复合材料层合板机械连接修理拉伸性能

带损伤孔的复合材料层合板拉伸强度会降低约55%,需要对其进行修理以恢复力学性能、满足使用要求。针对带圆形损伤孔的复合材料层合板设计了机械连接修理方案,通过轴向拉伸试验评估其修理效果。根据试验条件建立了有限元模型,分析不同的修理方案对破坏模式、破坏载荷、应力分布、钉载分配等产生的影响。试验及有限元分析(FEA)均表明,修理后的复合材料层合板,其强度恢复率达到55%~60%左右,应力集中部位主要在修理区域最外侧的钉孔旁,最终破坏模式为母板沿修理区域最外侧一排钉孔断裂。使用双面修理、增加螺栓排数、采用金属补片、适当增加补片厚度,可减缓应力集中,改善钉载分配,提高结构强度恢复率。      

纤维排布对CFRP感应加热固化成型过程影响表征

在采用电磁感应加热方式实现碳纤维复合材料（CFRP）加热固化成型的过程中,如何准确表征材料各组成部分的属性参数状态对研究材料加热过程中温度、固化度及应力场分布至关重要。根据纤维实际铺层方式对材料各组成部分进行独立表征,以及碳纤维壳体的等效电-磁-热特性建立了CFRP感应加热有限元细观分析模型,将纤维织构和树脂基体单独建立,实现CFRP在感应加热过程中其内部纤维织构中物理场的变化规律以及对材料整体升温变化规律进行系统分析。通过该模型计算了材料温度、固化度及应力场分布的变化规律,揭示了碳纤维排布对材料感应加热效果的影响,并根据感应加热实验验证了该模型可以准确表征各物理场的分布状态。为研究CFRP在感应加热中各物理场变化规律提供了有效的计算模型和分析方法。     

三层月壤模型的多通道微波辐射模拟与月壤厚度的反演

由月球表面数字高程试验性地构造了整个月球表面月壤厚度的分布.根据Clementine探月卫星的紫外-可见光光学数据,计算了整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出了整个月球表面月壤介电常数分布.由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出了月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式.在这些条件的基础上,建立了月尘、月壤、月岩三层微波热辐射模型.由起伏逸散定理,模拟计算了该月球模型多通道辐射亮度温度.然后,以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按三层模型提出了月壤层厚度反演方法.由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层月尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度,再由穿透深度较大的低频通道辐射亮度温度反演月壤层厚度.对于反演的相对误差也进行了讨论.      

高超声速飞行器热流密度/分层温度/碳化层研究

受试验设备能力限制,地面风洞无法完全模拟高超声速飞行器临近空间热环境。文章采用在飞行器表面开孔安装长时耐高温热流传感器直接测量热流密度的方法,国内首次获得Ma12以上高超声速飞行器表面热流密度时变数据和边界层转捩特征。实测热流值与理论预示值规律相同,两者偏差小于20%。针对树脂基材料导热微分方程中虽考虑了热解吸热项,但未考虑导热系数随温度变化情况,采用在树脂基材料导热微分方程中加入物性参数随温度变化项的方法,计算了飞行器热防护结构内部分层温度和碳化层厚度,并与实测结果进行了比较,不考虑树脂热解特性和材料物性参数随温度变化,理论值高于实测值,最大偏差275~320℃;考虑热解特性和物性参数随温度变化情况,计算值与实测值最大偏差小于70℃。     

BP神经网络预测复合材料热压罐成型均匀性

复合材料热压罐成型过程中的固化度差值是复合材料固化度均匀性的主要表征参数之一。基于3层BP神经网络，以复合材料双平台固化工艺曲线的加热速率、保温时间和保温温度为输入参数，建立了成型过程任一时刻最大固化度差值的快速估算模型。仿真复合材料热压罐成型过程，得到最大固化度差值作为试验样本数据，对BP神经网络进行训练，训练结束后对该模型的准确性进行验证。结果表明:该BP神经网络估算模型准确性和效率较高，为复合材料热压罐成型最大固化度差值的估算提供了一种快速有效的新方法。      

胶粘剂性能对挖补修理层合板拉伸性能的影响

利用非线性三维有限元模型,对挖补修理复合材料层合板的拉伸破坏行为进行研究,计算结果与试验结果吻合良好,证明了所建模型的有效性.在此基础上,分析了挖补修理层合板的拉伸破坏机理,以及胶粘剂力学性能对挖补结构拉伸性能的影响.最终,总结出挖补修理复合材料结构胶粘剂选用原则以及理想胶粘剂的性能特征.研究结果可为复合材料结构可修理性设计,以及挖补类复合材料层合板端面对接用胶粘剂的研制提供参考.     

