On improvement of strength characteristics in composite polymeric materials by epoxy binders ultrasonic treatment

In this paper, the results of ultrasonic treatment (UST) influence upon the properties of epoxy compositions used in production of composite polymeric materials are presented. Also shown is the fact that the ultrasonic treatment makes it possible to improve significantly the physicomechanical properties of polymeric materials.     

Geometrical model of creasing roll for manufacturing line of the wedge-shaped folded cores production

A manufacturing process for the wedge-shaped folded core of the M-crimp type is considered. Also presented is the parametrical simulation model of the cutting head; the model was constructed by using the Solid Works 2009 CADS software and is meant for automatic change of core geometry in cases when one or several initial parameters are varied.     

Analytical dependences for determination of thermal conduction in sandwich panels with folded cores

In this paper, an analytical dependence for determination of the effective thermal conduction in sandwich panels with folded cores is presented depending on the geometrical characteristics of both the panel, core, and the material they are made from. The dependence is verified by conducting the corresponding experimental studies on three-layer panels with folded cores.     

不同试验标准对复合材料压缩强度的影响

为了研究应力与应变的关系问题,采用ASTMD3410对一系列复合材料进行压缩试验.研究结果表明对于低性能复合材料,应力应变呈线性关系,而对于高性能复合材料,应力应变不再呈线性关系,出现了失稳破坏,降低了压缩强度值.针对USN46200的压缩试验出现失稳破坏,分别采取增加厚度和改变试验标准进行试验,结果表明增加试验件厚度不能解决此问题,改变试验标准有效地解决了该问题.对于高性能的复合材料压缩试验建议采用ASTM D6641试验方法.     

A software package for computer-aided design analysis of thin-walled structures from composite materials

An algorithm of analyzing the design parameters for a thin-walled wing from composite material based on the efficient distribution of structural material between load-carrying elements is described. We consider the problems of convergence acceleration for the iteration design analysis. Also presented are the examples of determining the design parameters for a superlight aircraft wing and the rational parameters of the filler in the form of a three-dimensional rod structure.     

Electrical behaviour of ceramic composite materials for aero-engine igniters

High energy igniters are extensively used in aero-engines and this study describes the specific ceramic composite materials used at the igniter tips. These ceramics favour the formation of a plasma-like process on their surfaces under an electrical field not exceeding 1 kV mm⁻¹. The elevated temperature which is reached, and the high energy released during sparks are very favourable for engine ignition, even when internal engine temperature, pressure and fuel flow are unfavourable. Currently used ceramics and possible igniter designs are described. For composite ceramics, the physical mechanisms involved during sparking are presented, together with the high temperature and pressure effect in engines. Degradation mechanisms of materials are also examined to understand the operational life of igniters when working conditions vary. Problems associated with continuous ignition and the type of surface discharge materials are also discussed.     

Core reinforcement design for improving flexural energy-absorption of corrugated sandwich composite structure

To strengthen Specific Energy-Absorption (SEA) behavior of Sandwich Composite Structure (SCS), a kind of light-weight vertical stiffener is proposed for the corrugated core. The vertical stiffener, embedded in the corrugated core, can not only absorb part of energy but also simultaneously enhance Energy-Absorption (EA) of other components. The Hashin damage model considering the shear stress and ductile damage model is adopted to predict the failure of carbon fiber face-sheets and aluminum-core, respectively. The perfect bonding is modeled for interfaces between the face-sheet and core due to little realistic debonding. The finite element model is verified by available data of conventional SCS. To obtain more design ideas, several stiffeners with different thicknesses, numbers, and positions are investigated. From the predicted results, both the flexural load and deformation of SCS correlate well with experimental results. It is highlighted that the SCSs with different vertical stiffeners exhibit 9.74%–58.48% higher SEA than the SCS without stiffener. The complex reinforcement mechanisms are extensively revealed by underlying coupling EA and deformation mechanisms. Structural parameter analysis shows that the thickness and number have significant effects on the flexural behavior and SEA of reinforced SCS.     

