基于自适应近似法的复合材料先进格栅加筋结构优化设计(英文)

针对复合材料高级格栅加筋结构(AGS)的后屈曲约束优化问题,发展出基于自适应近似法的优化方法。设计将后屈曲考虑入结构的承载能力,比传统的以线性屈曲载荷为极限载荷的设计方法进一步提高结构效率。采用"梁偏移"技术对加筋-蒙皮联结进行有限元建模,并用Newton-Raphson法对AGS的后屈曲响应进行求解。通过少量次数的结构分析建立结构极限载荷的Kriging近似模型,并将之用于优化过程,以显著提高优化工作效率。使用多岛遗传算法运行优化计算,得到问题的全局最优解。针对问题的设计变量取值范围较大的特点,发展出基于自适应近似法的优化方法,计算结果证明该法比一般的基于近似法的优化方法能够显著减少结构分析次数。工作在有限元分析软件MSC.PATRAN/MARC、工程辅助软件iSIGHT中进行,验证了其相关功能,为复合材料AGS结构件的初步设计工具奠定基础。     

硅烷偶联剂改性Al2 O3p/TDE-85 的力学性能

利用硅烷偶联剂对Al2O3颗粒进行表面改性,制备了Al2O3颗粒增强的TDE-85树脂基复合材料,研究了表面改性对其力学性能的影响,采用差热分析仪测定复合材料的固化反应温度,并计算了固化反应活化能。利用扫描电子显微镜分析了拉伸断口形貌。研究发现,当Al2O3用量为2wt%时,固化反应速度较快,硅烷偶联剂用量为4wt%时,冲击强度为13.2 kJ/m2;拉伸强度为65.2 MPa;弹性模量为2.66 GPa;最大伸长率为3.35%,此时对Al2O3颗粒的表面改性综合效果最好。     

双周期带涂层纤维压电复合材料反平面问题分析

 研究双周期带涂层纤维压电复合材料反平面问题。利用Eshelby等效夹杂原理引入特征应变和特征电场,并结合双准周期Riemann边值问题理论,获得了问题在反平面机械载荷和面内电载荷作用时的解析解。由本文解的特殊情形可以退化为已有结果。数值算例考察了复合材料内部应力和电场随复合材料各组分电弹参数的变化规律,研究了纤维排列方式和纤维体积分数对复合材料有效电弹系数的影响。带涂层纤维正六边形排列时的有效电弹系数与广义自洽方法的预测结果非常接近。结果对新型航空材料的设计和优化具有参考价值。     

变截面毛细通道中气泡的运动特性分析

为了确定复合材料成型过程中气泡的运动条件,利用变截面毛细模拟通道实验系统,研究了气泡在变截面毛细管中的运动行为,分析了气泡长度、毛细管半径及液体种类对气泡垂直穿出行为的影响,并从理论角度推导出气泡穿出的临界压力方程.研究结果表明,气泡垂直穿出变截面毛细通道所需要的临界压力差,随气泡长度和毛细管半径的增大而减小,液体种类对其也有明显影响,实验结果与理论计算值基本吻合.该研究结果将为复合材料成型中工艺参数的优化提供实验依据.      

复合材料转动壳体动力特性分析

根据转动壳体的动力学方程,在利用DMAP对大型有限元软件MSC/NASTRAN二次开发的基础上,采用有限元方法对复合材料层合壳体转动状态下的动力特性进行了研究,分析了科氏力、离心力和横向剪力对固有频率的影响,并与实验结果进行了比较.结果显示由于科氏力的作用,即使在动坐标系下,层合壳体也会出现频率不等的前后行波,横向剪力使壳体的固有频率降低,且随着壳体厚径比的增加其影响显著增加.      

复合材料蜂窝夹层结构的优化设计

利用复合材料蒙皮结构的弯扭耦合效应可以改善翼面的气动弹性特性.为使这种结构的弯曲扭转耦合效应最大,采用遗传算法来优化设计这类结构,并以蜂窝结构为例进行分析.采用有限元计算软件分析目标函数,将铺层板、蜂窝夹芯的强度作为约束函数,并通过遗传算法优化与有限元计算有机的结合,开发了以有限元为基础的复杂问题的结构优化软件系统.      

基于刚度下降的疲劳累积损伤模型的研究

复合材料在静态和动态载荷作用下的损伤是十分复杂的,对损伤的精确建模是关系到复合材料力学行为描述的关键问题.从应变等效性假设出发,通过分析和描述疲劳过程中刚度和应变的演化规律,提出能够描述材料疲劳损伤演化过程的、以应变定义的和在疲劳过程中真实地反映材料动态本构关系的损伤因子,建立考虑残余应变的刚度下降复合材料疲劳损伤模型.T300/KH-304是我国新近研制的高性能航空复合材料,应用此模型开展对其疲劳损伤行为的分析与研究.在岛津液压伺服试验机上,加载频率控制在4.1 Hz,对这种材料的层合板进行4个常幅应力水平的疲劳实验,建立了T300/KH-304复合材料的疲劳模型的数学表达,经验证模型优于经典的疲劳模型的S-N曲线拟合精度,最大的误差仅为2.4％,且能反应疲劳损伤的发展规律.      

离心力场中TiC/FeNiCr复合材料 涂层的原位反应合成

以Fe₂O₃,Cr₂O₃,CrO₃,NiO,Al,Ti粉和C粉为原料,在离心力场中在碳钢基体表面原位反应合成了TiC-FeNiCr复合材料涂层.利用X射线衍射、金相照相、扫描电镜、X射线能谱分析等手段对涂层的显微结构和组织形貌进行了研究.测试了涂层的显微硬度及干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,涂层和碳钢基体能形成冶金结合.涂层由FeNiCr奥氏体和其中弥散分布的TiC硬质相组成.TiC颗粒晶粒尺寸小于3μm,形状呈多边形或花瓣状.涂层显微硬度约为Hv 500~Hv 800,TiC含量增加,涂层的显微硬度提高.涂层较碳钢具有优异的耐磨性能.      

SMARC变形控制及神经网络建模

在复合材料层板中偏离中性层的位置铺设镍钛形状记忆合金丝,然后通电加热镍钛丝,使其在形状回复过程中产生巨大的回复力,从而使层板结构发生弯曲变形.由于形状记忆合金的非线性以及合成的智能材料结构的应力、应变分布和形状变化规律都非常复杂,尝试引入人工神经网络来建立以可控参量(电流强度)为输入变量、易测参量(稳态挠度)为输出变量的模型,所建模型的预测数据与实验数据之间符合得较好,相对误差小于9%.      

基于主从控制模式的铺带机控制技术

针对某型号工程大型复合材料筒段成型需求,以通用缠绕机为平台,提出一种基于主从式控制系统的专用自动铺带机系统方案.在分析铺带机控制功能的基础上,以西门子802C为主控制系统和PMAC为从控制系统构建了数控系统;为实现主从式控制系统间开关量协同控制,研制了主从系统间协同控制的PLC程序模块.经过实验验证,此控制系统完全满足实时性的控制要求.