复合材料混合连接结构拉伸性能与影响因素分析

胶螺混合连接设计适当,能够提高结构的连接效率.针对复合材料胶螺(螺钉)混合连接结构中存在的分析与设计问题,在ABAQUS软件平台上建立了损伤累积三维有限元模型,其中考虑了胶层物理非线性以及非线性接触等问题,连接结构拉伸强度及损伤破坏过程的计算结果与试验结果基本吻合,证明了所建模型的有效性.在此基础上,研究了复合材料层合板端头翻边、胶层厚度、胶层韧性以及接触面摩擦系数等因素的影响.结果表明:复合材料层合板端头翻边对混合连接结构具有增强作用,能够提高结构的拉伸强度;韧性胶层能够提高结构的拉伸强度,但胶层厚度对结构的强度基本没有影响;螺钉杆与连接孔接触面间摩擦系数越大,连接结构的拉伸强度越高.     

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

二维织物增强层合板高速冲击后拉伸性能模拟

针对目前国内直升机结构上常用的两种二维织物增强复合材料层合板进行了高速冲击后的拉伸性能分析.根据层合板高速冲击的损伤,在大型商用有限元软件的基础上利用逐渐损伤累积方法建立了损伤后层合板的拉伸损伤扩展与破坏的有限元分析模型,并将其计算结果与经验公式进行了对比.结果表明,该模型结果与经验公式结果吻合,且能直观给出各铺层的损伤扩展过程和机理,对于分析受高速冲击后二维织物增强复合材料层合板的损伤容限性能有重要参考价值.      

基于神经网络遗传算法的CFRP拉挤工艺优化

根据固化动力学和传热学理论,建立了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP,Carbon Fiber Reinforced Polymer)拉挤成型非稳态温度场与固化动力学数学模型.采用有限元与有限差分相结合的方法,结合ANSYS求解耦合场的间接耦合法,对CFRP拉挤过程非稳态温度场和固化度进行数值模拟.使用特殊设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤(FBG,Fiber Bragg Gratings)传感器,对温度场进行实时检测;并采用索氏萃取实验测定CFRP制品固化度.模拟与实验结果基本吻合.以数值模拟结果为样本建立反向传播神经网络,训练得到固化炉温度与CFRP固化度之间的非线性相关关系.采用神经网络与遗传算法相结合的方法,优化得出拉挤固化炉三段最佳温度值,结果表明神经网络结合遗传算法优化拉挤工艺参数快捷有效.     

低黏度环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系研究

为探究低黏度环氧树脂复合固化反应机理,研究了低黏度环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系的流变性能和固化反应过程,分析了硼胺-酸酐复合比例对复合固化体系流变特性和固化反应过程的影响;利用流变学参数确定了复合固化体系的固化起始时间、凝胶时间点及基于阿伦尼乌斯方程的固化反应活化能。研究结果表明,随着硼胺-酸酐复合固化体系中酸酐复合比例的增加,体系固化反应获得促进,其固化起始时间和凝胶点均降低,同时基于阿伦尼乌斯方程的固化反应活化能降低;采用非等温差示扫描量热（DSC）对硼胺-酸酐复合固化体系过程进行分析,结果表明硼胺-酸酐复合固化体系存在相对独立的双放热峰,随着酸酐复合比例的增加,低温放热峰的峰值增大,高温放热峰的峰值减小,且双峰的峰值温度向高温方向移动。根据2种固化剂的固化反应机理分析,环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系中硼胺固化剂和酸酐固化剂既存在相互协同效应又存在相互竞争作用。      

不同通道中气泡的形态变化及运动条件分析

孔隙是影响复合材料性能的主要因素之一,为了消除孔隙,提高产品质量,对复合材料成型过程中气泡运动特性的研究是十分必要的.利用预浸料片层模拟系统,考察了气泡在不同运动通道中穿出的形态变化过程;分析了外加压力、树脂粘度、气泡大小、网格面积等因素对气泡穿出行为的影响;同时提出了气泡穿出的约束条件.研究结果表明,随着树脂粘度的增加,气泡体积和空隙面积的减少,气泡穿出所需的临界压力将逐渐增大.该研究结果将为热压成型过程中气泡运动模型的建立提供实验依据.      

