先进无损检测技术在复合材料缺陷检测中的应用

针对飞机复合材料构件全生命周期无损检测问题,介绍喷水超声C扫描技术、相控阵超声技术、空气耦合超声技术、激光超声技术和红外热成像技术在复合材料检测中的最新应用.研制大型喷水超声C扫描系统和新型超声、红外检测系统并开展试验研究,采用喷水超声方法,实现了蜂窝夹芯复合材料构件的C扫描检测;采用相控阵超声检测方法,实现了碳纤维复合材料R角检测;采用空气耦合超声方法,实现了蜂窝夹芯复合材料检测和PMMA板的导波检测;采用激光超声方法,实现了碳纤维复合材料分层检测;采用红外热成像方法,实现了蜂窝夹芯复合材料结构检测.研究表明,提出的超声、红外检测技术可以用于飞机复合材料构件全生命周期的大型结构检测、复杂结构检测、非接触检测、高精度检测和外场快速检测.     

基于遗传算法的复合材料泡沫夹层板铺层优化设计

机翼中泡沫夹芯结构的使用可以有效降低结构元件的重量,因此对复合材料泡沫夹层板的优化设计研究显得十分重要。基于遗传算法设计可以同时进行铺层角度和铺层厚度的优化算法,在该优化算法中采用分区优化技术及浮点数编码对铺层角度和铺层厚度设计变量进行设计。使用上述优化方法对复合材料机翼盒段泡沫夹芯蒙皮进行铺层优化设计,优化后的翼盒重量比优化前降低了38．2％。优化结果表明对复合材料机翼盒段夹芯蒙皮的优化设计可以有效地降低重量,为泡沫夹芯结构的使用提供一定的参考。     

碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲强度

考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲行为进行了分析,并且验证了程序的有效性.同时,采用程序,讨论了点阵参数(包括杆单元长度、半径及倾斜角)对点阵夹芯复合材料结构屈曲强度的影响规律.结果表明:芯层体积分数相同的情况下,金字塔型和四面体型点阵夹芯结构的屈曲强度相差不大,后者略高.所得结论对点阵夹芯复合材料结构设计具有一定的指导意义.      

含超材料吸波体的夹芯复合材料设计、制备及性能

为了获得一种兼具吸波性能和一定力学承载性能的复合材料,将超材料吸波体与夹芯复合材料相结合。通过仿真设计出满足双频带、宽频带电磁波吸收的超材料吸波体,对其吸波性能进行表征。而后将双频带、宽频带超材料吸波体分别嵌入以玻璃纤维/环氧树脂复合材料为上面板、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫为芯层、碳纤维/环氧树脂复合材料为下面板的夹芯复合结构中,形成夹芯复合材料。对最终的夹芯复合材料进行吸波性能测试,结果表明：双频带夹芯复合材料在8.65 GHz和10.30 GHz下的电磁吸波率分别达到94.13%和99.99%,宽频带夹芯复合材料在8.25～11.61 GHz的频段范围内的电磁吸波率为90.02%～99.91%。弯曲性能测试结果显示,双频带夹芯复合材料的弯曲强度和模量分别为68.81 MPa和7.72 GPa;宽频带夹芯复合材料的弯曲强度和模量分别为145.76 MPa和9.13 GPa。断面形貌电镜照片显示,夹芯复合材料受到弯曲破坏后有局部小范围层间开裂现象,整体层间结合良好。     

复合材料泡沫夹芯板胶接修理的压缩性能

针对复合材料泡沫夹芯结构在维修结构性能研究方面的缺失,在完成了复合材料泡沫夹芯板的维修与压缩性能测试之后,建立了结构有限元分析模型,结合夹芯结构的稳定性理论解析模型,并对复合材料泡沫夹芯结构的胶接修理压缩性能进行验证。结果表明:通过试验结果简化了有限元分析模型中的胶层设置;应用复合材料夹芯结构的稳定性理论解析模型,能够快速获得复合材料夹芯维修结构的侧压极限载荷上限值;复合材料泡沫夹芯修理结构的主要侧压破坏模式为面板一阶与二阶屈曲失效,该结果说明复合材料泡沫夹芯修补结构的有限元模型与解析稳定性理论模型的计算精度较高,具有较强的工程实用性。     

