铺层结构对复合材料层合板固有频率的影响

搭建四角简支的复合材料层合板的模态振动实验平台。使用锤击单点激励法获取层合板不同测点位处的频响函数;利用DHDAS动态信号分析系统测得不同铺层结构复合材料层合板的前三阶固有频率,及对应的振型;进一步分析铺层结构对复合材料层合板的振动特性的影响。结果表明,改变测点位置对层合板整体的固有频率影响较小;复合材料层合板的铺层结构对固有频率有很大影响;[0°/90°/±45°]s4铺层结构的层合板的抗冲击性最强、结构整体的刚度最高。     

高温射流冲击大丝束碳纤维实验与仿真分析

为更好地研究大丝束碳纤维在射流冲击作用下的展纤机理,设计了高温射流冲击试验装置。通过正交试验,并引入极差这一指正参数,参数化地分析了热气流喷距、纤维丝束跨距和纤维丝束张力对展纤效果的影响。建立高温射流流场的三维CFD模型,通过实验与仿真对比分析射流中心轴线上的速度分布来验证仿真模型的正确性,获得流场中心平面上的速度分布云图,并对高温射流冲击作用下纤维壁面的压力和温度的分布情况进行分析。CFD仿真和射流冲击试验的结果较好地吻合,通过分析结果得出适合于48K大丝束碳纤维展纤的最优工艺参数。当在喷距为80 mm,纤维跨度为100 mm,砝码质量为15 g条件下进行展宽,纤维铺展均匀,展宽效果最佳,宽度可达到50 mm。     

基于流场函数的变刚度层合板铺放设计

文章提出了一种新的变刚度铺层轨迹设计方法,即采用一对互相共轭的标量场函数实现复合材料变刚度铺层的轨迹定义和铺层设计。最后,通过有限元建模和算例对比方法,对直线铺放层合板和变刚度铺放层合板进行压缩特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,得出变刚度铺放层合板的屈曲特性比直线铺放层合构件提高约23．62％,y方向的屈曲变形位移减小为直线铺层构件的59．47％,大幅度提高了构件的抗压缩屈曲特性,同时也验证了该设计方法的可行性和实用价值。     

含中心孔复合材料变刚度板孔边应力解析法分析

利用经典层合板理论分析变刚度板孔边应力很困难,为此提出一种基于流场函数设计变刚度铺放轨迹,由获得的铺放轨迹函数进行解析分析的方法。首先,采用带有一个构造参数的流场函数来描述变刚度铺层的曲线轨迹。然后,通过建立目标函数去拟合变刚度铺层内最大主应力方向。确定构造参数后,离散优化流场函数获得变刚度铺放轨迹。利用含孔偏轴拉伸孔边应力求解法及经典层合板理论,确定变刚度板孔边的应力解析解。同种工况下,变刚度板的最大应力比0°板的应力峰值下降了11.90%。最后,对解析法与有限元法进行了对比,解析法与有限元法的最大误差发生在应力集中处,最大误差为5.63%,验证该解析法的有效性。     

预浸带铺放过程温度场动态仿真与实验研究

为了测量铺放过程中粘合点温度峰值和复合材料的温度场分布,构建了基于Lab VIEW的温度场在线测量系统。实验中预浸带铺放5层,热风枪稳定温度为200℃。实验结果表明,随着铺放过程的进行,每一层预浸带的温度曲线都出现多个峰值,且峰值逐渐降低,其中第1个峰值即为粘合点温度,平均分别为80.1、91.4、101.3、113、108.3℃,比较可知,各层预浸带粘合点温度逐渐升高。同时,建立了预浸带铺放温度场有限元模型,利用ANSYS中的生死单元以及循环加载技术模拟了预浸带动态铺放过程。有限元模拟结果中的粘合点温度分别为71.8、96.2、104.3、107.9、105.3℃,与实验结果相比误差可控制在10%以内,且粘合点温度越高,其准确性越好。     

