穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题，提出在泡沫上预先打孔的方法，在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能，并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件，对其进行不同能量的低速冲击试验，记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应，并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围，探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明，随着冲击能量的增加，最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加，凹坑深度和内部损伤面积也增大，同时结构的能量吸收率也有所提高；适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能，而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。     

高温下泡沫夹芯材料Ⅰ/Ⅱ混合型界面断裂特性试验（英文）

泡沫芯夹层材料以其轻质、高强、耐腐蚀等优点在土木工程中得到了广泛的应用。然而,泡沫芯夹层材料的界面结合强度在高温下有所减弱。在实际应用中,由于复合材料和泡沫材料对环境温度的变化非常敏感,高温的影响是不可忽视的。在本研究中,通过一系列单臂弯曲梁在不同温度下的试验来评估高温对泡沫芯夹层材料Ⅰ/Ⅱ型混合界面断裂的影响。温度范围为29～90℃,覆盖了复合材料和泡沫芯的玻璃化转变温度。总结了Ⅰ/Ⅱ型混合界面裂纹扩展及其相应的界面应变能释放速率。     

复合材料蜂窝夹层进气道结构优化设计方法

研究了一种以全局响应面算法为基础的复合材料蜂窝夹层结构进气道优化设计技术。该技术以复合材料蜂窝夹层进气道结构为研究对象,以结构重量最轻为目标,结合工程实际生产工艺和复合材料结构设计一般原则,使面板各方向角铺层厚度和蜂窝芯材厚度均选用离散变量,同时约束复合材料蜂窝夹层结构的各种失效模式以及进气道工作环境的频率需求。最后通过算例验证了此优化设计方法的可行性。     

铝合金皱褶芯材夹层板当量导热系数

设计并制作了13个不同几何特征参数的铝合金皱褶芯材夹层板.在一定假设条件下,运用工程软件ANSYS对它们的当量热传导系数进行了数值计算,分析了V-型皱褶芯材夹层板几何特征参数对其基本热传导性能的影响.同时,进行了当量热传导系数的实验测定,通过对比分析,验证了数值计算结果.给出了常温下皱褶芯材夹层板的当量热传导系数随皱褶板几何特征参数的变化关系,为皱褶芯材夹层板在航空航天隔热防热结构中的应用提供了参考依据.     

无人机复合材料结构和制造工艺

简述了复合材料在先进无人机应用上的发展趋势,从复合材料力学角度讨论了无人机复合材料结构形式,主要包括层压板结构和夹层结构,此外还对无人机复合材料体系以及设计时应该注意的一些问题进行了探讨.同时,对于两种结构的成型工艺方法进行了阐述,并指出各种成型工艺方法存在的问题以及有待研究的方向.     

皱褶结构芯格构型的几何设计方法

夹层结构具有较高的抗弯刚度质量比,较好的吸音、隔音、隔热和耐疲劳性能,被广泛应用于航空航天领域。夹层结构的芯材是具有一定抗剪刚度的轻质材料。从理论上讲,可以制造出各种不同构造型式的芯材。但由于工艺方法以及制造成本的限制,目前结构上常用的是由金属或非金属材料制成的六角蜂窝芯材。本文介绍了将平面板材通过按一定有规律的线系进行皱褶,从而形成各种不同构造型式、不同几何尺寸的等高度、变高度或曲面构型等复杂形状的芯材,用以满足各种不同的结构和功能性要求。而且,这种方法具有很好的工艺性。     

真空绝热板用复合吸气剂研究

吸气剂是真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP)的重要组件之一,尤其是对于玻璃纤维芯材与有机泡沫芯材不可缺少,因为这些芯材的VIP导热系数对压力变化比较敏感。本文以玻璃纤维芯材的VIP为研究背景,通过对板内残余气体成分分析,开发了一种复合型吸气剂,研究了吸气剂的化学组分、制备工艺及性能参数,利用自制系统测试了吸气剂的吸气性能,探讨了吸气剂的吸附过程与吸附机理。将该吸气剂用于玻璃纤维芯材的VIP中,并与未使用吸气剂的VIP进行对比分析,结果表明该吸气剂能够使VIP的初始导热系数更低、使用寿命更长。     

SGF/PP泡沫复合材料的发泡效果和力学性能

用单螺杆挤出机及型内二步法发泡工艺制备了短玻璃纤维(Short glass fiber,SGF)增强聚丙烯(Polypropylene,PP)泡沫复合材料,研究了SGF的质量分数对泡沫复合材料的泡孔形貌、界面粘结和力学性能的影响。结果表明,SGF的引入提高了共混体系的熔体强度,能够获得泡径细小且分布均匀的闭孔结构;偶联剂的表面包覆改善了SGF与PP的相容性,显著增强了两者的界面结合;随着增强纤维的加入,SGF/PP泡沫复合材料的冲击韧度和抗弯强度均呈现先增后降的变化趋势,并在SGF的含量为20%时达到最大值;研究发现,适量的SGF在共混体系中分散均匀且与基体的界面结合和共混体系的发泡效果得到显著改善,决定了SGF/PP泡沫复合材料能够获得优异的力学性能。     

