玻纤增强树脂基复合材料声发射研究

纤维复合材料作为优异性能复合材料的代表在各行业得到越来越广泛的应用,其检测以及评价方法也随之得到广泛的关注与应用。通过对玻璃纤维环氧树脂复合材料拉伸加载,在加载过程中用声发射设备采集数据,利用声发射计数与载荷、时间间的相互关系对玻璃纤维复合材料进行评价,得到玻璃纤维/环氧树脂复合材料声发射的临界载荷以及强度等信息与声发射撞击计算之间的关系。     

石英纤维增强天线罩烧蚀应力耦合试验及仿真分析

介绍了新的一种针对纤维增强复合材料天线罩的边烧蚀边加载的热力耦合试验方法,该试验方
法通过燃气流发动机及应力载荷加载装置实现了天线罩烧蚀状态下的应力考核,针对此试验方法开展了仿真
模拟计算,通过仿真数据与试验测试数据对比验证了烧蚀应力耦合仿真计算方法的正确性,从试验和理论分析
两个角度反映了纤维增强结构天线罩在烧蚀状态下的强度,为天线罩烧蚀应力耦合试验与纤维增强复合材料
的仿真计算开辟了一条新途径。     

7475铝合金在恒幅及所选变幅加载历程下的裂纹扩展研究

导致加载序列作用的加载历史极大地影响着变幅加载下的疲劳裂纹扩展行为。本研究完成了一个恒幅及简单变幅加载历程下的探索性试验研究计划,以进一步了解序列影响并提供一个评价和改进现有裂纹扩展预测方法的基础。本研究的第一部分是进行宽范围应力比下的恒幅裂纹扩展试验。试验结果以及试验期间断口型态的转变可以在有效应力强度因子范围△Keff 的基础上来表示。第二部分是进行系统变化高载、低载以及卸载的简单序列下的裂纹扩展试验,测量裂纹扩展行为。最后提出关于预测模型的进一步发展的一般性看法。     

单向陶瓷基复合材料单轴拉伸强度研究

采用细观力学方法对单向纤维增强陶瓷基复合材料单轴拉伸强度进行研究.采用剪滞模型描述复合材料出现损伤后的细观应力场,结合基体随机开裂模型、断裂力学界面脱黏准则确定基体裂纹间距及界面脱黏长度.当基体裂纹达到饱和后,假设纤维强度服从威布尔分布,完好纤维和断裂纤维承载满足总体载荷承担法则,采用纤维随机失效模型确定继续加载过程中纤维断裂概率及断裂位置,当纤维承载达到最大时,复合材料失效.讨论了基体威布尔模量和特征强度、纤维/基体界面剪应力和界面脱黏能、纤维威布尔模量和特征强度对纤维失效,进而对复合材料拉伸失效强度的影响.与试验数据对比表明:提出的模型是有效的.      

复合材料冀身组合体结构有限元分析

对某复合材料的翼身组合体进行静强度有限元分析，得出其应力、应变，并将之与试验结果进行比较，确认模型的可行性，并根据复合材料的许用应变给出最大试验外载放大系数。最后，结合试验给出一些建模体会。     

多向铺层碳/环氧复合材料特性及声发射分析

 本文对六种多向铺层的碳纤维增强环氧复合材料的拉伸破坏性能进行了研究,并采用声发射技术监测其损伤扩展过程,分析了它们的破坏机理。 新型的高性能碳纤维增强环氧复合材料应用于宇航、机械及体育器具等,由于工作条件及受力情况是复杂的,采用多向铺层才能满足受拉、压、弯、剪、扭等不同载荷的分别组合,具体铺层设计要针对主要承力情况来确定。多向铺层复合材料的损伤破坏比单向铺层的情况复杂,更需要采用试验的手段来研究它们的力学性能和破坏机理。在非破坏性测试中声发射技术的特点在于能够配合加载装置在进行试验过程中检测并记录复合材料的破坏过程,而且不移动探头的位置即可监测材料的较大区域,因此应用愈来愈多。声发射技术是利用材料或构件受力变形或损伤过程中应变释放产生弹性波这一原理来检测材料的缺陷、退化和破坏,评定材料的性能。声发射技术可以检测复合材料的剪切破坏及拉伸屈服破坏、分层及纤维断裂、粘接强度等。 本工作对六种多向铺层碳/环氧复合材料（包括0/90、±45°、30/60和三种碳布）进行拉伸试验,确定了它们的强度、模量、最大应变率及泊松比,给出六种不同铺层的应力应变关系以及声发射信号量的关系。采用声发射技术配合显微镜观测手段分析不同铺层的碳/环氧材料的声发射表征     

