基于多模式超声成像的CFRP冲击损伤无损表征与冲击后压缩强度预测

为实现含冲击损伤复合材料层板损伤特性和剩余强度的定量无损表征,提出了一种基于多模式超声成像的CFRP层板冲击损伤表征与冲击后压缩强度预测方法。首先,基于相控阵超声多模式成像技术获得了不同冲击载荷下AC631/CCF800H双马来酰亚胺树脂基复合材料层板分层损伤的位置、尺寸和分布信息,随后,以层析C扫描图像为基础,引入等效开孔体积对其冲击后压缩强度进行了预测。结果表明：相控阵超声B扫描、声程C扫描和层析C扫描等多种成像模式相结合,能够有效描述层板内部分层损伤的形貌、尺寸及三维空间分布特征;与凹坑深度拟合和最大开孔体积拟合等传统方法相比,基于层析C扫描图像的等效开孔体积与CFRP层板的冲击后压缩强度相关性更大,预测结果也更为精确。相关研究成果可为复合材料冲击损伤过程精细化分析和材料力学性能定量无损表征提供一定的借鉴和参考。     

碳纤维复合材料层板冲击损伤的空气耦合兰姆波成像检测

非接触式超声兰姆波方法能够对大面积复合材料板材进行快速检测,在自动成像检测上有着突出的优势。针对碳纤维/树脂基复合材料(CFRP)层压板采用空气耦合超声探头激励出A0模态兰姆波。在含冲击损伤的层板试样的同一侧激发和接收兰姆波进行扫描检测,针对冲击损伤区域以互相正交的两个方向进行兰姆波扫查,获得了不同位置的检测信号。对比在有无缺陷处板材中兰姆波传播信号的特征,对采集信号进行频域分析,以无缺陷处信号值为基准,利用信号差异系数(SDC)作为特征值,将扫查信号数据采用特征值全加和全乘的数据融合方法进行了缺陷形貌重构成像。成像结果能够良好的体现出冲击损伤的位置和两个方向的尺寸大小。     

超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损伤影响的仿真研究

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在传统加工（OC）过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题,本文提出使用超声振动辅助切削（UVC）工艺加工CFRP,通过仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明：使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力,且纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比,UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下损伤深度;在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度,但取得了较为平整的已加工表面以及较小的损伤区域。     

复合材料结构冲击损伤容限设计思想及其发展

重点介绍了复合材料结构冲击损伤容限设计思想及产生的历史背景，并客观地评价了它的历史功绩，同时又揭示了这种设计思想和设计的局限性和保守性，然后指出了今后可能的发展方向。     

复合材料层板冲击损伤特性及冲击后压缩强度研究

对两种材料体系(T300/QY8911和T300/5405)/铺层的复合材料层板进行三种支持条件(冲击点无支持、梁凸缘或长桁凸缘支持和肋凸缘支持)、六种冲击能量等级的冲击损伤特性及冲击后压缩强度试验研究。讨论了冲击能量、支持条件等与冲击损伤特性和剩余压缩强度的关系,研究结果表明,冲击表面凹坑深度和冲击损伤面积可用于表征复合材料冲击损伤,而基体裂纹长度不可以用于表征冲击损伤。且随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击所造成的损伤随之减小。随着冲击能量的增加,冲击后压缩强度随之减小。在相同的冲击能量作用下,随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击后压缩强度也随之增加。     

复合材料孔隙超声反射法和穿透法检测对比分析

采用超声反射法和超声穿透法对碳纤维增强树脂基复合材料层压板进行孔隙缺陷检测与孔隙率数值评估。通过工艺偏离的方法制备不同孔隙级差的检测试样,采用超声反射法与超声穿透法对该批试样进行检测,得到不同级差孔隙缺陷对应的超声检测波形和成像检测结果,并基于声波衰减幅度对孔隙率进行量化评估。结果表明:孔隙率在0.0%~3.0%之间时,两种超声检测方法的评估结果相吻合,超声反射法对微米级孔隙缺陷或低孔隙级差具备更高的检测灵敏度;超声穿透法对高孔隙率级差或大厚度或高衰减材料的复合材料制件提供更高的超声穿透能力。     

超声相控阵在飞机RTM复合材料结构中的应用

在役飞机RTM复合材料结构的缺陷检测是保障飞机安全的必要工作,本文介绍了飞机RTM复合材料结构,并采用超声相控阵方法对RTM试验件结构和冲击损伤进行了检测。试验结果表明:超声相控阵技术能够对RTM结构和缺陷进行有效检测。     

复合材料手动超声成像检测系统的研究

研究了基于CCD视频图像定位的超声成像检测技术 ,设计并完成了工程化的CCD定位手动扫描超声成像检测系统 ,该系统扫描图像最大尺寸为 5 0 0× 5 0 0象素点 ;扫描分辨率连续可调 ,最高分辨率可达0 .1mm/象素点 ;定位精度为一个象素点。CCD定位使得超声成像检测不受场地、工件形状的限制 ,应用面广阔。该系统已在碳纤维增强复合材料的检测上得到了良好的应用。     

复合材料雷击损伤超声成像检测

复合材料因其减重和卓越的综合性能和制造工艺优势,已经在飞机领域得到广泛应用,特别是在新型飞机设计研发中,复合材料装机用量已成为飞机先进性的重要标志和提升市场竞争力的技术筹码.例如,波音787飞机复合材料用量达到结构重量的50％[1].但一旦复合材料内部出现损伤时,可能会影响其力学性能和结构安全性.因此,一直以来,有不少的业内专家和学者在研究损伤对复合材料性能的影响[1-6].在众多的复合材料损伤中,雷击损伤是业内高度关注的一种损伤形式.     