复合材料雷击防护电热耦合模型

为了研究复合材料雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,基于雷击过程中的能量守恒关系,建立复合材料层合板雷击防护的电-热耦合数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立铝涂层防护的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板雷击烧蚀损伤有限元模型,并对雷击烧蚀损伤进行分析,和实验结果对比验证仿真的有效性,得出复合材料层合板在不同峰值雷电流、不同组合波形和不同铝涂层厚度雷电流作用下的烧蚀损伤规律。结果表明:铝涂层厚度相同时,峰值电流从50kA 增大到100kA时,复合材料层合板损伤面积约增大 1.5 倍;10/350波形50 kA峰值雷电流作用下,基准件的损伤面积约为0.05 mm厚度铝涂层防护系统下复合材料损伤面积的4倍。     

螺旋桨飞机俯仰力矩特性改进方法

螺旋桨滑流对飞机各部件的气动干扰造成飞机的俯仰力矩特性恶化,危害飞行安全。开展螺旋桨滑流对螺旋桨飞机俯仰力矩特性的影响机理研究和螺旋桨滑流作用下螺旋桨飞机俯仰力矩特性改进方法研究十分重要。采用动态重叠多块结构网格,通过求解非定常雷诺平均可压缩Navier-Stokes方程,数值模拟了某螺旋桨飞机不同拉力系数下降落构型的绕流流场。结果显示螺旋桨滑流对机翼、平尾的气动干扰是导致飞机俯仰力矩特性恶化的主要原因,改进螺旋桨飞机俯仰力矩特性的关键是改进其平尾的升力特性。以拉力系数等于0.4时的降落构型为优化对象,开展了俯仰力矩特性的改进方法研究,包括降低平尾高度、改变平尾上反角、抬高螺旋桨轴线等方法。研究发现在不增大机翼对平尾整体下洗强度的前提下,减小平尾和螺旋桨轴线的垂向距离,可以明显地改善螺旋桨飞机的俯仰力矩特性。     

孔隙率对多孔陶瓷材料失效强度的影响

应用格模型和统计学方法分析了多孔陶瓷材料的失效问题.首先建立了多孔材料宏观力学性能分析的有限元模型,然后使用自适应加载技术对多孔材料单向拉伸失效过程进行模拟,最后根据统计学方法对计算模拟结果进行统计分析.通过三维格模型方便地考虑到了气孔大小、位置分布、气孔率等影响因素,研究表明:脆性多孔陶瓷材料的失效过程表现出一定塑性,气孔位置随机分布引起失效强度的分散性,气孔率越高,材料失效强度越低.      

复合材料冲击损伤数值仿真模型评估

本文对低速冲击下复合材料结构损伤的数值仿真模型进行了分类和评估。低速冲击模型由冲击过程模型和材料损伤演化模型两类子模型组合而成,列出了每类模型的关键要素及其处理方法,对常用的组合进行了整理与评述,并列出了文献中出现频率较高的6种仿真模型。完成了6种模型的两个算例的数值评估,评估结果表明：对于正交层合板算例6个模型均可较准确地预测损伤形状和面积;对于角铺设层合板算例,采用Puck准则、考虑剪切非线性、基于能量释放率的模型得到的分层损伤形貌更接近于试验结果。     

无扩口导管组件连接强度试验及夹具设计

基于无扩口组合导管连接强度试验详细介绍了用于该试验的夹具设计过程。该夹具解决了以往连接强度试验时,万能试验机夹头对试验管壁所产生的径向挤压作用力的问题,避免了对试验管件的径向挤压所造成的变形损坏,并通过开展无扩口导管组件连接强度试验,证明该种夹具具有高效、经济、简单、实用的特点,可以推广应用于各类液压导管的连接强度试验。     

分层损伤对含孔复合材料层合板剩余强度影响

以国产碳纤维复合材料CCF300/QY8911含孔层合板静力拉伸试验为基础,建立了符合其损伤失效模式的有限元三维预测模型.通过引入Cohesive界面单元分析了层合板拉伸过程中的分层扩展,数值模拟的结果与试验结果吻合较好,破坏载荷预测结果与试验数据相比误差在5%以内.根据CCF300复合材料构件在制造过程和实际使用中产生的孔边分层缺陷的情况,在孔边预置分层,分析了初始分层损伤对于层合板剩余强度的影响.结果表明表面预制分层对剩余强度影响较小,但会引起自由边提前分层失效.      

