基于有限元的Nomex蜂窝芯等效面内模量计算

正蜂窝夹层结构具有较高的比刚度和比强度,被广泛应用于航空航天领域。对于蜂窝夹层结构,一种方法常采用壳单元模拟以获得整体力学响应~([1])。另一种方法则采用壳单元模拟面板并建立蜂窝芯细节模型,蜂窝壁面用壳单元或实体单元模拟~([2]),这种方法可以精确地捕捉蜂窝芯与面板的脱粘、蜂窝芯局部损伤及壁面屈曲等细节特性,但随着结构尺寸的增加,计算成本急剧增加。为了提高计算     

复合材料夹层结构蜂窝与面板脱粘研究

论述了真空固化炉成型复合材料夹层结构研制中出现的蜂窝与面板脱粘原因及解决方案。通过分析复合材料夹层结构脱粘原因,提出解决方案,并通过工艺试验进行验证,为复合材料夹层结构脱粘分析及解决方案提供参考。     

复合材料夹芯结构的数字化敲击检测技术研究

从复合材料夹芯结构的无损检测需求出发,简述了基于敲击力时间判据的数字化敲击检测技术原理,介绍了便携式数字化敲击检测成像系统的设计过程,针对不同结构类型和不同损伤尺寸的夹芯结构试件开展了敲击检测试验验证,并对检测结果进行了讨论和分析。试验证明数字化敲击检测技术能够有效检测蜂窝夹芯结构和泡沫夹芯结构中的分层和脱粘缺陷。     

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.     

基于工程应用的蜂窝夹层结构有限元建模方法

通过对蜂窝夹层结构受力特性的分析,提出了"组合元素法"的有限元建模方法,并通过典型受力蜂窝夹层结构的理论计算以及典型蜂窝壁板的强度试验,验证了方法的有效性,解决了飞机运动翼面复合材料蜂窝夹层结构的强度设计难题,同时也为航空、航天等其他类似结构的强度设计提供了借鉴和参考.     

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。     

低成本全厚度缝合的复合材料泡沫夹层结构效率评定

探索了全厚度缝合的复合材料闭孔泡沫夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。为了比较，用同样的材料和工艺制造了未缝合泡沫夹层和密度相近的Nomex蜂窝夹层结构。完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗／损伤容限实验研究。结果表明，泡沫夹层缝合后，大大提高了弯曲强度／重量比、弯曲刚度／重量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、CAI强度和破坏应变。这种创新的结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低，可以在飞机轻质机体结构设计中采用。     

空气耦合超声金属/非金属粘结缺陷检测

为提高SRM粘结结构脱粘缺陷检测效率,实现大面积快速自动检测,基于漏兰姆波检测原理,提出使用空气耦合超声兰姆波检测技术,对钢/树脂/橡胶粘结结构进行检测研究。使用二维傅里叶变换识别粘结结构中兰姆波模态,从兰姆波波结构出发分析了不同模态兰姆波对于脱粘缺陷的敏感性;使用空气耦合检测系统对不同尺寸缺陷进行定量检测,最后使用概率损伤成像算法对缺陷进行成像。结果表明：兰姆波幅值随脱粘缺陷的尺寸增大而增大,不同兰姆波模态检测灵敏度不同,检测灵敏度高的模态其离面位移更大,使用800 kHz频率的S₀模态检测灵敏度高于A₀模态,兰姆波成像算法能够快速准确的对脱粘区域进行定位成像。空气耦合超声兰姆波技术能够快速有效地对SRM脱粘缺陷进行检测,提高了检测效率,为非接触超声的实际应用提供了有益探索。     

U型蜂窝夹芯前缘制造技术研究

为解决U型蜂窝夹芯前缘制造过程中常见的脱粘、铺层皱褶、蜂窝芯尺寸超差等技术质量问题,从调整蜂窝芯展开基准面、优化蜂窝芯热定型工艺、控制铺层滑移等角度入手、完善此类零件的制造工艺流程。经过多个典型件验证,零件表面平整,外形尺寸符合要求,内部无缺陷,研究结果给相似零件的制造提供了借鉴。     

低速冲击对K-cor夹层结构力学性能的影响

K-cor夹层结构是应用Z-pin技术增强的一种新型高性能夹层结构,本文基于落锤冲击实验对低速冲击下K-cor夹层结构的力学性能进行了研究,结合红外无损检测和冲击后压缩强度（CAI）试验,对不同Z-pin植入参数和芯材厚度对K-cor试样的冲击损伤阻抗进行了深入研究。研究结果表明：K-cor夹层结构的芯材越厚,则其冲击损伤面积越大,但剩余压缩强度比越高;在不超过植入间距的前提下,增加Z-pin的折弯长度能显著的降低K-cor结构冲击后的损伤面积,提高压缩强度;在相同芯材密度的情况下,提高Z-pin的折弯长度比增大植入密度更有利于减少K-cor试样冲击后的损伤面积,提高试样的压缩强度和其剩余压缩强度比。     

