机身复合材料加筋板壳的稳定性及强度分析系统

随着先进复合材料在飞机主承力结构（如机身结构）中的大量应用,工程上迫切需要大型复合材料加筋板壳的快速建模打样计算、稳定性（刚度）和强度分析的理论和程序支持。基于稳定性理论,并综合复合材料任意加筋板壳有限单元和复合材料层合板壳失效理论等方面的成果,开发了一个机身复合材料加筋板壳结构的稳定性及强度分析程序(CSSAP)。该程序系统不仅可以进行复合材料（加筋）板壳的线性稳定性和强度分析,还可进行非线性稳定性和强度分析;可对较粗的网格划分,得到临界屈曲应变和后屈曲时的应力。通过一些算例与文献结果的对比,表明本程序系统能够满足工程上的精度要求。并且,通过对实际机身一个典型复合材料加筋板壳的计算,表明本程序系统也可用于飞机工程复杂结构的分析。     

纤维复合材料刚度设计的力学原理及其应用

针对航空用纤维复合材料,基于纤维与基体的协调变形规律和材料应变能密度的计算,导出了纤维复合材料的刚度表达式,研究了刚度矩阵的基本力学特性,给出了复合材料刚度矩阵元素与基体材料的刚度、纤维束的刚度及铺设方向的关系,提供了平面铺层和三维取向纤维复合材料的基本刚度设计公式和设计方法。最后给出工程应用设计方法的几个具体例子,并与其他理论和实验结果进行了对比。研究结果表明,在考虑材料制备工艺缺陷造成的刚度折减后,本文提出的设计公式及方法可应用于纤维复合材料的优化设计。     

C/E复合材料网格缠绕结构三维建模与模具设计

通过对圆柱螺旋线和圆锥螺旋线参数方程的推导,实现了网格结构及模具的三维建模。三维模型的建立,可实现结构空间协调,缩短设计周期,节省研制经费,提高生产效率。在此基础上提出了可行的金属模具设计方案,找到了切实可行的模具加工方法,并在工程中加以应用,取得了较好效果。     

电弧加热器驻点烧蚀/侵蚀试验技术

介绍了在电弧加热器试验设备上进行复合材料烧蚀/侵蚀试验技术,通过改进电弧加热试验设备和粒子播发系统,将石墨粒子均匀注入到高压混合室中,与高温空气混合后经过超声速粒子加速喷管形成烧蚀/侵蚀试验流场,对驻点模型进行试验,同时建立了相应流场参数的测试、计算方法。并对C/C和含钨C/C防热复合材料的抗粒子侵蚀性能进行了初步研究。结果显示有粒子流场的均匀性和重复性较好,能满足材料的烧蚀/侵蚀考核试验要求,且含钨C/C材料的抗粒子侵蚀性能高于C/C材料。     

MA 及原位-热压合成TiC/ Ti5 Si3 复合材料

以Ti粉、Si粉和C粉为原料,利用高能球磨及热压工艺合成了TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料。研究了工艺条件尤其是热压温度对合成产物相组成及微观结构的影响,并结合DSC、XRD和SEM对反应合成机理进行探讨。结果表明:通过优化合成工艺,高能球磨12 h,热压温度1 400℃时,烧结6 h得到了高纯度的TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料;合成过程为:反应开始时发生Ti+C■TiC,反应ΔG=-167.72 kJ/mol。2 h时发生5TiC+8Si■Ti5Si3+5SiC,反应ΔG=-62.12 kJ/mol,当6 h时发生3SiC+8Ti■Ti5Si3+3TiC,反应ΔG=-697.8 kJ/mol。显微结构表明:TiC/Ti5Si3复合材料的合成过程伴随Si熔融,该材料以TiC-Si-Ti5Si3形式相结合,其中Si为黏结剂。     

含胶预成型体渗透特性

通过单向流动法对含胶预成型体进行了渗透率的测试。分别研究了含胶量、铺层角度、注射压力以及注射温度对渗透特性的影响规律。结果表明,含胶量对渗透特性有影响,且不同的铺层结构有不同的影响规律。对于玻璃纤维(0,90)经编织物,渗透率随含胶量的增加呈先增后减再增的趋势,而注射压力与注射温度的影响不大,可以忽略。     

三维编织复合材料研究进展

重点回顾了三维编织复合材料各发展阶段的关键性成果,从研究方法和研究方向两个角度,对该领域的重要研究成果和笔者所在课题组的最新研究成果进行了评述。在编织工艺方面,重点介绍了编织物的细观结构和适用领域,指出了细观结构对最大纤维体积分数的影响和当前流行的建模方法,并且将周期性单胞划分方法和纱线截面形状的模拟归纳为参数化建模中的两个关键问题。对力学性能的研究成果进行了综述,在试验方面,重点介绍了编织角的变化对材料各种性能的影响;在理论方面,重点评述了几种多尺度细观力学方法和特征单元法。最后,对有待于进一步研究的问题进行了展望。     

基于自适应近似法的复合材料先进格栅加筋结构优化设计(英文)

针对复合材料高级格栅加筋结构(AGS)的后屈曲约束优化问题,发展出基于自适应近似法的优化方法。设计将后屈曲考虑入结构的承载能力,比传统的以线性屈曲载荷为极限载荷的设计方法进一步提高结构效率。采用"梁偏移"技术对加筋-蒙皮联结进行有限元建模,并用Newton-Raphson法对AGS的后屈曲响应进行求解。通过少量次数的结构分析建立结构极限载荷的Kriging近似模型,并将之用于优化过程,以显著提高优化工作效率。使用多岛遗传算法运行优化计算,得到问题的全局最优解。针对问题的设计变量取值范围较大的特点,发展出基于自适应近似法的优化方法,计算结果证明该法比一般的基于近似法的优化方法能够显著减少结构分析次数。工作在有限元分析软件MSC.PATRAN/MARC、工程辅助软件iSIGHT中进行,验证了其相关功能,为复合材料AGS结构件的初步设计工具奠定基础。     

复合材料构件设计、分析、制造一体化

给出了复合材料构件一体化研制环境基本要素和一体化研制流程,并对几项关键技术进行了探讨。复合材料构件数字化定义包括几何建模和材料结构建模,总结了建模过程和数据的组成。根据当前复合材料构件分析无法基于最终真实纤维路径进行的现状,总结了接口数据的内容和组织,探讨了通过纤维路径数据到有限元网格的自动映射实现材料铺放数据的自动传递。研究了设计到自动下料系统和激光投影系统的接口数据和集成方式。     

平板叶片冲击复合材料层合板的数值模拟方法

以某型发动机的复合材料外涵机匣为模型,用LS-DYNA对平板叶片冲击碳纤维复合材料模型机匣进行了数值模拟。应用在LS—DYNA中的复合材料建模方法,分析了模拟冲击条件下的穿透阈值和复合材料的吸能特性,铺层角度、顺序对冲击过程的影响,以及在相同冲击速度下冲击角度对冲击过程的影响。最终得到平板叶片冲击复合材料机匣的模拟结果。