新复合材料夹芯壁板式组合结构等参元计算

飞机副翼采用碳纤维/环氧,Nomex纸蜂窝夹芯壁板与碳纤维/环氧实心梁、肋空间组合结构在国内还是首次。作者结合某改型机副翼的设计进行了应力应变有限元的分析计算,编制了一套通用于翼面的夹心壁板组合结构八节点等参元计算程序,按用于微机IBM-PC及其兼容机编制,从而使计算费用大为降低,将计算结果与原结构数据分析比较证明,计算所得的应力应变分布规律正确,适用于高性能的新型复合材料夹芯结构计算。     

空间智能天线夹芯结构热变形力学分析

空间智能天线夹芯结构是一种集承载、维形和微波通讯于一体的多功能结构。该结构将微带天线阵列植入复合材料夹芯结构蜂窝芯体中,既满足了结构力学和热力学性能要求,又满足了被植入天线的电性能要求,实现了空间结构的多功能化,降低了系统综合质量。本文针对低地球轨道的空间热环境,选取低热膨胀系数、低密度、高强度、高模量、耐高温及透波性好的复合材料,基于复合材料力学经典理论分析设计了面内热膨胀系数接近于零的复合材料蜂窝夹芯结构面板,并且对空间智能天线夹芯结构在低地球轨道典型空间环境下的结构热力学响应进行了有限元分析。结果表明,该空间多功能智能天线夹芯结构可以满足在轨空间温度环境下结构变形指标要求。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤扩展特性

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯板低速冲击试验及冲击后面内单向压缩试验,并采用解析解方法对含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯板在面内单向压载作用下的损伤扩展过程进行了预测与分析,分析结果与试验结果吻合较好.研究进一步扩展了解析解模型,使之能够预测和分析在面内双向拉压载荷作用下含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯结构的损伤扩展特性.分析结果表明,施加面内横向拉伸载荷会延迟复合材料蜂窝夹芯结构在面内纵向压载作用下低速冲击损伤扩展过程,从而提升结构在纵向的残余压缩强度.     

一种新的纤维增强复合材料细观力学模型

研究了复合材料宏、细观特征之间的联系，将宏观复合材料体中的一点赋予了细现结构特征。基于细现结构周期性假设，建立了一种细观力学模型。模型中用高阶多项式函数模拟基体和增强相中细现位移场，通过对细现单元力学方程的分析与求解，建立了复合材料宏、细观力学变量之间的联系。该细现力学模型，不仅能用于复合材料宏观有效性能的预测及细现应力、应变场的分析，而且容易融入常规有限元法中，实现对复合材料结构的宏、细观一体化分析。以该细观力学模型为基础的计算结果与试验结果及理论计算值具有较好的一致性。     

复合材料的安全系数统计分析

为了解决纤维增强树脂基复合材料(Fiber-reinforced plastics．FRP)结构设计中安全系数的取值问题,本文利用强度服从三参数Weibull分布。应力服从Gumbel分布时复合材料结构安全系数厂与可靠度之间的关系，对一些常用的FRP的安全系数与可靠度之间的关系进行了统计分析。给出了几种常用类型复合材料在不同应力变异系数和不同可靠度要求下的安全系数的统计取值范围。得到了应力变异系数为0．1,0.15和0.2时这些FRP的安全系数分散带。对于应力变异系数不等于0．1,0．15和0．2的情况，可以采用文中方法进行具体分析或进行插值计算。并得出了材料强度和应力的分散性对安全系数具有很大影响的结论。这对于复合材料结构设计有重要的参考价值。     

复合材料构件安全系数的统计分析

根据纤维增强树脂基复合材料的特点,提出了按照限定应变准则确定复合材料安全系数的方法;讨论了极限应变、应力及弹性模量均服从正态分布时复合材料的安全系数f与可靠度Re之间的关系,对一些常用复合材料的安全系数与可靠度之间的关系进行统计分析.分析结果表明:CFRP和GFRP材料的可靠度和安全系数之间的关系基本相同.如要使可靠度达到0.999 9,B值安全系数应为1.4～1.6.     