基于锤击法的复合材料层合板振动理论及实验模态分析

基于实验模态分析理论,构建了复合材料层合板的模态实验理论及测试系统。首先制备了150mm!80 mm!3.75 mm的碳纤维复合材料层合板,通过DH5922N动态数据采集仪提取了加速度传感器以及力锤所感应到的频响函数及激励信号。将频响函数导入DHDAS动态信号分析系统后获得复合材料层合板一阶及二阶固有频率分别为323.103和656.180 Hz,并测得对应频率下的各测点振型。结果表明,利用本文所提出的实验理论及所用设备可精确提取复合材料层合板的模态信息。     

复合材料胶接缺陷的红外热像检测

简要介绍了红外热像的检测原理，并用红外热像方法对铝蜂窝铝蒙皮复合材料较易出现的胶接缺陷进行检测，结果表明红外热像方法是检测复合材料胶接缺陷的快速、有效方法。不同性质缺陷的最佳检测时间不同，对于铝蜂窝铝蒙皮结构复合材料蒙皮的各种脱粘缺陷，检测速度都高于每分钟两屏。实现被检工件快速、方便、自动化的加热方式，加热源和热像头的同步自动扫查以及智能化地识别各种缺陷是今后红外热像检测发展的重要方向。     

基于自适应分层元的复合材料层合板低速冲击损伤分析(英文)

On the basis ofa 2D 4-node Mindlin shell element method, a novel self-adapting delamination finite element method is presented, which is developed to model the delamination damage of composite laminates. In the method, the sublaminate elements are generated automatically when the delamination damage occurs or extends. Thus, the complex process and state of delamination damage can be simulated practically with high efficiency for both analysis and modeling. Based on the self-adapting delamination method, linear dynamic finite element damage analysis is performed to simulate the low-velocity impact damage process of three types of mixed woven composite laminates. Taking the frictional force among sublaminations during delaminating and the transverse normal stress into account, the analytical results are consistent with those of the experimental data.     

基于打靶试验的风扇机匣包容能力评估方法

为保障飞行安全,航空发动机机匣需具有足够的抗冲击能力以包容高速旋转状态下丢失的叶片。针对某型涡扇发动机对开式风扇机匣包容性评估需求,提出了1种结合真实机匣打靶试验和有限元分析评估机匣包容能力的方法。通过使用真实机匣和真实叶片进行打靶试验获得风扇机匣的冲击损伤情况,并基于ANSYS/LS-DYNA进行了瞬态动力学有限元分析。结果表明:采用Johnson-Cook模型预测的机匣伤形状、尺寸以及叶片残余速度均与试验结果接近,验证了数值分析方法的准确性。采用验证过的数值分析方法开展旋转状态下机匣的包容性评估,发现由于撞击姿态差异和失效模式转变,风扇机匣可以包容以100%工作转速飞出的叶片,但机匣出现长裂纹,接近临界包容状态。所提出的方法可以在不具备部件包容试验条件的情况下,以较方便的形式对机匣包容能力可靠评估。     

混杂复合材料层合板抗冲击性能研究

为了探究复合材料层合板在实际应用中因承受冲击载荷而造成的结构安全问题,本研究采用实验和仿真相结合的方法,首先探究冲头形状对复合材料层合板损伤机理的影响,然后结合不同冲击能进一步揭示层合板的承载力和能量吸收变化规律。结果表明,相同冲击能下,层合板的损伤范围和承载力随着圆锥头、半球头、平头依次增加;相应的层合板的临界穿透能量随着圆锥头、半球头、平头依次增大;冲头形状和冲击能对层合板的吸能能力有较大的影响。     

基于有限元仿真的含中心孔层压板强度预测方法

在材料承载应力不可能超过其自身强度的原则上,假设复合材料遵循弹性-塑性等效就位力学行为,提出了一种基于线弹性有限元分析的含中心孔层压板渐进失效和强度预测的仿真方法;在仿真中对单元材料属性进行随机赋值以模拟真实材料状态,采用Hashin准则对材料失效进行判定并对失效材料按照其失效模式进行弹性常数退化;通过试验测试了5种不同铺层的玻璃/环氧复合材料带孔层压板的强度,在不单独考虑分层的条件下,含孔层压板的预测强度与试验结果吻合较好,与传统有限元预测方法相比,本方法不需要人为地确定失效材料的退化因子。     

复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析

运用ABAQUS软件对复合材料层合板低速冲击下的损伤状态进行模拟,采用单一变量法,以损伤面积为表征参数,针对影响低速冲击下复合材料层合板损伤性能的诸多因素进行分析,以便在材料研制的初期预见其损伤阻抗.分层损伤是层合板低速冲击下的主要损伤形式之一,基于损伤力学、断裂力学和黏性理论,建立零厚度的三维界面单元来精确模拟层间分...     

复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究

通过对低速冲击试验和准静态压痕试验进行对比,获得了冲击能量(准静态压痕力)与层压板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度的三组对应关系.分析表明,损伤面积、损伤宽度和凹坑深度均可作为损伤参数来建立低速冲击和准静态压痕损伤的等效性.当冲击能量或准静态压痕力达到一定值后,三组对应关系曲线上出现拐点,两类试验的拐点相差很小,且两类试验的变化趋势相同,初步说明了用准静态压痕试验替代低速冲击试验是可行的,同时在较低冲击能量(拐点值之前)下准静态压痕力近似等于相对应的冲击能量下冲击过程的最大接触力.对两类试验过程进行分析,准静态压痕试验的初始分层载荷较冲击试验稍低,但两类试验过程中载荷的变化趋势相同,进一步说明了低速冲击试验和准静态压痕试验损伤的等效性.