某型飞机用PMI泡沫夹层复合材料的设计

本文选用国外先进、成熟的高温固化环氧碳纤维复合材料、PMI轻质泡沫塑料芯材及高温固化结构胶粘剂,从适航、材料选择、夹层结构特点等方面出发,来设计泡沫芯/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料,并采用目前应用最多的一种成形工艺方法-热压罐成形工艺来制备该复合材料。将泡沫芯/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料应用于某型飞机,具有显著的结构减重效果,为民机结构应用泡沫夹层复合材料奠定了坚实的基础。     

大型复合材料蜂窝夹芯结构X射线数字成像自动化快速扫描检测技术

X射线数字成像（X-ray digital radiography）检测方法广泛应用于工业生产的许多领域,已成为复合材料蜂窝夹芯结构的重要检测方法,对于大型复合材料蜂窝夹芯结构,需要提高X射线数字成像检测效率。针对大型复合材料蜂窝夹芯结构特点及其检测要求,提出了一种X射线数字成像自动化扫描成像检测方法,介绍了大型复合材料蜂窝夹芯结构的X射线数字成像自动化扫描检测系统的设计特点、关键单元的参数选型。利用所研制的大型复合材料蜂窝夹芯结构X射线数字成像自动扫描检测设备、确定的检测参数和设计制备的实际大型蜂窝夹芯结构件,开展了系列的检测试验研究。试验和实际检测应用结果表明,采用X射线数字成像自动化扫描检测方法可以实现大型蜂窝夹芯结构的快速可视化检测,检测分辨率可达3.2 LP/mm,取得了很好的检测效果。     

飞机复合材料起落架舱门优化设计

蜂窝夹芯复合材料逐渐取代铝合金成为舱门的首选材料,其刚度设计及结构减重在飞机的结构设计中十分重要。通过参数化建模建立了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的有限元模型,并进行起落架舱门的模拟计算。在打开和关闭两种工况下以刚度和强度为约束,优化舱门的几何结构和复合材料参数。建立代理模型后采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合进行优化,实现了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的优化设计。通过优化设计,所得到的舱门比原铝合金舱门具有更高的强度和刚度。优化后复合材料舱门重量比优化前下降了11.5%,比铝合金舱门减少了39.6%,起落架舱门总重量明显降低。同时,建立代理模型后再优化的方法优化效率高,解决了多优化变量下找不到最优解的问题。     

碳纤维增强点阵夹芯结构的散热承载协同优化

在散热性能分析中,解析地给出了点阵夹芯结构的整体传热系数和等效压降,定义了散热性能指标.通过连续介质力学的方法和经典的层合理论,并通过串并联模型给出了碳纤维增强点阵夹芯结构整体的刚度特性.在满足既定的承载要求和一定的散热要求约束下,提出了一种对碳纤维增强点阵夹芯结构进行多功能优化设计的协同优化方法,在设计中采用了更符合工程实际的基于分枝定界法的混合离散优化方法,得到了夹芯结构质量函数的最小值,从而实现了轻质的目的.同时对不同结构形式的芯子做了相应的比较和分析,结果表明:金字塔型点阵夹芯结构在实现轻质的同时,具有较强的散热能力,而且承载能力更好,更为轻质高效.      

混杂纤维复合材料混杂效应的理论估算与实验

 对碳纤维、玻璃纤维混杂复合材料的层间、层内及夹芯结构试样在拉伸试验中混杂效应的理论估算与实验研究,揭示出了混杂比、分散度对混杂效应的影响规律,建立了估算混杂效应的经验公式,其计算结果与实验结果较为一致。