复合材料薄壁加筋板的压缩后屈曲研究

针对复合材料薄壁加筋板的轴压后屈曲问题,结合相关试验,采用有限元方法进行了分析,并考虑了不同分析参数的影响。结果表明,在后屈曲分析中使用立即失效模型表征材料的失效行为更符合实际情况。对于薄壁结构,在模型中添加胶层单元对结构总体行为有较大影响,在实际设计过程中可以用不含胶层单元的模型预测结构的破坏载荷和失效模式。     

含润滑相的超音速喷涂WC复合涂层性能研究

采用超音速火焰喷涂方法,以传统粉末WC-10Co-4Cr为基体,添加MoS2制备WC-10Co-4Cr/MoS2自润滑复合涂层;利用SEM和XRD对比分析了添加不同含量MoS2的涂层微观组织结构和物相;重点进行了磨粒磨损实验,研究MoS2对超音速喷涂WC涂层摩擦学特性的影响机理;测试了其显微硬度。结果表明:引入的MoS2少部分转化成新态,其余则进入WC涂层空隙中,其显微硬度与未添加MoS2涂层相比略有降低;相同试验条件下,含MoS2涂层有效地降低了磨粒磨损质量损失,提高了涂层的耐磨性;WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层具有很好的自润滑性,MoS2质量百分含量为15%时WC-10Co-4Cr/MoS2复合涂层的摩粒磨损性能最佳。     

大展弦比机翼流固耦合迭代求解模拟

基于某型变掠翼气动布局概念构型,结合适应于大展弦比机翼的复合材料结构设计,构建基于数据通讯的流动数值方法与结构有限元分析相互迭代的流固耦合分析平台,讨论布局在不同飞行条件下的机翼流固特性,解决大尺度结构气动弹性的耦合作用方式及准确计算的方法问题.算例结果表明流固耦合迭代求解计算方法高效、合理,较为准确地获得了大尺度结构变形后的布局气动特性改变特征,完善了特殊布局的气动特性仿真方法.     

连续碳纤维增强镁基复合材料制备工艺研究

为了提高连续碳纤维增强镁基(Cf/Mg)复合材料的强度,采用压力浸渗法制备了T300/AZ91D和T700/AZ91D两种复合材料,通过改变预热温度和浇铸温度,对采用压力浸渗法制备连续Cf/Mg复合材料的组织与力学性能进行了研究。研究结果表明:预热温度太高会损坏碳纤维,影响碳纤维与基体的结合；浇铸温度太低会使熔体在碳纤维未浸渗完全时便已开始凝固；浇铸温度太高会损坏碳纤维,降低复合材料的力学性能；当预热温度为450 ℃、浇铸温度为800 ℃时,制备的T300/AZ91D复合材料弯曲强度最高,为865 MPa；当预热温度为450 ℃、浇铸温度为750 ℃时,制备的T700/AZ91D复合材料弯曲强度最高,为1 153 MPa。通过研究,提高了碳纤维增强镁基复合材料的力学性能,使该材料能更广泛地应用于航空航天领域。     

镁合金表面冷喷涂铝合金与铝基复合涂层组织和耐蚀性研究

为提高镁合金表面耐蚀性,用冷喷涂技术在ZM5镁合金表面制备AA5083铝合金涂层与AA5083/20vol.%Al_2O_3铝基复合涂层。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度测试仪等分析手段研究涂层形貌组织和性能,并结合电化学测试技术对涂层的抗腐蚀性能进行了评价。评价结果表明:冷喷涂铝合金涂层组织致密,铝基复合涂层中Al_2O_3与AA5083颗粒分布均匀;2种涂层显微硬度均大于ZM5镁合金基体且抗腐蚀性能优于ZM5镁合金,腐蚀电位相比镁合金基体有所提高,腐蚀电流相比镁合金基体降低一个数量级。利用冷喷涂技术制备的AA5083铝合金涂层与AA5083/20vol.%Al_2O_3铝基复合涂层,组织致密,涂层硬度较高,均可显著提高镁合金表面耐蚀性。     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

