基于细观结构的三维机织复合材料弹性性能的分析

三维机织复合材料具有复杂的细观结构,通过采用双凸透镜的几何形状来描述被压扁的纤维束横截面,引入细观结构和几何参数,建立了基于织物细观结构预测三维机织复合材料的纤维体积分数和弹性常数的方法。通过参数分析预测了结构和几何参数对三维复合材料弹性性能的影响。开发了一个具有友好界面的三维机织复合材料弹性性能的分析软件,为复合材料结构设计者选定适合的织物增强结构提供了有效的计算工具。理论计算结果与实验值的比较,表明了分析方法的正确性。     

An integrated preforming-performance model for high-fidelity performance analysis of cured woven composite part with non-orthogonal yarn angles

Preforming process would change yarn angle and yarn orientation, its influence on the material properties and material orientations needs to be considered in the performance analysis.However, most current performance models fail to account for the preforming effect. An integrated performance model accounting for the impact of preforming has been developed. In this integrated model, part geometry, yarn angle and orientation after preforming of multiple prepreg layers are predicted by Finite Eleme...     

含缺陷C/SiC平纹机织复合材料拉伸力学行为数值模拟

采用APDL语言实现ANSYS的二次开发,建立含预制缺陷的纤维束截面卵圆形多尺度单胞模型。首先计算纤维束单胞的初始模量,强度以及最大应变;随后利用扫描电镜图中的缺陷建立单胞模型,并引入周期性边界条件,预测材料的初始各向材料常数。同时利用Linde提出的逐渐损伤准则,进行单轴拉伸力学行为的数值模拟,并阐述该平纹机织复合材料单胞模型在经向拉伸载荷作用下其纤维束的损伤及演化过程。该模型计算得到的最大拉应度为0.65%,强度为256.46 MPa。结果表明,该模型给出的数值模拟结果与实验数据吻合较好,证明了模型的有效性,为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供了一种有效方法。     

基于改进ConvNeXt模型的压气机变几何系统T-step预测方法

为了实时监控航空发动机压气机变几何系统的状态并获取警告信号，提出一种基于改进ConvNeXt 模型的T步（T-step） 预测方法。与仿真数据和特定试验条件下生成的数据集相比，T-step预测方法采用了飞机数据采集系统记录的实际飞行数据。 证实了采用改进ConvNeXt模型预测压气机变几何系统参数的可行性，并在发动机过渡状态和稳态下分别进行了试验验证。结果 表明：采用改进ConvNeXt模型的T步（T-step）预测方法能精准地预测压气机VSV角度和VBV开度的变化，最低可达2.132°和 7.077°，预测误差在可接受范围内。该方法能识别和预测各类型航空发动机不同运行状态的变几何系统参数的角度，获得相对准 确的结果。     

Experimental and numerical investigation of mechanical behavior of plain woven CFRP composites subjected to three-point bending

The mechanical behavior of plain woven Carbon Fiber-Reinforced Polymer (CFRP) composites under Three-Point Bending (TPB) is investigated via experimental and numerical approaches. Multiscale models, including microscale, mesoscale and macroscale models, have been developed to characterize the TPB strength and damages. Thereinto, Representative Volume Elements (RVEs) of the microscale and mesoscale structures are established to determine the effective properties of carbon-fiber yarn and CFRP composites, respectively. Aimed at accurately and efficiently predicting the TPB behavior, an Equivalent Cross-Ply Laminate (ECPL) cell is proposed to simplify the inherent woven architecture, and the effective properties of the subcell are computed using a local homogenization approach. The macroscale model of the TPB specimen is constructed by a topology structure of ECPL cells to predict the mechanical behavior. The TPB experiments have been performed to validate the multiscale models. Both the experimental and numerical results reveal that delamination mainly appears in the top and bottom interfaces of the CFRP laminates. And matrix cracking and delamination are identified as the significant damage modes during the TPB process. Finally, the quasi-static and dynamic behaviors of plain woven composites are discussed by comparing the results of Low-Velocity Impact (LVI) and TPB simulations.     

Numerical simulation and a hybrid method of supersonic turbulent base heating

Detached eddy simulation (DES) model was used to better capture large vortex structure and unsteady flow feature near cone base. Good base heating results were achieved using proper grid and numerical method. The influence of inflow conditions (like Mach number, Reynolds number) and configuration (bluntness ratio of the cone) on base heating was discussed based on numerical computational results. Compared with base heat flux, base pressure can be predicted more accurately by numerical simulation and the time consuming was shorter. A hybrid method combining numerical simulation with experimental correlation was proposed to predict supersonic turbulent base heating. A review of base heating experiment and correlations for slender cone was presented, and a revised correlation was proposed based on the above simulation results. Compared with the experiment data, the maximum error was 24%, a good result for base heating prediction. This proves that the hybrid method using the revised correlation performs well in predicting supersonic turbulent base heating of slender sphere cone and can meet needs of engineering design.      

