纤维金属层板层间应力理论模型及实验验证

探究并建立纤维金属层板中的金属与复合材料的热膨胀系数不匹配而导致的制件界面处产生的较大的层间应力的数学模型。首先通过控制简单非对称纤维金属层板三维各向尺度的变化,得到各向尺度变化对纤维金属层板层间应力的变化影响规律,并根据所得规律简化了纤维金属层板的力学结构模型。基于弹性力学和理论力学对设置的力学模型进行分析,得出了单向非对称铺层纤维金属层板层间应力的数学模型。然后通过分析非对称铺层与对称铺层制件之间的联系,将非对称铺层的纤维金属层板层间应力表达式推广到了标准对称铺层。光纤光栅传感器实测出的应力值与理论模型得出的应力值进行对比,最大误差不超过3.504%。验证了纤维金属层板层间应力理论模型的准确性。     

纤维增强复合材料宏细观传热分析

利用有限元单胞方法,通过对复合材料结构进行多尺度建模,分析了复合材料的传热性能,讨论了不同因素对于复合材料热传导性能的影响。首先采用有限元单胞法获得单层板的热物理性能,再根据具体铺层次序获得多层板的热物理性能,最后针对一种实际使用的航天复合材料支架结构进行了防热和承载能力的计算和试验。结果表明,复合材料单层板的热传导性能呈各向异性,沿纤维方向的热导系数与纤维体积比呈线性关系,垂直纤维方向的热导系数与体积比呈非线性关系,计算结果与试验结果吻合较好,文中采用的方法可用于复合材料结构的导热计算。     

复合材料层板弯曲问题优化设计

研究固定纤维指向，对称铺层复合材料层板在弯曲载荷作用下，以铺层厚度为设计变量，结构重量为目标函数，分别同时承受强度约束位移约束的约束的优化设计方法。     

均匀化有限元法预测双向纤维增强复合材料力学性能

采用一个3D代表体积单元(RVE)微观模型并结合均匀化有限元的方法预测了双向连续纤维增强复合材料的力学性能。假设纤维和基体在其应力达到抗拉强度之前满足线弹性规律。分别分析了纤维/基体弹性模量比、泊松比及其纤维含量的对复合材料宏观力学性能的影响;以及采用内聚力模型分析界面性能对整体力学性能的影响。结果显示:纤维泊松比对复合材料力学性能影响很小;纤维模量对复合材料抗拉强度及面外方向的弹性模量影响较小,但对面内方向的弹性模量影响较大;随纤维含量的增加,宏观弹性模量及面内抗拉强度随之线性增加,而面外抗拉强度有减小趋势;界面的存在会降低复合材料的抗拉强度。     

Kevlar缝线捻度对缝合复合材料力学性能的影响

缝合技术作为整体成型低成本制造技术已在航空领域得到广泛应用。缝合过程中使用的缝线需要加捻提高使用性能。缝线捻度对缝线自身的性能和缝合织物增强复合材料的力学性能均产生影响。本文以缝合中应用最多的Kevlar缝线为研究对象，通过实验研究不同捻度Kevlar缝线的渗透率和断裂强度， 同时研究不同捻度缝线在链式和锁式两种不同缝合方式中对缝合复合材料拉伸性能、弯曲性能和层间剪切性能的影响。通过实验结果来确定缝合中使用的Kevlar缝线的最佳捻度。     

受压脱层层板的有限元分析

受压复合材料脱层层合板的局部屈曲,在脱层尖端引起很大的应力集中,导致脱层扩展而发生破坏。本文利用一阶剪切的直线层板理论和折线层板理论,建立了一维受压脱层层合板的分析模型,进而根据虚裂纹闭合技术,得出了脱层尖端能量释放率各型分量G_Ⅰ,G_Ⅱ,G_Ⅲ的一维有限元计算表达式,并且验证了该方法的正确性。通过数值计算,讨论了外载、脱层长度和层板纤维铺层方向对能量释放率的影响。结果表明,脱层的扩展取决G_Ⅰ和G_Ⅱ,而C_Ⅲ的影响可以忽略不计。对于外载较大时发生的脱层扩展,很可能诱发层板的整体失稳,脱层的扩展将变成破坏性的快速扩展。     