复合材料连接挤压破坏的声发射分析及挤压强度确定

随着我国航空事业的发展,飞行器设计中已愈来愈多地采用先进的碳/环氧复合材料结构。挤压破坏是复合材料机械连接的主要破坏形式。分析其破坏过程,确定出挤压强度,对解决复合材料连接设计问题是非常重要的。 实践表明,测定复合材料构件所能承受的最大挤压应力较易进行,一般均能获得所需结果。但对设计人员来说,更加关心的是许用挤压应力。金属材料许用挤压应力通常是由屈服应力决定的。对于不存在“屈服”点的碳/环氧复合材料确定许用挤压应力,目     

复合材料拉伸时的声发射分析

本文分析了碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)纵向拉伸过程的声发射行为,指出复合材料的破坏实质上是损伤累积的过程。实验结果表明,尽管CFRP和GFRP的声发射有明显的差别,但这些脆性纤维复合材料的初始破坏应力为最终破坏应力的65%左右。     

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。     

纤维增强涡轮轴结构失效模式分析方法及试验验证

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析问题,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立细观力学代表性体积元(RVE)模型,通过编程模拟实现模型的周期性边界条件,计算纤维增强复合材料应力响应,将其均值应力转化为真实应力,确定失效包线。建立连续纤维增强轴结构力学模型,计算轴结构在扭转载荷下的应力响应。通过复合材料层合板主偏轴关系应力转化,将危险单元各方向宏观应力响应计算结果转化到细观力学RVE模型上,即为细观力学RVE模型受载情况。结合细观力学失效边界确定复合材料轴结构危险位置失效模式,当扭转载荷达到5 000～5 500 N·m之间,复合材料最外层即层6(+45°)首先达到基体拉伸失效载荷。开展复合材料轴结构失效模式试验,在扭转载荷达到6 000 N·m时,声发射信号相互叠加,大部分均为中频信号,中频信号多为基体、界面开裂信号。与模拟仿真计算结果对比分析,验证连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析方法的有效性。利用所建立模型预测了某型发动机低压涡轮轴的失效载荷及失效模式。     

三维机织复合材料的一个细观力学模型

根据三维机织复合材料中细观几何和变形的周期性,提出了一种反映细观周期约束条件的组合梁单元模型,该模型既考虑了纤维束的偏轴拉压效应,又考虑了纤维束的弯／剪耦合效应和纤维束之间的相互作用,可以描述纤维束和基体中的细观应力分布。针对一种典型的三维机织复合材料,研究了根据编织参数确定材料细观结构的方法,在此基础上选取材料中最小周期的一段纤维束作为分析胞元,用上述模型分析了面内拉伸荷载下胞元中各相材料的细观应力,进而得到材料平均的宏观模量。材料试验和二维细观有限元分析证明了本模型的可靠性。研究表明,三维机织复合材料中,纤维束拉、弯耦合效应引起的细观应力在应力分析中不可忽略。     

CFRP超高周疲劳损伤演化过程

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天等领域得到广泛应用，CFRP构件的超高周疲劳问题逐渐凸显出来。本文采用超声三点弯曲疲劳试验系统对CFRP复合材料的损伤演化过程进行研究。结果表明：CFRP复合材料在超高周三点弯曲加载下的S-N曲线呈阶梯状，尤其在10⁸周次后，其疲劳强度明显下降。通过对CFRP复合材料在同一视场不同周次下的损伤过程进行分析，发现该材料在超高周加载下的损伤形貌主要表现为3种特征：纤维束交叉处基体损坏、近纤维束平行段基体空洞、基体贯穿，并随着加载周次的增加，其损伤过程也按照这3种特征依次呈现出来。     

