某直升机全复合材料尾段结构优化设计研究

以蒙皮复合材料各方向铺层的厚度为设计变量,对直升机全复合材料尾段结构进行静力分析以及优化设计,使其在满足结构刚度、强度约束的条件下结构重量最轻.应用ANSYS软件,采用APDL参数化编程语言,实现参数化建模、静力分析以及优化设计.应用四种约束方法,提高优化结果的可靠性.优化结果表明,结构重量较初始经验设计减轻了50%左右,载荷分配更加合理,消除了一些应力集中现象,使其更好的满足全部的约束条件,达到预期的优化效果.     

失谐周期压电复合材料结构中的波动局部化研究

考虑力电耦合效应的影响,研究了层状失谐周期压电复合材料结构中的波动局部化问题。根据界面上力电连续条件,推导了结构中相邻单胞间的传递矩阵。以力场和电场变量为状态向量,给出了结构中局部化因子的表达式。作为算例,计算了结构中的波动局部化因子。计算结果表明,压电陶瓷的压电效应对周期压电复合材料的波动局部化特性有显著影响,压电常数越大局部化因子值越大,结构的局部化程度越强;结构的失谐度越大,频率通带区间内的局部化因子值越大,局部化程度越强。分析结果对于周期压电复合材料结构的优化设计和振动控制具有理论参考价值。     

颗粒填充复合材料的应变统计特征与刚度模量

针对填充颗粒体积份数高、随机分布的复合材料,基于一种特定应变分解方式,利用有限元数值分析,研究了任意宏观变形条件下代表性体积单元内应变分布的统计规律,分别得到了颗粒与基体内应变的平均值、应变的涨落值与宏观应变之间的统计关系,并对颗粒填充复合材料的等效剪切模量和等效体积模量进行了预测。     

复合材料修理技术浅论

介绍了复合材料的特点及加工工艺方法,针对目前复合材料存在的损伤容限/耐久性设计在理论上尚不完善等一些问题,着重阐述了复合材料的修理技术,对飞机设计及制造具有一定的参考作用。     

纤维位置随机引起的复合材料性能分散性研究

采用Monte-Carlo方法分别用均匀分布和正态分布模拟复合材料纤维中心位置的随机变化,得到材料截面图像。然后用像素对材料截面图进行网格划分,作为通用单胞模型的输入,计算出复合材料性能的子样。最后用数理统计的方法处理数据得到材料性能的统计特性数据。分析结果表明:本文采用的模拟方法是合理有效的。由纤维位置变化引起的材料分散性随纤维体积比的变化先增大然后减小。三参数威布尔分布和正态分布较好地描述了各个弹性参数的分布。      

原位反应合成Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料的显微结构分析

利用Al-Ti-TiO2体系原位反应合成了Nb掺杂Al2O3／TiAl复合材料。借助XRD和SEM研究了Nb掺杂Al2O3／TiAl的显微结构以及Nb引入量对复合材料显微结构的影响。结果表明，复合材料由TiAl、Ti3Al、Al2O3、Nb和NbAl3相构成，细小Al2O3颗粒分布于基体晶粒交界处，存在一定的团聚；Nb元素引入量的高低，可调节产物中TiAl和Ti3Al的相对含量，随Nb含量的增大，TiAl含量逐渐减少，Ti3Al则逐渐增大；同时，基体晶粒和Al2O3颗粒均有所细化，且分布逐渐均匀，材料的均匀性得到改善。     

柱状金属微粒-电介质复合材料的等效介电常数

基于介质圆柱电磁散射理论和等效介质理论，导出了金属柱微粒-电介质复合材料的等效相对介电常数的表达式。数值结果表明：入射波频率低于某一频率或金属柱掺料的体积分数增大到一定数值时，复合材料的等效相对介电常数实部会变为负数。     

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。     

C/C复合材料切削表面粗糙度的测量评定与影响因素研究

通过对航空航天领域广泛应用的典型复合材料的切削表面进行三维表面粗糙度测量实验,研究了C/C复合材料切削表面粗糙度的三维评定参数与二维评定参数之间的差别,并基于三维评定参数对影响C/C复合材料切削表面粗糙度的因素进行了研究。     

环形编织层板冲击包容数值模拟

为分析航空发动机复合材料机匣对破断叶片的包容,采用有限元仿真方法开展了计算研究。通过旋转体与机匣冲击破坏过程的计算,确定机匣的包容能力。基于具备显式求解功能的商用有限元软件Abaqus/Explicit,采用3维实体单元网格,将2维3轴编织的碳纤维层合材料简化成连续的正交各向异性材料,通过软件提供的Vumat用户子程序接口编写Fortran代码定义材料模型,计算与转轴分离后的模拟断裂叶片对机匣的冲击过程。通过冲击后的临界转速和能量吸收数据,比较了模拟计算与实物旋转冲击模拟试验的结果,二者具有较大的可比性。虽然计算中还缺乏材料基本性能表征的理想数据,但在多种工况下仿真计算表明模拟结果稳定,有望成为复合材料包容分析实用有效的方法。