M46J高模量碳纤维预浸QY8911纤维束性能研究

以航空发动机应用为背景，研究了M46J／QY8911缠绕复合材料的预浸纱制备方法及性能，根据M46J特性，对现有的GB3326中纤维束力学性能测试试样的加强方式进行了改进，制作了M46J浸渍QY8911树脂的纤维束试样并测试其力学性能，同时与M46J浸渍环氧树脂的纤维束的力学性能进行比较，研究表明，不同树脂特性，不同固化工艺以及制造中所施加的张力都会影响到纤维束的纤维利用率。     

三维编织复合材料拉抻性能研究

三维编织复合材料作为一种高级的复合材料，抗分层、耐冲击能力强。本文用真空辅助ＲＴＭ（树脂传递模塑）工艺合成了四步法３×２编织的复合材料试件，通过实验测定了三维编织复合材料未切割、受切割和钻孔试件的拉伸性能，对比了受切割和未切割纤维对于试件侧边拉伸应变的影响，测定了孔边应力集中系数，并且讨论了影响四步法复合材料拉伸性能的因素和断裂失效的原因。结果表明，随着编织角的增大，拉抻模量和拉伸强度减小；受切割和钻孔的试件拉伸性能低于未加工试件的性能；四步法复合材料的孔边应力集中系数比层板材料和金属材料的低；三维编织复合材料的拉伸失效主要是由纤维断裂以及纤维拉拔造成的。     

纤维金属层板的研究与发展趋势

纤维金属层板(Fiber metal laminates,FMLs)因其优良的疲劳性能以及高损伤容限,成为航空航天领域重要的结构材料,并愈加受到汽车、轨道交通等领域的关注。本文在综述FMLs发展概况的基础上,重点介绍了新型铝锂合金GLARE层板、热塑性Ti/Cf/PEEK层板及新一代聚酰亚胺FMLs层板的研究工作。同时针对FMLs的失效行为复杂、一些性能评价方法还不够完善等现状,评述了深入开展FMLs失效行为研究、采用计算机仿真技术进行其综合性能预测研究的重要性。最后,回顾了FMLs传统成形方法,如自成形技术和滚弯成形技术,并探讨了喷丸成形和液压成形在FMLs构件制造中的应用。     

一种适合于分析复合材料层板的三维杂交应力超单元研究

本文基于三维弹性理论和Hellinger-Reissner变分原理,推导了一种适合于分析复合材料层板的三维杂交应力超单元。该单元不同于常规的三维单元,它将复合材料层板沿厚度方向划分成一个或几个单元,每个单元中所包含的层数可视精度和计算费用的要求而定。在应用应力杂交模型导出三维超单元时,本文首次提出一种场变量假设方法,即在超单元内独立假设位移场,而应力场则分层独立假设,因而单元能较好地模拟层合板的力学性能。考虑横向剪切变形和局部扭曲变形的影响,保证了单元分析的精度。同时由于单元的自由度数不随层数的增加而增加,避免了常规三维单元在分析复合材料层板时自由度数随层数的增加而增加的弊端。通过对几个典型的复合材料层板的静、动力分析及与试验的比较。表明了单元能有效地用于各种层板的分析。     

缝纫/RFI层合板单钉连接性能试验研究

通过对不同铺层及不同缝纫角度的缝纫／RFI层合板的单钉单剪连接强度试验，了解到缝纫针脚位置对缝纫层合板机械连接性能有显著的影响。当针脚距离钉孔受挤压边缘较近时，缝纫层合板的挤压破坏强度低于普通的层合板，只有当针脚在钉孔挤压区外或距离钉孔受挤压边缘较远时，缝纫层合板才显示出好于普通层合板的机械连接性能。试验结果还表明铺层比对缝纫层合板的机械连接性能也有影响，其规律类似于普通层合板。     