基于ABAQUS的混杂纤维增强复合材料固化变形模拟

针对混杂纤维增强复合材料固化变形问题,以两种纤维增强双马树脂基复合材料为研究对象,建立了一种基于ABAQUS的混杂纤维增强复合材料固化变形预测模型。大尺寸(500 mm×500 mm)平板固化变形实验结果表明,建立的有限元数值模拟计算方法能够较准确的预测混杂纤维增强复合材料固化变形的变形趋势和最大变形量,最大变形量测算误差约为10%~15%。     

球头铣刀铣削力仿真技术研究

建立了适合任意进给方向的球头铣刀铣削力模型,并将铣削力仿真与几何仿真有机地结合起来,提出了快速准确地提取参与切削的切削微元的方法,并通过切削实验验证了铣削力模型。     

斜纹机织热塑性复合材料低速冲击损伤及多尺度数值模拟研究

机织复合材料在服役过程中不可避免地遭受低速冲击而引起内部损伤,导致材料性能减退。本文以斜纹机织热塑性复合材料为研究对象,通过实验与模拟相结合的方法研究其在低速冲击下的损伤行为。构建了微观、介观和宏观串行的多尺度模型对斜纹机织热塑性复合材料低速冲击损伤行为进行预测,并在5和10 J的冲击能量下,对其进行低速冲击试验以验证该多尺度模型的正确性。结果表明,微观、介观和宏观串行的多尺度模型能够准确地预测出斜纹机织热塑性复合材料的冲击损伤特性;在较大的冲击能量下,材料正面和背面均出现了损伤,且损伤以纤维断裂为主;低速冲击数值模拟所预测的力响应曲线与试验结果表现出良好的一致性,数值模拟损伤面积的误差在10%以内。     

基于Z-map模型的球头铣刀铣削力建模与仿真

对球头铣刀铣削力建模进行了研究。在Z-map仿真模型的基础上,提出了识别加工中参与切削的切削刃单元的方法,通过考虑刀具偏心和刀具变形对瞬时切削厚度的影响,推导出了瞬时切削厚度的表达式,由铣削力和切削负载之间的关系,建立了球头铣刀三轴铣削力仿真模型。铣削力仿真计算与铣削实验的对比表明在考虑刀具偏心和刀具变形后所建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测。     

短切玻璃纤维增强聚醚醚酮承力支架研制

为加工某航天器高性能承力支架零件,本文对不同玻璃纤维含量的短切玻璃纤维增强聚醚醚酮(SGF/PEEK)的力学性能进行了分析,利用Moldflow分析软件对承力支架注塑模具、注塑工艺参数进行了优化。结果表明,30wt%的SGF/PEEK作为承力支架材料时力学性能最优,模流分析有效预测注塑过程,改善主流道及二级流道尺寸可有效提升保压效果,保压压力和模具温度对承力支架翘曲变形的影响最为显著,得出一组优化的工艺参数,采用该参数成型的零件已成功应用于某航天器燃料贮箱中并通过了飞行考核。     

TC4钛合金贮箱半球超塑成形模具型面设计

合理布置成形后半球毛坯的壁厚加工余量,并计算超塑成形模具型面的名义加工尺寸.通过分析半球在超塑成形过程中材料变形机理,设计反向预成形模具型面,达到均匀半球毛坯壁厚的目的,使其满足后续加工尺寸的要求.     

含低速冲击损伤层压板的压缩破坏研究

对复合材料的结构损伤演化过程的研究在飞机结构设计中具有越来越重要的工程指导意义。针对含低速冲击损伤层压板的压缩分析,提出了一种考虑层间损伤的三维有限元模型,该模型通过层间节点耦合方式,将复合材料层压板各子层粘合到一起,能准确、形象的模拟层间的相互作用。同时,基于累积损伤思想开发了复合材料层压板压缩过程的损伤仿真程序,该...     

