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。     

矩形填充多孔材料夹层结构两种模型的固有频率比较

引言 复合材料夹层结构是由复合材料层压面板和芯材胶接成的结构,芯材有铝蜂窝、纸质蜂窝和硬质泡沫等。因其具有比强度高．比刚度大的特点,因此,复合材料夹层结构在航空航天、运载火箭、船舶制造、列车机车、风力机叶片等领域得到了广泛的应用。风机叶片是风电机组的关键部件之一．其性能好坏直接影响风电机组的风能利用效率和机组所受载荷。     

蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展

综述了有关铝蜂窝芯、芳纶纸蜂窝芯及其复合材料在制造工艺上的研究成果;蜂窝夹层结构复合材料在隔音、隔热、耐老化、冲击性能等方面的最新研究进展,并对蜂窝夹层结构复合材料的研究方向提出了几点建议.     

PMI 泡沫夹层结构性能研究

对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫碳环氧复合材料夹层结构进行了平拉、平压、侧压、弯曲、剪切等性能试验,并对试样破坏模式进行了分析.结果表明:泡沫夹层结构平拉、平压、剪切性能取决于芯材的性能,表现为芯材的破坏,弯剪试样更能表征泡沫的剪切性能,泡沫夹层结构具有优越的侧压和弯曲性能,碳面板( 1.05 mm)/泡沫(30 mm)夹层结构侧压强度为26.5MPa、模量为5.88 GPa,弯曲刚度为3.05 kN·m2、模量为97.5 GPa.     

天问一号探测器耐高温蜂窝夹层结构选材与性能研究

针对天问一号火星探测器耐高温大承载复合材料蜂窝夹层结构应用需求,基于材料匹配设计和工艺可行原则,提出了氰酸酯树脂体系的复合材料蜂窝夹层结构。通过比较不同后处理工艺下M40J/BS-4氰酸酯基复合材料高温层间剪切性能,发现BS-4氰酸酯基复合材料经200℃下3～5 h后处理可获得较佳的高温使用性能。经200℃下4 h后处理的M40J/BS-4氰酸酯基复合材料,在170℃下各项力学性能保持率均达到室温测试值的80%以上。板芯胶高温力学性能测试以及其对夹层结构高温承载性能的影响研究表明,氰酸酯体系的J-245C、J-389B两种板芯胶在温度不超过200℃时均具有足够协调板芯变形及传递板芯间载荷的能力,但高温下胶黏剂的性能退化会造成夹层结构刚度的退化。天问一号探测器蜂窝夹层结构典型单元在高温下的弯曲性能、侧向压缩性能测试结果表明,碳纤维氰酸酯基复合材料铝蜂窝夹层结构具备耐170℃高温下大承载的能力。     

M-型皱褶芯材夹层板吸能性能研究

作为先进复合材料夹层结构,皱褶夹层板是一种具有众多优点的新型夹层板结构。本文建立了带有缺陷的皱褶芯材有限元模型,对M-型皱褶芯材的能量吸收率和几何参数之间的关系进行了研究。压缩试验仿真结果与CELPACT项目中的试验结果相符。与蜂窝芯材相比,皱褶芯材在吸能性能上表现出了很大的优势,其能量吸收率是蜂窝芯材的两倍多。此外,本文采用响应面法获得了M-型皱褶芯材几何参数和吸能性能指标之间的关系。最后,以吸能性能最优为目标,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法获得初始样本,以多目标非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对皱褶芯材进行了优化。     

X-cor夹层复合材料平压性能分析

 X-cor夹层复合材料是一种采用X形Z-pin增强的新型泡沫夹层结构,在航空航天领域有着广阔的应用前景。本文对其平压模量和强度进行了理论预测和实验验证。通过分析其三维单胞力学模型,得到了X-cor夹层复合材料等效平压模量的解析式。采用Winkler弹性地基梁理论解释了泡沫芯材与Z-pin的协同增强效应,并导出了X-cor平压强度的预测公式。以碳纤维/环氧树脂制备的Z-pin分别植入PU,PMI泡沫制得X-cor夹层复合材料,通过力学实验考察了Z-pin参数以及泡沫性能等对X-cor夹层结构平压性能的影响,对理论分析进行了验证。结果证明增大Z-pin的植入角度、体积分数、直径、端部约束或采用高性能泡沫芯材均能提高X-cor平压性能,但增大长度,Z-pin容易失稳,平压强度降低。     

泡沫夹层结构复合材料准静态压痕实验

研究了两种芯材高度的泡沫夹层结构复合材料在准静态压痕力下的损伤过程与形式,通过控制压头位移得到位移与接触力的关系曲线以及不同位移下的损伤形貌,比较了两种芯材的损伤过程.结果表明:损伤过程为泡沫塌陷、泡沫芯材出现裂纹、夹层板上蒙皮分层和芯材与下蒙皮脱粘;损伤形式为:厚芯材时裂纹与泡沫厚度方向成±45.,薄芯材时裂纹与泡沫厚度方向成90°.     

航空航天泡沫夹层结构的设计

如果在使用周期内作一个综合的比较,泡沫芯夹层结构考虑到制造和维护方面的优势,仍然是一个比较好的选择。如何将泡沫芯夹层结构的缺点降到最低,提高芯材-蒙皮之间的界面性能,是将来泡沫夹层结构面临的主要问题,结合国内外的最新研究和应用表明:缝纫或针刺是提高泡沫芯材性能的有效途径。     

蜂窝夹层结构复合材料胶接共固化工艺技术研究

针对蜂窝夹层结构的胶接共固化工艺,以T300/BA9913复合材料为面板,以Nomex蜂窝芯为夹层材料,采用热压罐法研究了不同规格的蜂窝夹芯对外观和面板内部缺陷的影响,有利于扩大采用胶接共固化工艺的蜂窝夹层结构复合材料壁板在航空产品中的应用。     

复合材料夹层连接螺栓拧紧力矩试验研究

针对纤维增强复合材料夹层在不同类别湿装配状态下连接螺栓的拧紧力矩问题进行了详细的分析与试验研究.给出了湿装配状态下复合材料夹层连接螺栓的部分拧紧力矩数值范围,这些数值可以作为工程应用的重要参考依据.     