基于CAN总线的飞行模拟器油门台控制系统

针对飞行模拟器开发了一套油门台控制系统,以AT90CAN128为主控芯片,采用该芯片的内嵌CAN通信收发功能,设计了飞行模拟器油门台控制系统方案。采用电磁离合器切换工作模式,从而满足油门台在随动、手动工作状态下不同控制要求。系统通过高精度电位器实时反馈双油门杆的位置信息,并将反馈信息传给上位计算机。最后进行整机模拟系统联调试验,验证本系统方案可行性,试验结果表明所测试数据结果稳定,微调的分辨率小于0.5°,位置信号的偏差小于1%,响应时间小于0.1s。     

炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头拉伸失效实验

对炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头的拉伸失效损伤进行了实验研究,分析了搭接长度、粘接体厚度、胶层缺陷、层合板铺层方式对失效载荷、接头强度和失效模式的影响。实验结果表明,失效载荷随着搭接长度的增加而增大,接头强度随着搭接长度的增加而减小;粘接体厚度增大2倍时,接头强度与粘接体厚度并不成正比关系。在胶层内设置微小缺陷对接头强度影响较小,随着搭接长度的增加,影响变得越来越小;增加层合板单向纤维的铺层数,可提高接头的失效载荷和接头强度;各类型试件主要的失效模式为分层失效,有时并伴随有胶层失效和纤维撕裂现象。     

内嵌缺陷对自动铺丝正交层合板构件拉伸性能的影响

针对自动铺丝技术在铺放复合材料正交层合板构件时产生的内嵌缺陷,分别按照[(90°/0°)5/90°]和[(0°/90°)5/0°]的顺序,利用2丝束自动铺放机器人铺放含有6种间距的空隙和重叠缺陷的层合板试件,缺陷分别位于0°和90°纤维层内。通过对24种缺陷规格的试件与完好试件进行拉伸试验对比研究,结果表明,0°纤维方向上,空隙间距12.7mm时的拉伸强度与完好试件的比值(拉伸强度比)达到40.1%,拉伸性能最高;重叠缺陷试件的拉伸性能普遍高于空隙试件,重叠间距为0时的拉伸强度比达到最大值48.0%;90°纤维方向上,空隙缺陷对试件拉伸强度的影响并不显著;重叠缺陷试件的拉伸强度则随着缺陷间距的增加呈现先减后增的趋势,间距6.35 mm时的拉伸强度比为最低80.3%,间距1.5、12.7 mm时的拉伸强度比分别达到101.6%和103.4%。     

气流展纤工艺中不同压差和送丝速度对碳纤维展宽的影响

为探究气流展纤工艺中不同出口压差和送丝速度对碳纤维丝束展宽效果的影响,依据Venturi原理,搭建气流展纤试验平台,并记录大丝束碳纤维展宽过程,计算不同工艺参数下碳纤维丝束在不同阶段的展宽率和展宽均匀程度。研究结果表明：通过搭建的气流展纤试验台,能获得展宽率高于400%,展宽均匀程度在90%以上的碳纤维丝束,得到的碳纤维丝束的展宽率与出口压差呈正相关,与送丝速度呈负相关;碳纤维丝束的展宽均匀程度与出口压差呈负相关,与送丝速度呈正相关。     

偏置抛物面卫星天线反射器固化变形分析

偏置抛物面卫星天线反射器由碳纤维预浸料铺制而成，在固化过程中通常会出现热变形、固化收缩变形及机械变形等形变，且过大的变形会导致反射器反射信号产生偏差。为了有效预测天线反射器在热压罐固化过程中的变形，本文采用线性粘弹性本构模型表征纤维增强复合材料在固化过程中的应力-应变关系。采用顺序热-力耦合分析法，对天线反射器内部温度场、固化度场及位移场的分布进行建模，并对铺层结构及降温速率对天线反射器变形的影响开展研究。结果表明：相较于纯0°铺层结构，正交和准各向同性铺层天线反射器z向变形量减小了51%以上，且降低降温速率有助于提高天线反射器的固化型面变形。