轴向载荷下复合材料元件吸能能力的试验研究

试验研究了三种结构形式的复合材料元件在轴向准静态载荷下的压溃过程和能量吸收能力。通过组试件在轴向准静态载荷下的压溃试验，研究复合材料的缓冲吸能机理，对吸能能力进行了定义，并对试件的峰值截荷、持续压溃载荷和吸能能力等作了定量分析。     

复合材料元件吸能能力的数值模拟

运用MSC／DYTRAN有限元软件，对碳纤维一环氧树脂“┼”字型、“┬”字型、“┐”字型3种典型复合材料元件的破坏过程、峰值栽荷、平均栽荷和能量吸收能力进行了数值模拟研究。鉴于MSC／DYTRAN有限元软件不能直接用于复合材料的吸能分析，分析时采用了等效的方法。将复合材料结构元件的数值计算结果与准静态轴向压溃试验的结果进行对比，两者较为一致，从而说明运用该有限元软件并采用等效的方法模拟复合材料结构吸能能力的可行性。     

复合材料波纹腹板梁坠撞试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹腹板梁在坠撞过程中的吸能性能，对复合材料波纹腹板梁试验件进行了动态冲击压溃试验研究，得到了试验件的损伤破坏形貌以及载荷和能量的历程曲线。基于ABAQUS/Explicit平台二次开发得到了模拟复合材料波纹腹板梁冲击压溃过程的仿真分析模型，模型采用了改进的Hashin损伤判定准则和Choi-Chang准则综合判断单元失效，并结合Cohesive界面单元，可较为真实地反映所研究复合材料层合结构的各向异性和渐进损伤特性。通过数值模拟得到了能量评估参数比吸能（Specific energy absorption, SEA）和平均压溃载荷，与试验结果进行了对比分析。基于仿真分析模型，本文进一步研究了不同波数的复合材料波纹腹板梁的吸能能力。数值模拟结果表明：波纹腹板梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效；平均压溃载荷的相对误差较小，验证了模型的有效性；在腹板单波长度不变的情况下，波纹腹板梁的长度对抗冲击吸能的影响较大。当波纹腹板梁长度较小时，结构容易失稳，无法有效地吸收能量。     

单束STF强化Kevlar织物力学性能研究

高强度Kevlar纤维机织织物被广泛应用于发动机机匣包容上,剪切增稠液(Shear thickening fluid,SFT)被发现可以有效增加Kevlar织物的能量吸收能力。通过设计针对单束纤维束的相应加强片与夹具,在MTS材料试验机与霍普金森拉杆上开展室温下的(20℃)力学性能试验,得到单束纯Kevlar纤维与不同浓度STF强化Kevlar的准静态与动态拉伸力学性能。对比分析了准静态与动态试验下织物破坏形态和力学性能的区别,得到STF溶液浓度对弹性模量、应力极限与拉伸强度的影响,为STF增强Kevlar织物的动态响应分析提供参考。     

复合纸板力学性能和应变率相关性测试与表征

为了研究复合纸板材料在不同应变率下的力学响应,利用万能材料试验机和高速率拉伸试验机进行了准静态和动态拉伸试验,同时利用高速摄像机和数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)记录拉伸破坏过程和应变场。试验结果显示,纸板材料的拉伸力学性能和破坏机制具有明显的应变率相关性。随着应变率的增大,材料的拉伸强度显著增大,断裂应变在中应变率范围内也表现出明显的应变率效应。对比试验结果和3种应变率效应比表征模型的拟合结果,基于Cowper-Symonds表达式的表征模型,能够很好地描述纸板材料在中低应变率下的应变率效应。该模型对薄壁纸管能量吸收性能的模拟和理论研究,以及冲击防护结构设计提供了理论支撑。     

组合式起落架缓冲器耐坠毁性能仿真与分析

提出了一种油气?泡沫铝组合式直升机缓冲装置,基于塑性坍塌应力理论计算模型和有限元模型对单一泡沫铝冲击压溃应力?应变进行了计算和仿真分析,计算结果和仿真分析结果进行了相互校验.通过单一泡沫铝冲击压溃试验对理论和仿真模型进行了试验验证.将泡沫铝压溃动态特性曲线融入油气?泡沫铝组合式起落架缓冲动力学模型开展耐坠毁性能仿真分析...     

含薄弱环节复合材料圆管耐撞性研究

设计并制作了3种新型的复合材料吸能圆管薄弱环节,即内倒角、花冠型和端部开缝的薄弱环节.通过准静态轴向压溃试验研究了这3种薄弱环节对复合材料圆管耐撞性的影响,并将试验结果与不含薄弱环节及含外倒角薄弱环节的试验结果进行对比,以评估这些薄弱环节的引发效能.研究表明:外倒角、内倒角、花冠型和端部开缝薄弱环节都能有效改善复合材料圆管的耐撞性能;内倒角与外倒角薄弱环节具有相同的引发效能;花冠型和端部开缝薄弱环节的引发效能均优于外倒角薄弱环节.由于端部开缝薄弱环节加工简便,故它具有更好的工程应用前景.     

