复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

含缺陷C/SiC平纹机织复合材料拉伸力学行为数值模拟

采用APDL语言实现ANSYS的二次开发,建立含预制缺陷的纤维束截面卵圆形多尺度单胞模型。首先计算纤维束单胞的初始模量,强度以及最大应变;随后利用扫描电镜图中的缺陷建立单胞模型,并引入周期性边界条件,预测材料的初始各向材料常数。同时利用Linde提出的逐渐损伤准则,进行单轴拉伸力学行为的数值模拟,并阐述该平纹机织复合材料单胞模型在经向拉伸载荷作用下其纤维束的损伤及演化过程。该模型计算得到的最大拉应度为0.65%,强度为256.46 MPa。结果表明,该模型给出的数值模拟结果与实验数据吻合较好,证明了模型的有效性,为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供了一种有效方法。     

复合材料C型柱轴压失效分析的层合壳建模方法

由于易于设计、制造以及承载效率高，C型柱作为一种典型的垂向支撑结构，大量应用于大型运输类飞机货舱地板下部。以复合材料C型柱结构为对象，并结合复合材料C型柱轴向压缩试验，旨在发展其在轴向压缩载荷下失效分析的有限元方法。首先，对材料模型的应力-应变曲线进行参数化研究，明确Lavadèze材料单层模型、Puck IFF基体失效准则和Yamada Sun纤维失效准则中参数的物理意义并给出取值建议。其次，建立"层合壳"模型，模拟轴向压缩载荷下破坏失效的力学行为，并与试验结果进行对比分析。研究结果表明，该建模方法能够较好地模拟渐进压缩破坏过程，平均压缩载荷、比吸能的预测值与试验结果具有较好的一致性。     

复合材料层合板结构冲击损伤数值模拟的损伤力学模型

针对复合材料结构低速冲击损伤问题,基于连续损伤力学提出了一种动力学冲击条件下的三维损伤数值模型。模型中区分了层内损伤（纤维拉伸与压缩失效、纤维间拉伸与压缩失效）和层间分层损伤不同的失效模式。采用三维Puck失效准则与考虑压缩抑制效应的Aymerich准则对上述两类损伤进行判定,材料失效后基于连续损伤力学中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型中考虑了复合材料层合板结构中子层的就位效应和损伤分析中的“连锁效应”。通过对Shi的冲击试验进行数值模拟,模型预测的冲击接触载荷、分层形状和尺寸与试验结果吻合较好,证明了所提出的数值模型对复合材料层合板结构低速冲击损伤预测的有效性。     

轴流压缩系统失速可恢复性的预测

基于描述轴流压气机及其系统的动态气动响应的一维非定常单元容积模型 ,通过数值求解并利用可视化的编程方法 ,模拟了单级、三级和九级压缩系统的失速可恢复性。单级压缩系统的数值模拟结果取得了实验结果的验证 ,九级压缩系统的数值模拟结果与该压缩系统在台架上的实际工作情况符合得很好 ,数值模拟结果揭示出了影响压缩系统失速恢复性的一些因素     

双面贴补层合板压缩屈曲渐进损伤分析

贴补复合材料层合板在压缩载荷作用下的屈曲破坏强度及其损伤演化过程对于复合材料结构修理具有重要意义。本文基于应变和黏聚区模型(CZM)建立了贴补复合材料层合板的渐进损伤分析模型,引入复合材料与胶层的损伤判据和刚度退化方案,计算了结构屈曲强度。数值仿真结果和实验数据吻合较好,验证了模型的有效性。基于该模型,采用非线性有限元方法研究了压缩载荷下双面贴补复合材料层合板的屈曲损伤演化过程,并讨论了补片参数对结构屈曲强度的影响。研究结果表明:双面贴补复合材料层合板屈曲后,处于拉伸和压缩状态下的铺层中的损伤程度存在差异;增大补片直径与厚度可以在一定程度上提高双面贴补复合材料层合板的屈曲强度。     

复合材料易碎盖薄弱区结构设计分析

 针对复合材料易碎盖关键部位薄弱区结构进行设计,并采用数值模拟方法对其力学性能进行了研究。首先对易碎盖整体进行数值模拟,为薄弱区结构局部模型分析提供了边界条件与载荷。其次通过局部数值模拟结果结合相应的强度准则,预测了相应的易碎盖冲破压力,并通过对易碎盖实验件进行冲破实验验证了设计方案与理论方法的准确性。最后讨论了薄弱区参数对易碎盖冲破压力的影响。     