复合材料风扇叶片-机匣碰摩振动的数值模拟

基于全三维模型的复合材料风扇叶片-机匣碰摩动力学特性的数值研究。建立了复合材料三维风扇叶片-机匣实体有限元模型，考虑叶片离心刚度的影响，机匣由贝塞尔曲面拟合，风扇叶片采用3种不同铺层形式。基于该模型，在机匣二节径变形的情况下，计算了不同铺层叶片在不同转速下与机匣碰摩后的动力学响应。计算结果表明:铺层形式对叶片中、低转速下的碰摩振动形式影响较大，带有90°铺层的叶片的最高振幅及不稳定振动所在区域的转速相对较低，改变铺层形式可以对复合材料风扇叶片-机匣的碰摩动力学特性加以控制。当转速靠近由3倍频与叶片1阶模态造成的共振点附近，或由6倍频与叶片2阶模态造成的共振转速附近时，叶片与机匣的碰摩会导致非稳定振动的产生。该方法与结果对复合材料风扇叶片的碰摩动力学特性研究具有一定指导意义。      

粒子分离器鼓包柔性复合材料的本构模型研究

为了预测可变形粒子分离器鼓包复杂工况的力学行为,得到柔性帘线/橡胶复合材料结构的变形特性模型,基于连续介质力学的理论,建立了一种考虑帘线/橡胶之间剪切应变能的帘线/橡胶复合材料本构模型,通过ABAQUS的UANISOHYPER_INV接口编写各向异性超弹性材料的本构子程序,形成有效的帘线/橡胶复合材料的变形行为预测方法。结合橡胶材料Mooney—Rivilin本构模型,基于大变形不可压缩方法处理橡胶试验数据,运用最小二乘法拟合单轴拉伸试验数据,得到橡胶材料的参数C10=-0.27MPa与C01=1.12MPa;在橡胶超弹性本构的基础上,建立了帘线/橡胶复合材料的各向超弹性本构模型,并通过单轴拉伸试验拟合帘线和剪切应变能的参数;并进行单轴拉伸试验验证帘线/橡胶复合材料的各向超弹性本构模型。结果表明:拉伸变形量在20%内,数据吻合较好,进一步证明所建本构模型的准确性,为可变形粒子分离器鼓包有限元仿真分析奠定理论基础。     

锂离子电池用PMMA凝胶/LLZT复合电解质的原位制备

固态电池具有高能量密度和高安全性等潜力,是未来航天器电源的重要解决方案。本文利用原位聚合方法,制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)凝胶/Li_(6.5)La_3Zr_(1.5)Ta_(0.5)O_(12)(LLZT)复合电解质。通过选择与陶瓷相润湿性好的甲基丙烯酸甲酯单体(MMA)进行原位聚合,改善了电解质内部陶瓷与凝胶的两相界面。室温下,此复合电解质具有6.6×10~(-4)S·cm~(-1)的离子导电率。进一步采用原位聚合法,制备了Li/复合电解质/Li对称电池。与非原位方法相比,原位聚合将电解质与金属锂的界面比电阻从1 572Ω·cm~2降至367Ω·cm~2,对称电池在0.085 mA·cm~(-2)下能够稳定循环400圈,显示出良好的循环稳定性。     

基于三维有限元模型的弹翼胶接结构胶层应力分析

目前对复合材料胶接修理结构中胶层的模拟多采用二维平面单元,不能有效模拟胶层在外载荷作用下的真实应力状态。考虑某飞行器弹翼修理时形成的复合材料双面胶接结构承受载荷后处于三维应力状态的情况,建立了该修理结构的三维有限元模型,计算出单向拉伸条件下胶层的剪应力,并与Hart-Smith解析解进行对比。分析结果表明三维有限元模型正确、合理。利用所建立的模型分析胶层的剪应力和剥离应力的分布特点,得出胶层破坏的失效顺序,为胶接修理结构的承载能力分析以及结构改进提供参考依据。