航空器飞行状态预测的混合模型研究

航空器的飞行状态预测是飞行冲突探测的核心问题,也是保障飞行安全的关键所在.为了准确、高效地预测航空器的飞行状态,提出了一种HMM-BP混合模型.首先深入分析了航空器的飞行特点,从不同角度定义飞行状态并建立几何判定方法;然后通过HMM模型分别对航空器的飞行高度、航向以及速度特征进行时序建模;最后利用BP神经网络对航空器的飞行状态进行了推理预测.研究结果表明,该方法通过分析航空器在扇区内最初5min的雷达航迹数据,能够准确地预测其在扇区剩余时间的飞行状态,且计算速度快、预测效率高,可以有效协助管制员正确掌握航空器的飞行状态.     

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

A hybrid lattice Boltzmann flux solver for integrated hypersonic fluid-thermal-structural analysis

In this paper, a hybrid Lattice Boltzmann Flux Solver (LBFS) with an improved switch function is proposed for simulation of integrated hypersonic fluid-thermal-structural problems. In the solver, the macroscopic Navier–Stokes equations and structural heat transfer equation are discretized by the finite volume method, and the numerical fluxes at the cell interface are reconstructed by the local solution of the Boltzmann equation. To compute the numerical fluxes, two equilibrium distribution functions are introduced. One is the D1Q4 discrete velocity model for calculating the inviscid flux across the cell interface of Navier–Stokes equations, and the other is the D2Q4 model for evaluating the flux of structural energy equation. In this work, a new dual thermal resistance model is proposed to calculate the thermal properties at the fluid–solid interface. The accuracy and stability of the present hybrid solver are validated by simulating several numerical examples, including the fluid-thermal-structural problem of cylindrical leading edge. Numerical results show that the present solver can accurately predict the thermal properties of hypersonic fluid-thermal-structural problems and has the great potential for solving fluid-thermal-structural problems of long-endurance high-speed vehicles.     

热压罐成型过程中框架式模具温度场模拟与分析

为了研究复合材料构件成型模具温度场,本文以某型飞机壁板的热压罐固化工艺为例,通过模型简化,利用FLUENT等仿真软件建立模具温度场的数值模拟模型,并将模拟数据与实验数据进行对比。结果表明二者平均相对误差为7. 4%。此外通过仿真模拟一组以支撑板厚度为变量的实例,两组以U、V两个方向的支撑板厚度为变量的对照组,通过判断模具型板表面温度方差大小,研究了支撑板厚度对模具温度场分布的影响规律。结果表明,模具温度场的均匀性随着支撑板厚度的增加而逐渐降低,其中U向支撑板厚度的变化对温度场均匀性的影响比V向大。     

带涂层干摩擦阻尼器的分子动力学仿真

从纳米级微凸体间的剪切运动出发研究干摩擦阻尼器摩擦机理。采用更加精确的多体势,建立描述两个可变形半球状微凸体剪切运动过程的分子动力学模型。应用该模型分析了单晶铜微凸体剪切运动过程中切向力和法向力随相对位移、干涉深度和微凸体半径的变化规律,同时研究了剪切过程结束后剩余变形能的变化。通过多尺度分析和统计学工具,建立了干摩擦模型的微凸体模型,并与实验结果进行对比。研究表明:单晶铜在真空中发生干摩擦时,结合面的表面法向接触刚度与法向载荷成正比,滑动摩擦因数只与表面粗糙度参数有关。计算结果与纯铜摩擦实验结果相吻合,证明该方法可准确地分析覆盖涂层的干摩擦阻尼器工作面干摩擦特性,对于已知微观参数的表面,能够准确地预测滑动摩擦因数。      

航站楼旅客流程仿真研究

仿真能够准确、形象地预知系统未来发生的情况,尤其在航站楼旅客流程这类环节多、不易更改的系统中,可以减少决策失误造成的浪费以及给旅客带来的不便。文章提出了使用仿真优化航站楼旅客流程的方案,并使用实例说明。首先给出了ProModel仿真模型在航站楼旅客流程研究中的设计方案,并通过实例验证模型的正确性。同时,针对旅客流程耗时长的问题,使用SimRunner优化工具,通过两次优化,得出航站楼旅客流程的最佳改进方案。     

成型工艺对复合材料I型断裂韧度的影响

采用双悬臂梁试验和假设检验的方法,对比分析了两种不同成型工艺对复合材料I型层间断裂韧度的影响,并采用有限元模型对这一过程进行了模拟。研究表明：硅橡胶软模成型试验件的I型断裂韧度均值略高于金属硬模成型试验件;而两种工艺试验件的I型断裂韧度方差不存在显著差异,且两种工艺成型的试验件的裂纹扩展过程相似。在试验的基础上建立了有限元模型,对裂纹扩展过程进行了模拟,与试验结果吻合良好,可以有效地预测裂纹扩展过程。