斜纹机织热塑性复合材料低速冲击损伤及多尺度数值模拟研究

机织复合材料在服役过程中不可避免地遭受低速冲击而引起内部损伤,导致材料性能减退。本文以斜纹机织热塑性复合材料为研究对象,通过实验与模拟相结合的方法研究其在低速冲击下的损伤行为。构建了微观、介观和宏观串行的多尺度模型对斜纹机织热塑性复合材料低速冲击损伤行为进行预测,并在5和10 J的冲击能量下,对其进行低速冲击试验以验证该多尺度模型的正确性。结果表明,微观、介观和宏观串行的多尺度模型能够准确地预测出斜纹机织热塑性复合材料的冲击损伤特性;在较大的冲击能量下,材料正面和背面均出现了损伤,且损伤以纤维断裂为主;低速冲击数值模拟所预测的力响应曲线与试验结果表现出良好的一致性,数值模拟损伤面积的误差在10%以内。     

复合材料层压板损伤扩展仿真分析

利用有限元法，以Tsai-Wu失效准则为损伤判据，以Hashin分类准则为损伤类型判据，结合特定的几种刚度削减方法，建立了复合材料层压板损伤仿真模型，并利用其对螺栓连接中应用的复合材料层压板在压缩载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟，最终得到该层压板的极限承载能力。通过对比刚度完全退化法、刚度部分退化法和刚度细化退化法分析结果与实验数据的差异，表明部分退化法和细化退化法具有较高的计算精度和效率．     

系列嵌套圆环系统的能量吸收特性

能量吸收结构的性能对航空、航天等领域的人员和结构防护非常重要。针对一种系列嵌套圆环系统的能量吸收特性进行了理论、数值和实验研究。首先建立了考虑应变强化效应的系列嵌套圆环系统受刚性平板横向准静态压缩时的刚塑性理论模型;然后对双环和三环嵌套圆环系统进行了准静态压缩实验及有限元数值模拟,理论预测、数值模拟和实验测得的系列嵌套圆环系统的载荷-挠度曲线吻合很好;最后对将系列嵌套圆环系统应用到航空领域进行了探讨,以应用至航空座椅为例,建立了人体、座椅、能量吸收结构的数学模型,参照美国航空联邦局航空座椅动态实验标准,基于该模型计算得到了人体所受的腰椎负荷,并与不装备能量吸收结构时的腰椎负荷进行了比较,结果表明应用系列嵌套圆环系统可以有效地对人体进行防护。     

2. 5D 衍生结构SiO2 f / SiO2 复合材料的经向力学性能

以几种不同的2.5D衍生结构织物为增强体,制备了法向增强、经向增强及经法向增强2.5D Si O2f/Si O2复合材料,比较了上述材料与现有2.5D Si O2f/Si O2复合材料的经向力学性能,并研究了经法向增强2.5D结构复合材料中增强纱比例、纤维体积分数与材料性能之间的关系,对织物结构进行了优化。结果表明,经法向增强2.5D Si O2f/Si O2复合材料的经向力学性能较现有2.5D复合材料有显著提高,该材料在较低密度下(1.6 g/cm3),经向拉伸强度与现有材料(1.65 g/cm3)持平,且经向压缩强度接近现有材料的4.3倍。     

微燃机双面复合叶轮压缩特性

为追求高性能参数、高新技术装备的核心机,基于结构融合、过程融合思想,对传统微燃机核心机进行融合创新。基于3D打印设计制造技术基础,创新设计了一种双面常规叶轮与空心涡轮叶片径向连接为一体的双面复合叶轮结构,有望成为未来极具潜力的高效叶轮。具体对基于双面复合叶轮的微燃机工作原理,结构方案及预期性能进行初步分析,重点对双面复合叶轮的压缩特性与后进气管换热特性进行了数值模拟研究。结果表明:该叶轮相比常规叶轮,压缩特性符合预期,较为理想,在压比、流量、效率方面均有显著提高;后进气管回收4.4 K尾气温度可提高热效率,为高气动性能、高循环参数的燃气轮机发展奠定了基础。     

多孔金属夹芯结构的抗爆性能研究

多孔金属夹芯结构已被广泛应用于航空航天等领域,研究其抗爆吸能性能具有十分重要的意义。分别对金属空心小球和泡沫铝两种夹芯壳结构在TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能进行爆炸实验,并采用AN-SYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟研究。结果表明:金属空心小球夹芯结构作为抗爆吸能结构是可行的;在结构框架尺寸与质量相同时,内面板厚外面板薄的夹芯结构具有更好的抗变形能力,内面板薄外面板厚的夹芯结构则具有更好的吸能特性;在结构框架尺寸与质量相同时,负梯度夹芯结构、并列型小球夹芯结构、小半径小球夹芯结构具有更好的抵抗爆炸载荷和吸收冲击能量的性能;在结构框架尺寸与质量相同时,金属空心小球夹芯结构的整体强度更高,而泡沫铝夹芯结构能更充分地发挥芯层的缓冲性能。     

