复合材料十字型接头力学性能实验研究与数值模拟(英文)

通过拉伸和剪切试验,研究了3种不同的树脂转型模型(RTM)成型工艺(即RTM、引入缝纫的RTM和共胶接)对复合材料十字型接头力学性能的影响。根据实验现象,分析和讨论了其破坏机理。实验结果表明,3种工艺中,RTM成型的十字型接头力学性能最优,胶接和缝纫工艺都会对接头的强度产生不同程度的影响。通过有限元分析,数值模拟了RTM十字型接头的破坏过程,与实验现象吻合良好。     

Thermo-mechanical properties of RTM-made carbon fibre/polyimide composite attaching collar under transient heating

This study focuses on the thermo-mechanical properties of Carbon Fibre/Polyimide Composite (CFPC) attaching collars under transient heating. The CFPC attaching collars were fabricated by a high-temperature resin transfer moulding process, and their thermo-mechanical properties under the conditions of simultaneous transient heating and bending load were investigated. The results show that the attaching collar tends to fail at 118% of the limit load. The failure mode includes the fracture of the connecting screws, local extrusion damage of the hole edges, and slight ablation damage at the outer plies. And there is no observable residual deformation in the composite attaching collar. Furthermore, considering that the material properties vary with temperature, a progressive damage model based on the sequential thermo-mechanical coupling method was established to study the failure mechanism of the attaching collar. Finally, the damage factor of the CFPC was calculated to assess the safety status of the attaching collar. The results show that the primary damage modes of the composite attaching collar are intralaminar failure, which mainly occurs at the heat insulation layer and the hole edges, and these slightly affect the structural bearing capacity. A good correlation between the experiment and FEA is obtained. The test methods and analysis models proposed contribute to the safety assessment of composite structures under transient heating.     

缝合复合材料弹性性能的三维有限元细观分析与试验验证

建立了缝合复合材料代表单元体的三维有限元模型,模型中考虑了缝线的实际形状,以及缝线与层合板之间的位置关系,并把层合板的每层视为有一定厚度的体,全面考虑缝合层板在3个方向上的性能。模型所取的单元体为全厚度方向,相对实际细观结构简化较少,分析结果与试验数据的比较表明,分析模型所得的结果可信,可以用于工程设计,为缝合复合材料的分析和减少试验件提供了理论分析方法。     

含离散源损伤复合材料加筋板的压缩特性

 通过对含有离散源损伤的复合材料加筋板的压缩实验和有限元模拟,研究了离散源损伤的损伤扩展与破坏特性以及对复合材料加筋板剩余强度的影响。 结果表明，复合材料加筋板的离散源损伤用穿透蒙皮切断桁条的切口来模拟是合适的，蒙皮上的穿透切口前端有很高的应变集中，桁条被切断导致加筋板传力路线改变；离散源损伤使复合材料加筋板的压缩强度下降显著，达到60％左右； 基于Hashin失效准则的渐进损伤有限元数值模拟方法，可以有效地模拟含切口加筋板的宏观损伤扩展和破坏过程，计算结果与实验值吻合较好。     

三维四向编织复合材料基本性能的有限元模拟

依据三维四向编织复合材料的结构特点,建立了能真实反映其空间构型的"双纽线"单元体胞模型,并以此为基础,采用有限元方法对C／SiC三维四向编织复合材料的基本性能参数进行了数值模拟,获得了该材料在制备冷却阶段的热变形行为以及残余应力和残余应变的分布状况,同时获得了制备后室温条件下该材料的等效弹性模量与等效热膨胀系数值。     

复合材料层合板三点弯曲损伤失效数值研究

建立了一种基于实体单元的损伤计算模型,利用该模型可以对基体失效、纤维断裂和层间分层三种基本损伤形式进行分析。对复合材料层合板三点弯曲失效过程进行数值研究,通过与相关试验结果进行对比,证明该损伤计算方法是合理的。通过分析网格密度和计算步长对最终载荷-位移响应的影响,可以发现网格密度在达到一定水平后。继续细化网格对最终载荷位移曲线不会产生影响;而迭代步长对最终载荷位移响应的影响比较大。     

记忆合金箍环增强复合材料管件接头力学性能分析

复合材料管件在使用时需与接头粘接,粘接的强度常常决定了整个管件的承载能力。本文首先用有限元方法分析了记忆合金箍环对复合材料圆管接头承拉能力的影响,再通过两组轴拉静力试验测试了记忆合金箍环对复合材料圆管拉伸强度的影响程度。试验结果表明记忆合金箍环能提高复合材料圆管接头拉伸强度10.1%,能较好地提高连接性能,这与有限元分析结果相符,分析及试验结果对复合材料管件设计改进有指导作用。     

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

以空间光学结构应用为背景,对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究,包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等;与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料,对其主要力学性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性,起始固化温度为101.2℃,较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃;拉伸性能以及弯曲性能均有提高,同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右,明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）;树脂的工艺性良好,适合热熔法制备预浸料;应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。     

变刚度纤维曲线铺放复合材料层合板的有限元建模和拉伸特性分析

通过对变刚度铺放路径进行数学建模,得到变刚度复合材料层合板的拓扑构型,对复合材料层合 板内每个离散单元的每个铺层进行纤维角度和铺层厚度的独立设计。然后将拓扑构型数据导入有限元分析软 件GENESIS 中,实现层合板铺层信息的可视化显示和拉伸性能的分析,得出层合板的弹塑性本构关系。通过 仿真数据与实验测试数据进行对比,得出在所构建的变刚度复合材料层合板模型上进行拉伸实验仿真的准确 度可达95% 。该方法不仅可以可视化地展现出铺放过程中发生重叠的位置、整个复合材料层合板的厚度分布 以及每层上铺放角的分布,还可对其在弹塑性范围内的拉伸性能进行精确仿真。     