雷达罩应用5258树脂基复合材料的试验研究

通过试验研究了雷达罩所用主要材料5258环氧树脂、预浸料和复合材料制备方法，进行了这些材料及结构的拉伸、弯曲、剪切和介电常数等性能的测试，结果表明5258树脂基体制备的复合材料均具有良好的力学和电学性能，能够满足雷达罩的设计要求。     

天线窗材料热透波特性风洞测试方法

高超声速飞行器天线窗材料在等离子体包覆条件下的热响应和热透波特性测试,是分析天线窗材料特性、研究电磁波在等离子体和天线窗中传输特性的基础。针对等离子体和天线窗中电磁波传输特性,采用矢量网络分析仪和标准增益天线组成的电磁波传输测试系统,获得了一定频率的电磁波经过等离子体和高温天线窗之后的衰减;针对高温天线窗自身热响应特性和电磁波在其中的传输特性,研究了天线窗材料在一定热流作用下的温度分布和烧蚀特性,测试了烧蚀后处于高温状态且无等离子体覆盖的天线窗对电磁波的影响,分析了天线窗高温透波特性与常温透波特性的差异。所建立的方法,为在地面等离子体风洞中开展天线窗热透波特性研究、分析天线窗和等离子体耦合作用对电磁波传输特性的影响建立了基础。     

碳纤维环氧复合材料对铝合金应力腐蚀性能的影响

研究了碳纤维环氧复合材料与LY12CZ,LC4CS铝合金相互偶接时,在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,以及所产生的电偶腐蚀对铝合金应力腐蚀性能的影响。测量了复合材料与铝合金在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀电流及铝合金的腐蚀失重值,应用慢应变速率应力腐蚀(SSRT)、预制疲劳裂纹的双悬臂(DCB)试样应力腐蚀研究方法,研究在腐蚀介质和碳纤维环氧复合材料共同作用下,由于电偶腐蚀的存在,对铝合金应力腐蚀性能的影响。试验结果表明:碳纤维环氧复合材料增加LY12CZ铝合金的应力腐蚀敏感性,缩短断裂时间,而对LC4CS双悬臂(DCB)试样应力腐蚀的研究结果表明,电偶腐蚀对LC4CS铝合金KISCC值影响不大,对(da/dt) 稍有影响,但不十分明显。同时对电偶腐蚀影响铝合金的应力腐蚀机制和行为进行了一定的讨论。     

各向异性复合材料平板气膜冷却特性实验和数值研究

针对不同编织方式形成的复合材料平板气膜冷却开展了实验研究,利用红外热像仪测量了热侧壁面的温度场分布,分析了平板导热系数、吹风比、主流温度等参数对综合冷却效率的影响。在实验验证的基础上,进一步对单向增韧特点的复合材料进行数值模拟,分析了X、Y、Z三个方向导热系数对单孔气膜冷却壁面温度场分布和综合冷却效率的影响。结果表明:随着吹风比的升高,气膜综合冷却效率升高;随着主流温度的升高,气膜冷却效率降低;25D编织复合材料冷却效率最高,3D编织复合材料冷却效率最低。各向异性复合材料内部的温度梯度、传热量都与材料的导热系数特征有关,X方向和Z方向的导热系数增大,沿程综合冷却效率升高;而Y方向导热系数的增大对气膜冷却效率几乎没有影响。      

防热材料热解与氧化性能试验技术研究

介绍了利用Arrhenius方程开展材料烧蚀热解性能动力学特性的基本原理，试验测试方法。并通过对炭酚醛材料烧蚀动力学参数的高频等离子体风洞试验研究，验证了采用时间历程积分在试验结果处理中的可靠性，在此基础上采用平板试验技术获得炭酚醛材料在600～1200K温度范围内的表面质量烧蚀率动力学方程，并将该方程所预测的结果与采用驻点烧蚀技术所获得的结果进行比较。结果显示：二者最大误差不超过5％，通过理论初步分析了二者之间存在差异的主要原因，并在试验比较分析的基础上，采用最大误差限理论分析了试验结果的可靠性。