复合材料结构数字化设计与工艺制造一体化技术研究及应用

复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强、抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性良好、尺寸稳定性好、隐身性好、便于大面积整体成型、并可大大降低飞机机体结构重量、有效提高商用载荷等诸多优点,因此大批飞机零部件相继采用复合材料结构.     

复合材料层板低速冲击剩余强度的研究

 针对复合材料层板受低速冲击后的剩余压缩强度问题进行分析计算,把冲击破坏区看作一个含有随机分布裂纹的圆形不均匀体,采用有限元建模分析,结合冲击后层板的试验所得的载荷/ 位移关系,计算得到冲击破坏区的剩余模量。再采用有限元建模分析含圆形冲击损伤区的矩形复合材料层板,求解应力及最大位移,并依据最大应力破坏准则,预测复合材料层板的冲击后压缩强度,计算结果与试验数据的比较表明分析结果可靠。     

RESIDUAL STRENGTH AND FATIGUE LIFE OF 2 D AND 3 D CARBON FABRIC COMPOSITES

Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＣＦＲＰ）ｆｏｒａｉｒｃｒａｆｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｓｖｅｒｙａｃｔｉｖｅｌｙｂｅｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ：ａｃｈｉｅｖｉｎｇｈｉ...     

针刺C/C复合材料拉伸强度及渐进失效数值预测

基于金相显微镜观测的针刺C/C复合材料细观结构,考虑材料内部纤维的真实分布,建立了针刺C/C复合材料单胞模型。采用Linde失效准则,考虑纤维渐进损伤对材料进行了刚度折减,通过引入周期性位移边界条件,对针刺C/C复合材料的拉伸破坏进行了有限元法（FEM）数值模拟,分析了单胞模型的渐进失效过程,并预测了材料的拉伸强度。开展了针刺C/C复合材料拉伸试验,采用扫描电子显微镜（SEM）观察了材料的断口形貌,数值预测结果与试验吻合良好。针刺C/C复合材料受拉伸载荷后发生准脆性断裂,拉伸应力-应变曲线呈双线性,0°无纬碳布发生纤维断裂和基体开裂破坏,90°无纬碳布出现横向基体劈裂,最终断裂发生在针刺纤维与面内无纬碳布交叉区域。     

复合材料单搭接胶接接头试验研究与数值模拟

针对不同搭接长度和不同被胶接件厚度的T300/QY8911层合板单搭接胶接接头进行了试验研究和数值模拟.建立了不同试验参数下的三维有限元模型,基于Hashin准则和连续介质损伤力学(CDM,Continuum Damage Mechanics)预测层合板面内损伤的起始和演化,应用黏聚区模型(CZM,Cohesive Zone Model)模拟层合板的分层损伤及胶层的失效.系统地研究了接头在不同参数下的失效模式、破坏形貌和极限载荷等的变化,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元分析模型的有效性.通过对接头的破坏形貌和应力分布进一步分析发现,胶接连接的失效模式和极限载荷均与胶接长度和被胶接件厚度有关;模拟接头胶接区在不同加载时刻的应力分布变化,反映了胶接连接在拉伸载荷下的破坏起始和演化过程.     

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。     

混合机织复合材料刚度、强度及低速冲击性能试验研究

将二维机织碳布和单向预浸料碳布按照一定比例铺设成的混合机织复合材料兼具比刚度、比强度高、抗低速冲击损伤以及工艺性好等优点。试验测定不同比例的混合机织复合材料的面内刚度、强度,采用落锤法进行多个能量级别的低速冲击试验和准静态横向压缩试验,用超声波C-扫描法记录各试验件的内部损伤面积,并测量剩余压缩强度,分析这种混合机织复合材料在综合考虑刚度、强度以及低速冲击损伤容限等因素下的最佳铺层比例。     

织物细观结构参数对编织复合材料弹性性能的影响

根据作者提出的二维波纹细观力学模型,在考虑了实际织物结构中存在的经向和纬向纤维的波纹;相邻纤维束之间的间隙;纤维束的横截面尺寸和织物的叠层构造状态对编织复合材料弹性性能的影响下,给出了织物细观结构参数与编织复合材料弹性性能之间的变化关系。通过参数分析探讨了不同结构参数对编织复合材料弹性性能的影响。     

复合材料蜂窝夹芯结构单面贴补弯曲性能的分析模型与试验研究

复合材料蜂窝夹芯结构作为一种轻质结构已经被广泛应用于飞机舵面及各类整流罩等部件,而弯曲性能可以综合表征其力学性能.基于此,对复合材料蜂窝夹芯板单面贴补试件进行了试验研究及数值分析.首先对单面贴补试件进行了三点弯曲试验,得出结构的破坏载荷及强度恢复值,并分析了芯层压溃以及补片脱胶两种破坏模式及其机理.数值分析中,结合Hill准则、Hashin Fabric准则以及粘聚单元技术,以二次应力准则和能量释放率准则作为失效判据,建立了基于梯形本构关系的修补结构三维有限元分析模型.对蜂窝夹芯板单面贴补结构的弯曲强度及破坏机理进行计算与分析,计算结果表明,基于梯形本构关系的胶层模型可以较好地模拟实际脱胶情况,与试验结果能够较好吻合,验证了分析模型的正确性.最后,分析了补片直径以及补片厚度对修补效果的影响,结果表明,随着补片直径与厚度的增加,修补结构承载能力呈现先增加后减小的趋势.