Nomex蜂窝芯静态压缩屈曲与后屈曲分析

基于自动铺丝工艺,为获得良好的蜂窝夹层结构自动铺放成型质量,建立了Nomex蜂窝芯在压辊压力下的屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法。采用线性屈曲分析法(特征值分析法)对蜂窝单元进行屈曲分析,得到一阶屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;引入初始结构几何缺陷,采用非线性屈曲分析法(弧长法)对Nomex蜂窝单元后屈曲行为进行分析,输出参考点RP-1的载荷-位移曲线,得到弧长法计算的屈曲载荷以及极限载荷值。通过对比试验结果与两种屈曲分析法得到:对于分析临界屈曲载荷,特征值法较弧长法更精确;而弧长法可以更好模拟结构的后屈曲行为,计算结果与试验数据基本吻合,为Nomex蜂窝夹心结构自动铺放成型过程中铺放压力的选取提供参考。     

整体中空夹层复合材料力学性能的实验研究

研究了整体中空夹层复合材料的复合成型工艺,制作了满足要求的实验件。对整体中空夹层复合材料经、纬向的侧拉、侧压、平拉、平压、双层剪切和4点弯曲等性能进行了实验研究,获得了该种材料的主要力学性能参数,并与类似的蜂窝夹层材料部分力学性能进行了对比。分析了整体中空夹层复合材料经、纬向性能的差异以及材料的失效形式,得到了一些有益的结论,为该种材料的结构设计和性能分析奠定了重要的基础。     

大口径高精度复合材料反射器制造技术

为满足星载碳纤维蜂窝夹层结构天线反射器的大口径、高精度要求,提出了一种基于设计、工艺和测量的高精度反射器制造方法。该方法通过高热稳定性、高精度模具来提高反射面形面精度,通过蜂窝拼接来降低反射面固化时残余应力,通过高低温时效来降低固化后反射器部件残余应力,通过优化测量方法来提高反射器测量精度。实测结果表明,该技术能有效提高反射器制造精度和改善反射器热变形。     

关于复杂自由曲面类构件铺放成形对刀策略

针对基于复杂自由曲面类构件的复合材料铺放成形技术领域中的对刀问题展开研究工作,对刀的策略和精度是判断构件模具制造精度和决定复合材料铺放成形质量的关键因素。借助设置在铺放头压辊处的激光测距探头,通过对位于模具上不同位置对刀点或校验点的探测,进行模具制造精度校核和对刀精准性判断。基于激光测距探头所探测数据,提出了针对一次性低成本模具和高精度可复用模具对刀点的设置方法以及对刀策略,利用该对刀策略进行翼身融合体的铺放成形实验进行验证,实验表明该对刀策略可有效解决复杂自由曲面类构件的复合材料铺放成形的对刀问题。     

CAD／CAM技术在模具设计与制造中的应用

ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的出现和应用，对传统的模具设计与制造方法有着重大影响。本文以刀柄为例介绍了它的模具结构设计、加工方案，以及应用ＣＡＤ／ＣＡＭ技术解决刀柄模具型腔的曲面造型及数控加工编程的过程。     

X-Cor夹层结构的平压性能

通过力学分析得到X-Cor夹层结构平压模量的解析式和计及泡沫对z-pin横向支撑的平压强度预测公式。分析X-Cor夹层结构平压模量的理论值与试验值误差,提出了结构屈曲和z-pin的长度差异引起的刚度折减的修正模型,修正后的夹层结构平压模量的理论值与试验值吻合。理论公式为X-Cor夹层结构的设计提供依据,进而为X-Cor夹层结构新材料在工程领域的应用奠定了基础。     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

MBD技术在数字化协同制造中的应用与展望

随着信息技术、先进制造技术、新材料技术的迅猛发展,航空制造技术正面临着重大的变革,处于产业革命的前夜。数字化协同设计制造技术是航空产业革命的关键技术之一,本文探讨了在大型飞机研制中的基于模型的定义(Model based definition,MBD)技术在数字化协同设计制造中应用的一些方式方法以及存在的问题,提出了比较适合于目前国内航空企业实施MBD的一些思路。     

基于增材制造的30CrMnSiA高速风洞试验模型设计及流固耦合分析研究

增材制造技术可针对任意复杂形状的零件进行加工,制造周期和成本较低,具有传统机械切削加工所不具备的独特优势,在风洞试验模型制造中具有广泛的应用前景。针对高速风洞模型加工中常用的30CrMnSiA材料,开展了金属粉末制备、检测及材料试件的制造研究,在此基础上,利用测试件数据作为材料性能输入参数,结合增材制造工艺,设计了机翼为中空结构的AgardB模型,利用Ansys有限元分析软件,进行了该模型流固耦合仿真分析,并开展了优化设计,结果表明,中空机翼的模型结构能够满足高速风洞试验要求。     

翼身融合布局民机PRSEUS结构制造工艺研究进展

拉挤杆缝合高效一体化结构(Pultruded rod stiffened efficient unitized structure,PRSEUS)综合利用了复合材料的一体化缝合和整体固化技术,能够满足翼身融合布局民机的传载、止裂、稳定性和维修性等结构设计要求。PRSEUS面板采用了低成本整体式结构设计制造方法,通过采用三维编织、单边缝合和可控气压树脂灌注等技术,完成纤维编织、缝合和树脂灌注过程,以低温共固化和缝合技术确保结构法向强度。通过合理选材和工艺设计,易于满足翼身融合布局民机不同部位结构的多样性设计需求。本文从翼身融合布局民机PRSEUS结构选材设计、PRSEUS结构制备核心工艺、PRSEUS工装夹具、典型PRSEUS测试壁板制造和典型机身试验件制造等方面系统阐述了翼身融合布局民机PRSEUS结构制造工艺技术的最新进展和发展现状,通过总结与展望PRSEUS结构制造工艺研究进展,为中国未来民机结构设计制造以及新型材料结构研发提供有价值的技术参考和研究方向。