基于凸包算法的陶芯弯曲度与扭曲度误差计算

陶芯弯扭变形直接关系到空心叶片的壁厚尺寸分布,为克服当前陶芯弯扭变形的计算中测量数据与理论模型三维配准、陶芯截面轮廓线提取或拟合的过程算法复杂、收敛速度慢、效率低等问题,提出了一种通过测量数据点直接计算陶芯弯曲度和扭曲度误差的算法,该算法不需要三维配准和提取陶芯外轮廓线,通过距离权值法计算陶芯弯曲度,凸包算法计算陶芯扭曲度,能大幅提高计算效率。仿真与实验结果表明:该算法弯曲变形计算精度为99.55%,与二维配准算法相差±0.01mm;扭曲变形计算精度为99.98%,与二维配准相差±0.006°。      

一种新型水溶性芯模的制备和性能

概述了金属模具不易脱模的形状复杂的复合材料结构件成型中遇到的工艺技术难题,着重对水溶性芯模的制备工艺特点和性能进行了研究,并将所制得的水溶性芯模成功的用于树脂基复合材料结构件的制造中。结果表明,水溶性芯模的各项性能满足复杂异型复合材料结构件制造的要求。     

5005铝合金分流模挤压过程有限元模拟

采用DEFORM-3D有限元商业软件,利用焊合面重构技术实现了空心型材分流组合模挤压过程模拟,获取了挤压过程中的材料流动行为与流动速度场的规律,结合型材挤出时模拟的应力场和应变场的分布,研究型材挤压的晶粒分布规律并其成因。结果表明:挤压型材的横截面上的应力应变分布与实际晶粒尺寸分布有对应关系,型材挤压成形过程中应力应变集中分布是造成型材边部晶粒尺寸比中心部细小,拐角区域晶粒比直边区域细小的原因。     

某结构空心风扇叶片设计与分析

针对宽弦空心风扇叶片技术在大涵道比航空发动机设计中的应用研究,以某型宽弦风扇叶片为对象,探索了无芯结构空心风扇叶片结构设计和快速强度分析方法.定义了无芯结构空心叶片的几何特征参数,提出了1种基于NX Nastran快速强度分析方法,重点分析了加强筋数量、宽度对空心叶片强度和刚度的影响,并分析了制造偏差对结构设计的影响.结果表明:无芯结构宽弦空心风扇叶片设计方法可以实现无芯结构空心叶片结构设计和快速强度分析.     

复合材料泡沫夹芯板胶接修理的压缩性能

针对复合材料泡沫夹芯结构在维修结构性能研究方面的缺失,在完成了复合材料泡沫夹芯板的维修与压缩性能测试之后,建立了结构有限元分析模型,结合夹芯结构的稳定性理论解析模型,并对复合材料泡沫夹芯结构的胶接修理压缩性能进行验证。结果表明:通过试验结果简化了有限元分析模型中的胶层设置;应用复合材料夹芯结构的稳定性理论解析模型,能够快速获得复合材料夹芯维修结构的侧压极限载荷上限值;复合材料泡沫夹芯修理结构的主要侧压破坏模式为面板一阶与二阶屈曲失效,该结果说明复合材料泡沫夹芯修补结构的有限元模型与解析稳定性理论模型的计算精度较高,具有较强的工程实用性。     

C/C复合材料切削表面粗糙度的测量评定与影响因素研究

通过对航空航天领域广泛应用的典型复合材料的切削表面进行三维表面粗糙度测量实验,研究了C/C复合材料切削表面粗糙度的三维评定参数与二维评定参数之间的差别,并基于三维评定参数对影响C/C复合材料切削表面粗糙度的因素进行了研究。     

Flutter analysis of hybrid metal-composite low aspect ratio trapezoidal wings in supersonic flow

An effective 3D supersonic Mach box approach in combination with non-classical hybrid metal-composite plate theory has been used to investigate flutter boundaries of trapezoidal low aspect ratio wings. The wing structure is composed of two main components including alu-minum material (in-board section) and laminated composite material (out-board section). A global Ritz method is used with simple polynomials being employed as the trial functions. The most important objective of the present research is to study the effect of composite to metal proportion of hybrid wing structure on flutter boundaries in low supersonic regime. In addition, the effect of some important geometrical parameters such as sweep angle, taper ratio and aspect ratio on flutter boundaries were studied. The results obtained by present approach for special cases like pure metal-lic wings and results for high supersonic regime based on piston theory show a good agreement with those obtained by other investigators.