叠加原理对比分析不同蠕变计算模型对CF3031干纤维预制体蠕变/回复实验数据的蠕变部分及整体拟合效果。结果表明，Burgers模型整体计算效果优于其他模型。而后，在传统Burgers模型的基础上，提出了1个单方程形式且适用于不同的蠕变应力和预成型温度的材料模型，用于描述干纤维织物预制件时间依赖性的厚向蠕变/回复行为。模型系数根据实验数据分析及最小二乘法获取。最后，将建立的本构模型用于预测新设计的实验结果，结果显示实验曲线与模型预测曲线基本吻合，证明了该方法的有效性。     

GH169合金的本构关系研究

GH169合金主要是作为变形合金而得到广泛应用。因此,迫切需要明确其流动应力与变形条件的关系,即本构关系。文献[1]曾对GH169合金进行了这方面的研究,但所研究的结果只适用于预成形过程,而且所得到的本构关系与实测数据误差较大。近代航空发动机的涡轮盘广泛采用GH169合金制造,其锻造过程一般由预锻和终锻过程组成。     

三维浅交弯联机织复合材料弯曲性能的有限元分析

借助Pro/Engineer绘图软件,建立三维浅交弯联机织复合材料及弯曲压头的结构模型,进行弯曲性能研究。借助ANSYS Workbench有限元软件,探究复合材料在5 mm弯曲位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布,并对复合材料的破坏模式进行预测。结果表明:三维浅交弯联机织复合材料在弯曲载荷的作用下,试样与上、下压头接触处最容易发生弯曲破坏;三维浅交弯联机织复合材料在承载弯曲载荷时,增强体纤维起到主要承载作用,树脂基体起次要承载作用;在5 mm的弯曲载荷作用下,复合材料的破坏模式主要是树脂的破碎。     

自发汗冷却材料的研究现状

对自发汗冷却材料的种类及特点进行了简介,综述了自发汗冷却材料的几种主要制备方法及其优缺点,详细阐述了自发汗冷却材料的研究现状、影响因素及其应用,并对其发展方向进行了讨论.     

TiC 颗粒增强钛基复合材料的动态损伤本构

分析了TiC颗粒增强钛基复合材料的微损伤演化规律,建立了含损伤演化的动态本构模型。TiC颗粒增强钛基复合材料在拉伸载荷作用下,微裂纹以翼型裂纹形式扩展,基于平面翼型裂纹扩展模型,建立了二维动态损伤本构关系,并退化到一维拉伸状态,假设微裂纹成核规律满足Weibull分布,得到了一维拉伸应力状态下能够反映TiC颗粒增强钛基复合材料的损伤演化规律的宏细观相结合的动态本构关系。模型计算结果与试验结果吻合较好。     

聚丙烯腈基碳纤维在航天领域应用及发展

综述了国内外聚丙烯腈基碳纤维的研究发展历程和现状,重点介绍了聚丙烯腈基碳纤维及其复合材料在导弹武器、运载火箭、卫星和航天飞机等航天领域的应用发展情况,并对国产聚丙烯腈基碳纤维的发展提出了一些建议。     

高强不锈钢的发展与应用技术

结合国内外高强度不锈钢的发展情况,介绍国内此类钢种研发最新成果及其强韧化机理,综合评价了其发展趋势和应用前景.     

三维五向编织复合材料强度的有限元分析

在已有三维五向编织复合材料单胞实体模型的基础上,基于等应变假设和最大应力失效准则,采用3D有限元法建立了三维五向编织复合材料的拉伸强度有限元分析模型。利用该模型计算了试件的拉伸强度,与现有实验数据进行对比,吻合较好。数值模拟表明:三维五向编织复合材料主要的拉伸失效形式为轴纱的正应力破坏,与已有文献的观测结果一致。     

多层隔热结构研究进展

多层隔热(MLI)结构在高真空环境下具有极低热导率,主要用于太空环境下飞行器和大型燃料贮箱的隔热.本文对MLI结构的隔热原理、选材、制备工艺及应用等进行了综述,简要介绍了国内外MLI结构的研究进展和发展趋势,提出进一步改进MLI的性能是我国实现飞行器长期在轨运行和深空探测的重要研究方向.     

太阳帆材料研究进展

太阳帆飞船由于无需动力等优势近年来引起了各国科学家的研究兴趣,并在深空探测领域具有重要的应用前景.太阳帆的结构设计和材料选择是影响其性能的重要因素,本文结合太阳帆飞行环境的特点,介绍了太阳帆的基本结构和飞行原理,重点针对目前几种比较典型的太阳帆设计,对其支撑材料以及帆面薄膜材料进行了综述,并分析了各种材料和设计的性能特点.     

薄片状聚酰亚胺多孔材料的研究进展

综述了薄片状聚酰亚胺多孔材料的研究进展,主要介绍了薄片状的聚酰亚胺多孔材料的产品种类、研究单位、性能指标、应用情况及制备方法,并提出了目前对薄片状聚酰亚胺多孔材料研究存在的问题以及研究现状,展望了薄片状聚酰亚胺多孔材料在今后的研究方向和发展趋势.薄片状聚酰亚胺多孔材料,已经作为垫片用在宇宙飞船的多层隔热系统中,甚至会逐渐替代传统的多层隔热系统材料.