单向玻璃纤维增强树脂基体复合材料拉伸失效机理

应用ANSYS有限元商用软件,建立单向玻璃纤维增强树脂基体复合材料轴对称平面Whitney和Riley分析模型,利用非线性有限元分析方法,研究该类复合材料纤维长径比变化对材料整体力学行为的影响,同时研究该类复合材料中纤维与基体界面结合强度分布形式对材料破坏方式的影响。研究表明:纤维在基体中的埋深长度与基体对纤维包裹厚度应保持在一个最佳范围,高过一定值后增强作用几乎不再增加,过低又不能保证复合材料足够力学性能;随着纤维与基体上端界面结合强度增加,纤维界面上端正应力绝对值出现最大值,并且纤维界面上下端正应力转化为压应力,因此材料的断裂位置为上端加持部位附近,下端加持部位附近没有出现界面脱粘现象;随着纤维与基体下端界面结合强度的增加,纤维界面下端正应力绝对值出现最大值,并且纤维界面上下端正应力转化为分离力,因此材料断裂位置为材料下端加持部位附近,上端加持部位附近出现纤维与基体脱粘现象。     

基于临界折射纵波法的CFRP应力检测

研究了不同纤维方向与应力方向对复合材料声弹性关系的影响。为了在材料内部激励临界折射纵波,本文根据斯涅耳定律设计了超声入射楔块,并搭建了声时差检测系统。并使用搭建的系统分别测量了0°、45°单向铺设的两种试样在0°、45°和90°方向的声时差变化,得到了不同加载方向和纤维方向组合情况下,由CFRP材料内部应力与声时差表征的声弹性关系。     

环境温度对二维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响研究

为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响，在室温和800℃，1 000℃，1 200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜拍摄了试件的断口形貌。结果表明：800～1 200℃内，二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸应力-应变响应同样具有明显的双线性特征，初始线性段的弹性模量与室温测试结果相近，高温环境下第二线性段弹性模量低于室温环境；800～1 200℃惰性气体环境下材料拉伸强度较室温环境低20%左右；温度主要影响材料中纤维与基体的结合状态和SiC纤维的强度。一方面，温度越高断口纤维拔出情况越严重；另一方面，温度越高SiC纤维强度越低，二维编织SiC/SiC复合材料强度也有所下降。     

几种应力选取方法对Stranas强度评估结果影响的研究

基于机身壁板许用值试验数据,研究了用结构强度评估软件Stranas对壁板强度评估时壁板应力选取问题。提出了5种应力选取方法,分别用Stranas预计了8种轴压壁板构型和12种剪切壁板构型的破坏载荷,同试验结果进行了比较,给出了分析结论。     

复合材料-钛合金混合结构多钉连接钉载分布及有限元计算

连接部位通常是复合材料结构强度的薄弱环节,复合材料的多钉连接由于存在钉载分配不均匀性而 降低了其连接的强度,因此确定钉载分布规律及其影响因素对提高多钉连接的传载效率具有重要意义。以复 合材料-钛合金混合结构为研究对象,分析凸头、沉头两种紧固件连接下复合材料板间共固化、胶接和分离三 种装配形式的钉载分配特性以及不同装配形式对钉传载荷的影响;利用应变电测法测量连接区钉孔的应力分 布;采用 ABAQUS软件建立三维有限元实体模型,对钉群的钉载分配行为进行仿真分析及试验验证。结果表 明:除沉头铆钉复合材料板共固化连接件的钉载分配呈加载端至支反端逐渐递减的阶梯状外,其他各形式连接 件的钉载分配皆呈两边高、中间低的浴盆状,仅各排钉载所占比例有所区别;复合材料板分离件各排钉载差距 最大,胶接件次之,共固化件差距最小。     

复合材料气瓶声发射检测初步研究

通过对十个碳纤维复合材料气瓶的声发射检测试验研究,初步探索了平面定位技术、费利西蒂比对复合材料气瓶工艺质量和损伤严重性评价的可行性,同时还摸索了复合材料气瓶压力循环疲劳过程的声发射特性.研究认为:声发射作为复合材料气瓶工艺质量和损伤严重性评价方法是可行的,平面定位结果和疲劳试验结果对气瓶质量评价有一定的辅助作用,声发射费利西蒂比值越高则气瓶损伤严重性越低.     

复合材料干涉连接钉载分配研究

复合材料在飞机机体主承力结构中的使用越来越广泛,间隙连接使复合材料许用应变值难以发挥,影响了接头效率,为此提出采用用于复合材料结构的干涉连接紧固系统,以使孔周应力状态和应力集中系数得以改善,提高连接接头的钉载分配能力和结构抗载能力。     

复合材料飞机结构材料和设计许用值的确定方法

分析国内外复合材料飞机结构材料许用值、设计许用值的确定原则和方法,研究给出了复合材料结构材料许用值的表征和应用、试验以反试验数据的统计分析方法,以及静强度、疲劳强度、损伤容限和修理设计许用值的确定方法.