PMI 泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术研究

对PMI泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术进行了研究,通过对玻璃钢面板及其泡沫夹层结构性能、面板成型、泡沫热成形、泡沫拼接、玻璃钢泡沫夹层结构成型及无损检测等技术研究,确定了玻璃钢外面板、预先固化,然后与泡沫等复合组装,最后铺覆内面板,整体进罐固化的成型工艺。结果表明,玻璃钢面板纵、横向拉伸强度为602、593 MPa,模量为26.0、27.2 GPa,满足设计强度≥350 MPa、模量≥25 GPa的要求;玻璃钢/PMI泡沫夹层结构泡沫密度为(110±10)kg/m3,厚度28 mm,纵、横向侧压强度为32.9、30.5 MPa、模量为2.31、2.38 GPa,满足设计指标侧压强度≥25 MPa、模量≥2.0 GPa的要求,采用玻璃钢/PMI泡沫夹层结构分步固化成型工艺研制的首件新型号整流罩冯卡门锥段,满足设计使用要求。     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究.为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构.利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求.通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8％,减重效果明显.     

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。     

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。     

树脂基复合材料蜂窝夹层结构的修补技术

为了降低复合材料制造成本以及延长复合材料的使用寿命,其修补技术是不可缺少的。本文根据不同修补方法和材料体系对修补试件进行研究,并对材料修补后的试件强度和母板强度作了比较,结果证明有关复合材料蜂窝结构件受损后的修补问题得到了有效地解决。     

共固化复合材料/铝蜂窝夹层结构性能

采用共固化工艺制备了碳纤维增强复合材料面板/铝蜂窝夹层结构。通过考察固化压力对复合材料面板性能的影响确定了共固化的成型压力,对比分析了不同规格铝蜂窝及其夹层结构的力学性能。结果表明,对于薄面板,成型压力对面板力学性能的影响较小,规格为0.04 mm×4 mm的铝蜂窝制备的夹层结构具有更高的比强度和比刚度,且成型工艺性好。     

直升机蜂窝夹层结构缺陷验收准则验证技术研究

蜂窝夹层作为一种特殊的复合材料结构,具有比强度、比刚度较高,性能易设计且便于大尺寸整体成型等诸多优点,广泛应用在航空器的结构设计中。但蜂窝夹层结构在制造、使用和维护过程中易出现脱／漏粘、冲击、磕碰等内在缺陷或外来损伤,可能导致结构强度的降低,从而危及结构安全。基于强度理论制定了一种直升机蜂窝夹层结构的静强度、疲劳强度和剩余强度综合验证思路与方法。针对典型结构的构型、缺陷类型和工程可检缺陷参数尺寸,设计了模拟真实蜂窝夹层结构的验证样件和缺陷预制技术,通过强度性能的试验和研究,获得了带有脱／漏粘缺陷、冲击／磕碰损伤等缺陷的结构强度缺陷容限值,为其缺陷验收准则的制定提供了技术依据。     

Z-pin植入参数对X-Cor夹层复合材料力学性能的影响

 X-Cor夹层复合材料是一种新型的Z-pin增强泡沫夹层结构,具有突出的比强度、比刚度。采用热压成型工艺,在不同的Z-pin植入参数下制备了X-Cor夹层复合材料,并对这种结构材料的平压和剪切力学性能进行了研究,考察了植入角度、植入密度、植入方向等参数的影响规律。结果表明,Z-pin植入参数对X-Cor夹层复合材料的平压性能和剪切性能影响显著。X-Cor夹层复合材料平压性能随Z pin植入角度和植入密度的增大而增加,植入角度达到90°时,X-Cor夹层复合材料平压强度及模量最大;剪切性能随Z-pin植入角度的增大而减小,实验范围内,植入角度为45°时,剪切强度和模量最大;同时,X桁架的植入方向对剪切性能也有很大影响,相同Z-pin植入密度下,沿试样长度方向植入的X桁架含量增加时,夹层复合材料的剪切模量增加;X-Cor夹层复合材料的平压性能和剪切性能随Z-pin植入角度的变化规律相反,Z-pin植入角度在60°~70°之间时,X-Cor夹层复合材料平压性能与剪切性能均达到较高值。     

Design and simulation of an innovative cylinder fabricated by selective laser melting

Additive Manufacturing (AM) processing has attracted wide attention due to its advantages, e.g., rapid prototyping and free design. In aeronautic and astronautic engineering, it is especially attractive to apply AM processing, especially Selective Laser Melting (SLM), into primary structures that always occupy most of the whole mass of aircraft or spacecraft. In this paper, an innovative lattice sandwich structure that is suitable to be manufactured with SLM is adopted to design the typical cylinder under axial compression. Firstly, the mechanical properties of pyramidal lattice are investigated, and the bearing capacity of the lattice sandwich cylinder is given analytically for each failure mode. Secondly, a composite cylinder is re-designed in the form of lattice sandwich structure, which sizes are ultimately obtained through optimization. Finally, finite element model of the innovative cylinder is established and several kinds of imperfection are introduced to simulate the defects caused by SLM. Numerical result shows that the lattice sandwich design can obviously enhance the bearing capacity of cylindrical shell even though the original one is designed with composite material. In other words, SLM has great potential in improving the primary structure of spacecraft in the future.