预浸料贮存时间对MT700/603复合材料力学性能的影响

以碳纤维增强环氧树脂热熔预浸料MT700/603为研究对象，开展室温贮存时间与预固化度的关联性分析，研究预浸料预固化度对复合材料成型质量和关键力学性能的影响机制，建立预浸料贮存时间-预固化度-制品性能三者之间的内在联系。结果表明:随着室温贮存时间的延长，60 d后603环氧树脂的最低黏度增加了4.6倍，玻璃化转变温度增加了17.9 ℃，预固化度为11.2%；MT700/603预浸料贮存时间小于30 d时，制备的复合材料内部质量良好，纤维分布较为均匀，孔隙率较低，树脂的预固化度在5.3%以内，孔隙率低于0.03%；复合材料更倾向依赖于树脂基体破坏的纵向压缩强度和压缩模量对孔隙率的敏感度，要高于倾向依赖于纤维增强体破坏的纵向拉伸强度和拉伸模量；预浸料在室温贮存时树脂预固化度增加，黏度增大，加压时机与树脂黏度变化不匹配是导致复合材料构件关键力学性能下降的根本原因；根据产品的力学性能指标要求，结合不同贮存时间的关键力学性能数据，可反推出预浸料的最长室温贮存时间，实现了预浸料可用性的定量化评估。      

环氧共混树脂的光固化及其表面化学反应

研究了双酚A型环氧树脂与有机硅环氧树脂紫外光辐照共混改性的工艺条件,并采用扫描电镜和X射线光电子能谱等分析手段对树脂改性效果和表面的物理和化学变化进行了研究.结果表明,采用二苯基碘鎓六氟磷酸盐为光引发剂,当质量分数为5％时,随着E-44含量的增加,共混树脂体系的光固化速度加快.当两者质量比为1∶ 2时,经15min的紫外光辐照后,共混树脂体系的凝胶率可达93％.X射线光电子能谱分析结果表明,在光固化的同时,试样的表面被紫外光辐照时产生的臭氧和原子氧部分氧化,转化为一层含C的氧化硅(SiO _{x )膜.}      

一种自冷却结构燃油泵滑动轴承润滑特性分析

为研究低介质黏度和自冷却结构限制下的航空燃油泵滑动轴承润滑特性分布规律,基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量积分方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流动润滑流动模型。采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同的间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的油膜压力、油膜厚度、油膜温度、端泄漏量、摩擦阻力等润滑特性进行了仿真分析。仿真结果表明:采用CFD计算滑动轴承径向载荷精度优于4.0%;保持偏心率不变,油膜承载力随着间隙比的增加而单调下降,油膜厚度随着间隙比的增高而增加;保持间隙比不变,油膜的承载力随着偏心率的增大也逐渐增大,油膜厚度随着偏心率的增高而下降,而油膜温度与油膜厚度成反比,且随着偏心率的升高,油膜温度的峰值越来越明显;当偏心率、间隙比一定时,可通过增加宽径比提高滑动轴承的油膜承载力。因此在滑动轴承的设计中,需综合考虑油膜承载力、端泄漏量、油膜厚度和温升间的相互制约因素,合理地优化间隙比、宽径比和偏心率以提高滑动轴承润滑性能。      

新型环氧-酚醛树脂体系的固砂原理与技术

为了在低成本下解决低温油井中的化学防砂问题,采用共混的方法制备了一种以环氧树脂和酚醛树脂为主要原料,且无需其他固化剂的新型树脂固砂剂,并在固砂剂的研究基础上初步研制了树脂涂覆砂.通过红外光谱分析,研究了树脂固化的机理.实验结果表明,固砂剂可在50?℃的水浴中将砂石固结,固结砂样具有较高的抗压强度和渗透率,而且随着树脂用量的增加,固结砂样的抗压强度可以进一步得到提高.涂覆砂可以在酚醛树脂作为外固化剂的情况下固结,其性能满足使用要求.酚醛树脂中的酚羟基和羟甲基与环氧树脂中的环氧基的反应是固化反应的主要机理.     

纤维/树脂浸润测试仪的研制与应用

针对复合材料成型工艺的特点,依据毛细原理,研制了浸润性能测试仪.该测试仪包括浸润质量测试系统与温度控制系统,能够定量测试在较宽的温度范围内发生浸润的速率和浸润程度.对该测试仪的准确性与稳定性进行了校准与标定,并运用该仪器研究了纤维种类、树脂粘度和纤维体积含量对树脂/纤维浸润性能的影响规律.研究结果表明该设备为研究各类复合材料中增强材料与基体间的浸润性能提供了方便的测试手段,对指导复合材料制备工艺具有较高的参考价值.