复合材料飞机结构强度新规范要点评述

基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范,阐述了中国复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。其要点为:以承认性能表征多样性和材料与结构同时形成为基础的材料和工艺要求;以承认初始缺陷/损伤对结构静强度有影响为基础的设计许用值确定方法;以需要特别考虑湿热环境影响为特点的静强度设计和验证;以承认静力覆盖疲劳和考虑冲击损伤阻抗为特点的耐久性设计和验证;以冲击损伤及损伤无扩展为基础的损伤容限设计和验证;以全尺寸部件和由试样、元件(包括典型结构件)、组合件组成的多层次积木式设计验证方法相结合为基础的结构验证试验。     

含缺陷复合材料T型接头失效数值分析

 针对复合材料T型接头优化设计问题,利用粘聚区模型(CZM)建立了可预测复合材料接头拉伸破坏过程的分析方法.将填充物缺陷加入该模型,填充区裂纹的起始是随机的,重点分析填充物缺陷的位置、尺寸大小以及填充物刚度对接头承载能力的影响.计算结果表明:模拟结果与实验结果吻合较好;无论缺陷位置如何,缺陷尺寸越大,结构承载能力越弱;结构承载能力对上角缺陷最为敏感;填充物刚度在3~50 MPa时,填充物刚度较大的接头损伤容限特性更好;不同的缺陷位置,破坏模式差异较大,但起裂点或最终失效处都在缺陷附近的基体中.     

CFRP网格面板蜂窝夹芯结构锁相红外检测方法

依据CFRP网格面板蜂窝夹芯结构、成型工艺、使用环境,以有效检测其内部脱粘、分层、纤维断裂缺陷为目标,设计并制作了含有典型缺陷试块,通过试验确定了锁相红外热成像检测的锁相周期、锁相频率等检测参数,建立了锁相红外热成像检测方法。试验表明:该方法能够有效的检测并分别出CFRP网格面板蜂窝夹芯结构中的脱粘缺陷、分层缺陷、纤维断裂。     

直八主桨叶后段件与大梁胶接早期失效分析

直八主桨叶是在法国“超黄蜂”主桨叶的基础上研制的，1994年设计定型。由于当时制造工艺方面的原因，从1993年至2008年期间制造的主桨叶在使用400小时左右，不少后段件存在不同程度的局部开胶现象。文章主要针对后段件胶接失效的原因分析及改进的工艺方法进行论述。     

低能量冲击损伤复合材料飞机结构的强度性能研究

论述了含冲击损伤复合材料飞机结构的强度性能,涉及到该研究领域的主要方面,包括复合材料冲击损伤机理及特点、冲击损伤对结构性能的影响、耐久性／损伤容限要求及设计分析方法等。讨论如何进一步提高复合材料飞机结构冲击强度的设计水平。     

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。     

直升机复合材料夹层结构边用轻质高刚性SynCore胶膜应用验证研究

随着复合材料夹层结构在直升机上应用越来越广泛,其结构边设计极为重要,既要满足零件连接和气动外形设计要求,又要尽可能地实现轻量化设计目标。本文设计了典型层压板元组件试验件,通过试验与理论相结合的方法,对SynCore胶膜材料进行了应用验证研究。结果表明：HC 9823.1 K20 aero胶膜的元组件试验数据稳定可靠,用挤压强度44.8MPa可作为直升机复合材料夹层结构设计与强度校核的参考依据     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高,高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势,特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求,对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析,在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明,激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征,其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低,性能分散性小,综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比,激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%,结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂,其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

新型碳纤维点阵复合材料技术研究

为了制备新型轻质高强材料,研究了满足拉伸主导型设计和临界细长比限制的点阵材料构形特征.针对碳纤维复合材料特点,开发了三维穿插编织工艺,在此基础上设计制备了碳纤维点阵复合夹层梁结构.对比蜂窝和碳泡沫材料分析点阵夹层结构的基本力学性能.研究表明点阵夹层结构具备整体成型、不发生层间脱胶破坏、比刚度和比强度高等优点,是一种很有前景的新型航空航天材料.     

机载蒸发循环系统结构的轻量化设计

机械结构作为机载蒸发循环系统主要的支撑件,具有较大的质量并承受来自直升机的振动冲击作用,其结构性能影响着整个系统的正常功能,在保证足够强度和刚度的前提下,对结构进行轻量化设计具有重要的理论意义和实用价值。首先,采用ANSYS软件对机载蒸发循环系统进行有限元分析;然后,借助Pro/E与Ansys Workbench之间的双向参数实时传递功能,对结构进行参数化设计,在此基础上采用灵敏度分析法获取对模型优化目标影响较大的关键尺寸参数;最后,采用多目标遗传算法对结构进行优化设计。结果表明:在满足设计要求的前提下,结构质量比原来减少了24.4%,得到了最佳结构参数,实现了轻量化目的。