导弹复合材料立尾的动力特性分析

对Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理进行了详尽论述。依据该变分原理推导了基于折线假设的复合材料层板元素的刚度矩阵，复合材料面板蜂窝夹芯元素的刚度矩阵。在形成元素刚度矩阵时，在子域一极求逆节省大量机时。介绍了动力特性的分析和试验方法。运用Ｈ－Ｒ元素计算了导弹复合材料立尾的动力持性，取得了满意的结果。     

起圈织物泡沫夹芯复合材料Ⅰ/Ⅱ型断裂韧性研究

夹芯复合材料在受到弯曲、剪切和冲击等载荷作用下易发生脱层损伤。脱层损伤程度与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性密切相关。起圈织物由于在其厚度方向引入环状纤维束，增强了与芯层的结合能力，使其在抗分层方面性能优良。本文主要研究起圈织物泡沫夹芯复合材料的Ⅰ/Ⅱ型界面断裂韧性。根据试验标准分别制作了平纹织物泡沫夹芯复合材料和起圈织物泡沫夹芯复合材料。采用双悬臂梁试验（Double cantilever beam, DCB）和末端缺口挠曲试验（End notch flexure, ENF）对上述试验件的增韧机理进行了研究。研究表明，环状纤维束的引入大大提高了界面性能。起圈结构相较于平纹结构的Ⅰ型断裂韧性GⅠC提高了434%，Ⅱ型断裂韧性GⅡC提高了400%。通过建立有限元模型，采用内聚力模型来描述裂纹的扩展，数值结果与试验结果吻合较好。     

复合材料夹芯结构翼面的有限元分析

本文根据Hellinge-Reissner变分原理,用混合-杂交等参夹芯层板单元对复合材料夹芯结构翼面的静、动力特性进行有限元数值分析,并与相应的试验结果作了比较,证明分析是成功的。     

碳纤维织物增强树脂复合材料准静态压缩力学性能实验

针对一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料,对其三个主方向（垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向）进行了准静态压缩实验,得到了三个主方向上准静态条件矿下的应力-应变曲线和压缩强度。通过对各主方向上的应力-应变曲线的分析,表明该复合材料各主方向上压缩力学性能是碳纤维和树脂基体的力学性能共同起作用的结果,同时碳纤维的初始微屈曲对纵向压缩力学性能、压缩强度都会产生很大影响;碳布经向和纬向的压缩强度都低于垂直于碳布方向的压缩强度,但弹性模量较高;各主方向的压缩破坏模式也有所不同。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

多孔夹芯多层复合板的总传递矩阵及其吸隔声分析应用

以多孔夹芯多层复合板新材料为研究对象,在推导验证多孔材料传递矩阵和均质材料传递矩阵的基础上,建立了可随叠层顺序任意组合的总传递矩阵,借助matlab编制了相关程序软件,对多孔夹芯多层复合板的隔声量和吸声系数进行了理论分析计算,探讨了不同材料参数,不同叠层组合对复合材料的隔声量、吸声系数的影响,该总传递矩阵及其总隔声量与吸声系数理论计算公式的建立为研发新型轻量化多层复合吸隔声板提供了有效手段。     

基于光纤光栅的编织复合材料多点热应变监测

为研究三维编织复合材料的热特性，本文利用编入编织复合材料结构的光纤Bragg光栅传感器来测量其内部多点热应变。为消除光栅自身温度受温度的影响，本文提出了用另一个自由状态光纤Bragg光栅对其进行温度补偿的方法。通过实验获得了编织复合材料的热应变与温度关系曲线。实验结果表明，碳纤维／环氧树脂三维编织复合材料结构的编织角较小时，在编织方向上的热膨胀率为负。     