三维编织复合材料圆管轴向压缩性能及破坏机理

通过真空辅助树脂传递模塑成型技术，制备了三维多层缠绕编织、三维五向面芯编织和三维七向编织3种不同三维编织复合材料圆管。系统分析了三维编织复合材料圆管的纱线轨迹，分别开展了准静态轴向压缩试验，研究了不同编织工艺对三维编织复合材料圆管的压缩承载、破坏模式及吸能性能的影响。结果表明：不同编织结构圆管的轴向承载能力和破坏机制存在显著差异。三维多层缠绕编织圆管的环向纱体积含量较高，能有效承担轴向载荷，其轴向承载能力明显高于其余两类编织圆管。但由于纤维间载荷传递性能较弱，易发生脆性破坏，导致吸能效果最差。而三维五向面芯编织和三维七向编织圆管具有紧密交织的纱线结构，径向编织纱能有效限制剪切裂纹扩展，从而引发渐进稳定的开花式破坏，此类破坏具有较好的吸能特性。三维五向面芯编织圆管纤维断裂更加充分，吸能效果最为优异。     

含冲击损伤复合材料油箱口盖剩余强度研究

利用全程分析方法对冲击后复合材料油箱口盖进行剩余强度研究。该方法基于三维累积损伤理论,对于复合材料油箱口盖的冲击过程以及冲击后含损伤构件在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行数值分析。冲击模拟是显式求解过程,利用LS-DYNA完全重启动方法把显式求解得到的冲击变形及损伤数据传递到非线性静态剩余强度仿真模型中,以达到对于冲击后的损伤保留并进行轴向压缩模拟的目的。研究了冲击速度、冲击位置以及肋板位置对油箱口盖抗冲击性能的影响,并改变肋板位置对口盖结构进行耐冲击优化设计。计算结果表明外口盖对整体油箱口盖起到了防护作用。     

介电弹性体圆柱形驱动器机电耦合致动过程分析

驱动器薄膜施加高压直流电后产生的轴向力差能使圆柱形驱动器伸长。为研究介电弹性体圆柱形驱动器的动态反应,本文对其机电耦合致动原理及过程进行了分析。圆柱形驱动器的机电耦合致动过程类似于蠕变过程,提出一种广义Voigt线性粘弹性模型来对其进行描述,并对计算结果与试验之间产生误差的主要原因进行分析。根据驱动器机电耦合致动过程中驱动器的准静态位移的非线性及轴向应力的变化对原模型进行改进。试验表明,在驱动器工作电压范围内,改进的广义Voigt模型能较好地描述驱动器机电耦合致动过程,此模型可用于介电弹性体圆柱形驱动器的性能预测和优化。     

T型靠背风速管研制及其在动车组流量测试中的应用

为解决动车组底板和部分通风通道流速方向变化、安装空间狭小而无法采用传统测速仪器的问题,研制了一种新型具有较佳全压孔形式的微型T型靠背风速管,通过风洞试验标定的方法分析了不同弯管段长度、不同风偏角以及不同空气流速对流速管流速系数的影响,并在动车组新风通道流量测量的实车试验中对其工作特性进行了验证。确定了弯管段最佳长径比为L/D=2,该结构尺寸下,随着动压的改变,流速系数波动不明显,最大变化率为1.34%,平均流速系数为0.741;风偏角在10°范围以内变化时流速系数变化不大,最大相差6.12%;在动车组新风通道流量测试的实车试验中,测得的流量值与额定风量值之间的最大误差为4.03%。这种新型靠背管结构尺寸简单且具有双向性的特点,对流速及风偏角变化敏感程度较小,工作稳定可靠,测试精度较高。     

一种超宽频共形天线结构的力学性能测试

共形天线结构是一种将机载天线集成到飞机复合材料结构中的集承载、维形、隐身及通信功能于一体的多功能结构。本文采用对数螺旋天线作为内植传感器件,设计并制造了一种超宽频共形天线结构,通过面内压缩试验和三点弯曲试验对该型共形天线结构的力学性能进行了考核测试。试验结果表明,超宽频共形天线结构具有更优的力学性能。相对于未植入天线的复合材料夹层结构,超宽频共形天线结构的面内压缩刚度提高了112%,面内压缩强度提高了95%,结构压缩破坏模式由单纯的面芯分离变成了多个胶接界面分离和芯体剪切破坏的复合破坏模式,且强度分散性变大;超宽频共形天线结构面外弯曲刚度提高了26%,面外弯曲强度提高了17%,弯曲破坏模式由上蒙皮与芯体间的大面积面芯分离变成了压头下部局部蒙皮折断和芯体塌陷。     