型材拉弯回弹有限元分析

对两种不同截面的铝型材分别在6种不同拉弯成形工艺中的拉弯过程进行有限元数值模拟,探讨成形工艺、弯曲半径与型材截面形状对拉弯成形后型材回弹的影响。     

复合材料机械连接层合板孔边应力集中研究

为在设计复合材料机械连接时有据可循,采用有限元分析方法,对复合材料机械连接层合板进行分析,给出正交异性带孔板相对边距H／d以及相对宽度d／B对孔边应力集中的影响,结果表明：H／d及d／B对孔边应力集中因子的影响较大;随H／d的增加,最大环向应力集中因子Kmaxσθ减小,而径向最大应力与挤压应力比Krd变化不大;当复合材料板的宽度减小时,环向最大应力与挤压应力比Kσd增大,而Krd几乎不会随d／B的改变而改变,但径向应力的分布会因孔外形的变化而产生明显的差异。为复合材料机械连接设计提供了一定的参考。     

关于粘土/高性能环氧纳米复合材料的形态及力学性能的研究

对粘土片层在纳米粘土／高性能环氧树脂体系中的分散状态及力学性能进行了研究。通过加入较少的粘土（含量≤5wt％）得到插层型纳米复合材料。纳米粘土的存在使环氧树脂的玻璃化转变温度有所降低。粘土质量含量为2％时，复合材料的冲击强度约上升10％，但超过2％后。冲击强度随之下降。材料的弯曲强度则随着粘土含量的升高而逐步降低。     

MT300/802双马树脂基复合材料固化工艺及高温力学性能

采用热分析方法研究高活性802双马树脂的固化反应动力学特征,分析树脂固化度与固化温度、固化时间的关系,确定树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h,制得MT300/802复合材料200℃固化T_g达到325℃,而相同固化温度XU292双马树脂T_g仅为234℃。进一步考察MT300/802复合材料室温、230、280及300℃的力学性能,结果表明,复合材料单向板280℃弯曲强度保持率达到了57%,300℃弯曲强度仍达到1 094 MPa,室温及高温层间剪切强度及面内剪切强度也表现出较高的性能水平,高活性802双马树脂及其复合材料固化温度相对较低而使用温度较高,能够满足航天领域耐高温主承力结构的应用要求。     

EB-PVD工艺制备Ti/Ti-Al超薄多层复合材料的微观结构与性能研究

利用大功率电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了Ti和Ti-48at%Al交替蒸发沉积形成的金属/金属间化合物型多层材料薄箔.研究了靶基距、微观结构参数及试样在制备材料的选取位置对其性能的影响,考察了Ti/Ti-Al微叠层材料在不同温度下的拉伸性能,结果表明材料的室温脆性得到了明显改善,高温下由于金属间化合物层的反常强化作用,使材料在500～800 ℃之间的性能较为理想.     

硅氮烷改性含硅芳炔树脂及其复合材料的性能

采用胺解法合成了二(3-乙炔基苯胺) -二甲基硅烷(SZ),并与含硅芳炔(PSA)树脂熔融共混制

备了PSA/ SZ。利用一系列测试手段考察了PSA/ SZ 树脂的流变行为、固化反应、热稳定性、弯曲、介电性能以

及石英布增强PSA/ SZ 复合材料的力学性能。结果表明,硅氮烷SZ 的加入有效降低了PSA/ SZ 树脂的黏度,

PSA/ SZ 浇铸体的弯曲强度提高了62. 7%,石英纤维增强PSA/ SZ 复合材料的弯曲和层剪强度分别提高了

18． 7%和60. 4%。

     

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。     

材料特性对热障涂层合理压入深度的影响

基于有限元计算方法和量纲分析原理提出了热障涂层合理压入深度的确定方法,并研究了涂层及基体材料特性对合理压入深度的影响.首先,根据量纲分析原理提出了合理压入深度的无量纲表达式;其次基于锥形压头识别理想弹塑性材料的材料特性的方法,提出合理压入深度的确定方法;最后研究了各无量纲因素对合理压入深度的影响.研究发现基体的弹性模量对合理压入深度的影响最大,粘结层材料特性的影响较大,热氧化生成层的材料特性及基体的屈服极限对合理压入深度的影响不大.     

两种典型缺陷对六边形蜂窝压缩性能的影响

文摘通过数值模拟研究了孔洞和部分填充孔穴这两种典型缺陷对弹性蜂窝(橡胶)和弹塑性蜂窝(金属)的压缩性能的影响规律。结果表明,相对于分散孔洞,集中孔洞对蜂窝材料的力学性能影响更大,且它们的存在完全改变了其变形模式;而对于含填充孔穴的蜂窝材料而言,其弹性模量得到显著增强,弹性蜂窝的屈曲应力也得到增强,但弹塑性蜂窝的塑性坍塌应力则保持不变或有所下降。     

先进复合材料结构RTM技术现状及发展

树脂转移模塑工艺（RTM）产生以来,以其经济性优势开始替代热压罐的成形方法,RTM技术可生产高质量,具有复杂外形,低成本的产品,本文阐述了RTM技术在宇航工业材料,设备及应用上的发展,并对RTM技术进行了概述,建立了流动模型。     

三轴仿真转台结构静动态特性计算

建立了三轴仿真转台外框的结构分析模型,用结构有限元法对其进行了结构静动态特性分析,得出了外框架在实际载荷下的静态变形和低阶固有频率及相应振型。在此基础上,进行了转台的整机固有频率及相应振型分析计算。