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。     

基于遗传算法的纤维增强复合材料层合板刚度设计方法

基于遗传算法,提出了一种带刚度要求的纤维增强复合材料层合板设计方法。以层合板的各层铺设角和厚度为设计变量、刚度为设计目标、制造工艺性为设计约束,将纤维增强复合材料层合板的刚度设计问题处理成一种离散的叠层顺序优化问题,采用遗传算法求出满足给定刚度要求的层合板设计。最后,通过算例验证了设计方法的有效性。     

CFRP二面角电磁散射特性分析

用时域有限差分(Finite difference-time domain,FD-TD)法分析计算了由碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)单向板组成的二面角的电磁反射特性.计算结果表明,碳纤维二面角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)对纤维方向和极化方向敏感.当两块板的纤维方向垂直时,对极化方向敏感度降低.     

AD200玻璃纤维蜂窝夹芯结构强度的建模与分析

提出了AD200 双座轻型飞机玻璃纤维纸质蜂窝夹芯结构有限元分析的建模假设,利用试验测得的玻璃纤维(0/90°),(±45°)材料基本性能数据,按复合材料层合板理论得到了实际结构不同组合铺层的材料弹性常数。用通用有限元程序对AD200 飞机实际结构进行了强度分析,并与静力试验结果进行比较,两者吻合很好。结果表明,模型简化合理,材料试验数据可靠     

基于BP神经网络的含褶皱复合材料强度预测

利用BP(Back propagation)神经网络处理多参数问题具有的非线性映射及泛化能力,构建了具有3层隐藏层的神经网络,对含纤维褶皱复合材料层合板的压缩强度进行预测。基于LaRC失效准则建立三维损伤模型,对含褶皱复合材料的压缩失效进行数值分析。将数值分析结果作为数据样本对神经网络进行训练。采用黄金分割法快速确定最佳隐藏层神经元数量区间范围,并通过分析对比不同数量神经元模型的强度预测结果及评价指标,确定具有高预测精度的隐藏层神经元数量。结果表明,所构建的神经网络预测最大褶皱角为5.6°、9.9°和11.4°的3种层合板失效强度误差分别为3.4%、4.6%和-0.01%。本文所发展的基于BP神经网络对复合材料强度进行预测的方法,为工程应用中复合材料强度评估提供了一种有效的途径。     

真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后层合板拉伸破坏模拟

对玻璃纤维增强复合材料真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后层合板建立了三维有限元模型,进行了拉伸破坏模拟。发展了考虑剪切非线性的复合材料各向异性连续损伤力学模型,用于模拟母板与补片复合材料单向带失效。采用基于双线性cohesive本构的接触分析模拟了真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后形成无厚度二次固化界面。数值模拟结果与试验结果吻合较好表明所采用的模型能很好地预测整个修理结构的拉伸性能。最后,分析了整个拉伸过程中层合板斜接挖补修理结构的损伤破坏过程。     

不锈钢纤维棉,毡吸声性能探讨

本文首次对国内纺织行业近的来防静电等服装用不锈钢纤维体制棉，毡的吸声性能进行了不同厚度和容重时的温度探索及分析研究，并与常用吸声材料超细玻璃纤维棉进行对比分析，结果表明，该不锈钢纤维棉，毡吸声性能优良，是一种国内尚未开发声学功能的新型吸声材料，可作为高温和腐蚀介质等特殊工况下的声学材料使用。     

混凝土结构中混杂纤维增强筋拉伸性能实验研究

采用实验的方法研究了夹芯混杂和分散混杂两种混杂方式的碳/玻(C/G)混杂纤维增强筋的拉伸性能,给出了实验件制作和实验过程,测定了不同混杂比例筋材的拉伸模量、强度和断裂伸长率。实验结果表明:模量符合混合率,强度存在两种破坏模式,断裂伸长率呈现混杂效应,夹芯混杂筋材性能总体高于分散混杂。同时探讨了拉伸性能的预测方法,结合实验数据对强度预测值进行了修正。本文的研究结果可用于混杂筋材的初步设计。