聚氨酯复合泡沫塑料压缩本构关系

基于聚氨酯复合泡沫塑料的准静态压缩及动态压缩实验数据,讨论了不同材料参数和实验环境对材料应力-应变特性的影响。在此基础上,本文对Sherwood-Frost的本构关系框架进行了扩充,引入了空心球填充比的影响,然后基于实验数据用数值方法拟合了聚氨酯复合泡沫塑料包含应变率、密度以及填充比的压缩本构关系。     

膜片非理想打开行为对自由活塞激波风洞运行的影响

在自由活塞激波风洞中，主膜片非理想打开行为可能对活塞运动和激波形成产生不同程度的影响。基于膜片的剪切-应变模型和活塞动力学模型，得到了膜片打开-活塞运动的耦合方程组，完成了膜片动态打开过程对活塞运动和常压力驱动时间影响的刻画。研究显示:由于活塞前脸压力和活塞速度之间存在博弈，膜片打开行为的差异性对活塞末端速度影响不大，活塞在压缩管末端可以实现"软着陆"。此结论得到试验证实。试验结果还显示:主膜片非理想打开行为对激波形成的影响较大，但是随着激波的传播，这种影响逐渐减弱。     

污染组分对高超声速试验热力学参数影响研究

在燃烧加热风洞中进行的地面模拟试验,高焓气流成分有别于纯净空气,这种污染现象给试验结果带来了一定的不确定性。为了考察污染组分对高超声速模型试验流场的影响,在激波风洞中通过调节激波强度以及添加一定量的污染组分(H2 O 和CO2)来模拟燃烧加热风洞的来流条件,采用简化的不同角度斜劈来模拟飞行器试验模型对来流的压缩作用,结合近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)测量系统获取模型流场的静温,综合多组数据对比分析和研究污染组分对试验模型流场影响的特征和规律。结果表明,污染气体所产生的影响程度不仅与污染气体组分含量有关,而且与模型构型对来流的压缩程度以及来流自身的热力学参数状态都有密切的关系;对于压缩量不大的飞行器构型和来流静温不高的风洞试验而言,不同含量的CO2污染组分对流场静温影响不明显;但随着来流静温的提高或模型压缩量的增加,一旦二者的共同作用使得压缩后温升达到一定程度,污染效应的显现则渐趋明显。     

微型气压伺服回路结构与动特性研究

在进行颤振主动抑制的风洞实验中,为了精确可靠地确定机翼主动抑制系统的控制律,有效地达到抑制机翼颤振的目的,必须设计一种其结构和性能都能满足风洞模型的控制面操纵机构,并且必须确定控制面伺服回路的数学模型。本文简单介绍了一种自己设计的用于低速风洞机翼模型的微型气压伺服回路。并介绍了应用频率响应技术测试其动特性和应用最小二乘法由实测频响拟合传递函数的结果。     

热喷流红外辐射特性的测试实验研究

以模型实验方法对热喷流的红外辐射特性进行了测试实验研究．着重介绍了以通用红外仪器组成的红外探测系统，对热喷流的红外辐射进行实验的测试方法和实测结果。得出了热喷流的红外辐射能的空间分布，热喷流的红外辐射光谱，热喷流辐射能按波段分布比例以及二元喷管与圆喷管的热喷流辐射特征比较等一系列测试结果。测试实验结果表明，测试系统和测试方法是有效的，由实测数据进行综合分析，得出了有意义的结果，并与理论分析相吻合。本文为热喷流的红外辐射特性测试，提供了一种可供借鉴的探测系统和测试技术。     

片上系统测试数据压缩的优化型FDR编码机制(英文)

测试数据压缩是片上系统(System-on-chip,SoC)测试中的关键问题之一,用于有效地减少测试数据总量。本文提出了一种新颖的变长-变长压缩编码,称为AFDR(Advanced frequency-directed run-length)编码。它同时对0游程和1游程进行编码,并对等长游程赋以相同的编码,优化了仅仅考虑0游程的FDR(Frequency-directed run-length)码。此外,对游程长度为2的数据(即00和11)进行特殊处理,进一步地提高了压缩比。ISCAS89标准电路下的实验结果表明,AFDR编码的压缩效果明显优于FDR编码以及同类型的其他编码。     

高压推力室人为粗糙度煤油强化换热实验

为提高煤油为冷却剂的高压推力室的冷却性能,对再生冷却通道中的人为粗糙度局部强化换热技术进行了电传热实验研究.传热实验以煤油为介质,实验件为不同人为粗糙度结构参数的方形直管,粗糙元高度小于1.0mm,最大实验压力不小于20MPa,最大流速为60m/s.结果表明,带有人为粗糙度的方形直管的换热得到了强化,随着人为粗糙度的高度增加,换热强化明显增加,随着流速增加而趋缓,而流阻的上升加快.与光滑矩形实验件对比,合理设置人为粗糙度可得到2倍的换热强化,流阻增加小于2倍.