面向设计的纤维缠绕复合材料压力容器结构分析方法

基于薄膜理论和经典层合板理论，导出了纤维缠绕轴对称壳的薄膜内力、应力、应变和位移等计算公式，旨在探讨一种面向纤维缠绕复合材料压力容器设计的结构分析方法。最后，通过两个算例评估了方法的有效性。     

基于细以方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析

针对高体积含量的颗粒增强复合材料，提出了一种细观结构模型：将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球，两颗粒之间的连接基本简化为一弹塑性短圆柱体，并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。其体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空是，以此为基础，建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。数值求解这两个方程，可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式，从而建立颗粒对的细观弹塑性本构，采用平均化方法，进一步推导出材料宏观的应力－应变关系。本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟，理论预测与实验结果吻合较。     

复合材料夹层壳的一致有效大挠度理论

复合材料夹层壳是航空航天领域中重要的结构,但它的理论特别是非线性理论还需要进一步发展,才能满足工程应用的要求。本文根据能量误差一致原则和量阶分析方法,利用Lagrange描述法首先得到复合材料夹层壳的一致有效Green应变张量,协调方程和第二Piola-Kirchhoff应力张量。据此和几个基本假设进一步获得了复合材料夹层壳的内力、内力矩的本构方程。应变能密度函数和位能泛函。再利用最小位能原理,得到了平衡方程和边界条件。这些方程在小应变,中/小转动一阶近似的意义上是一致有效的。 根据Koiter伪扁壳概念,对已获得的方程作进一步的近似处理和推导,本文最后获得复合材料夹层伪扁壳的Donnell型方程。     

纤维增强复合材料对称层合板螺栓连接区强度预测

本文以经典层合理论为基础的二维有限元分析方法来预测纤维增强复合材料对称层合板螺栓连接区的承载能力及应力的破坏模式。在非线性迭代过程中采用大、小步长交替变步长载荷增量法和其它一些措施来加速并保证迭代的收敛。本文编制的程序具有较强的前后处理功能,由数例表明本文算法和相应的程序是有效的。     

碳敷层光纤在碳纤维复合材料智能结构中的应用

在碳纤维复合材料结构的固化过程中，埋入其中的光纤将承受恶劣的环境，这将使光纤的光学性能发生变化，从而影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能。文中对多种光纤进行了试验研究，在碳纤维复合材料固化过程中，发现普通敷层光纤的性能发生变化，而央敷层光纤的性能不会发生变化，并对这些现象的原因进行了初步讨论，从而为在碳纤维复合材料智能结构中光纤的选择提供了一定的依据。     

复合材料翼面结构满足颤振速度约束优化设计

本文对复合材料翼面结构进行了满足颤振速度约束的最小重量设计。目标函数为结构重量,颤振速度及工艺尺寸要求为约束条件,运用可行方向法求解优化问题。文中用双三次多项式来模拟翼面复合材料蒙皮厚度,多项式系数及其他有限元的厚度或横截面积为设计变量,通过变量成组减小设计规模,用解析法求颤振速度对设计变量的导数。文后用本法对两个机翼盒段模型进行了优化设计。     

飞机结构多层次优化设计技术及COMPASS

主要介绍COMPASS的主要功能和关键技术。COMPASS作为一个多学科优化设计软件系统,分全机、翼面和壁板三个层次进行优化,综合满足气动、气弹、强度、刚度、振动稳定性和重量等要求。首先,利用最优准则法(满应力/应变法)处理强度约束获得全机结构的最佳尺寸,并提出了以分层厚度为设计变量、以应变能原理为基础的复合材料二级优化方法;其次,利用数学规划法对翼面结构进行满足刚度、振动、颤振和静弹等要求的多约束优化,并且能够对机翼进行气动弹性剪裁和载荷弹性修正;最后,对加筋壁板进行稳定性分析和优化设计,寻找满足稳定性要求的最佳型材类型和截面尺寸。大量工程应用表明,COMPASS方法准确、技术实用、设计效率高,是飞机结构概念设计和初步设计阶段非常有效的设计手段。