Experimental,analytical and numerical investigation on tensile behavior of twisted fiber yarns

Stitched composite materials are emerging as a promising material due to their high interlaminar strength, combined performance and light weight. The mechanical properties of stitch yarns are very essential for stitched composite structures. In this study, the tensile behaviors of the twisted fiber yarn in stitched composites were investigated experimentally, analytically and numerically. Two kinds of cross-sectional area of twisted yarn are proposed and discussed. The paper presents an intersecting circle model to describe the cross-section of twisted fiber yarns, and a physics-based theoretical model to predict the effective tensile moduli. The numerical models take into account the cross-sectional characteristic and the twist architecture. The investigation shows that: the sum of each fiber area should be used for experimental analysis; and the cross-sectional area surrounded by the yarn profile should be used for theoretical predictions and finite element (FE) simulations. The relative errors of the prediction method and the FE simulation are less than 2% and 1%, respectively. The friction between the fibers is derived, and the effect of friction on mechanical properties is discussed. The investigation method will serve as a fundamental component of twisted fiber bundle/yarn analysis.     

大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体湿法缠绕用树脂配方研制

针对大尺寸炭纤维增强复合材料（CFRP）固体火箭发动机壳体的制备要求,研制了一种具 有良好粘度－温度及粘度－时间特性的炭纤维复合材料湿法缠绕成型树脂配方A。采用差示 扫描量热法（DSC）、傅立叶红外光谱（FT-IR）等分析技术对树脂基体的固化反应进行了系 统地研究,并测试了配方的粘度、力学性能及容器爆破强度。结果表明,该树脂配方A的反应 表观活化能为41.71 kJ／moL,室温下粘度低（≤0.5390 Pa·s）,适用期较长 （＞48 h ） ,不仅完全满足大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体的湿法缠绕成型工艺要求,而且其树脂基体 及其炭纤维复合材料表现出优良的力学性能。炭纤维复合材料界面粘接良好,缠绕的
Φ150 mm容器的PV／W均大于48 km,纤维强度转化率达到89.0％以上。
     

航天智能复合材料的发展与应用

介绍了智能复合材料的系统组成,以及传感器、致动器和控制器等实现的关键及其功能。讨论了航天结构健康监测,结构自适应、减振与自愈合,以及弹性记忆复合材料(EMC)的原理和典型应用。     

Vectran织物复合材料冲击响应与失效模式分析

文章以Vectran纤维织物与涂覆低温硅胶的Vectran织物复合材料为研究对象,通过低速冲击实验研究了材料的冲击响应与破坏模式,分析了冲击速率、冲头尺寸与冲头形状对材料冲击特性的影响。实验结果表明:Vectran纤维织物冲击破坏模式主要为主纱线的拉伸破坏,以及冲头非接触区域纱线的弹塑性变形与滑移;涂覆硅胶的Vectran织物复合材料冲击破坏模式主要为纤维断裂和拔出;织物复合材料具有明显的应变速率效应。     

航班旅客的二氧化碳补偿算法研究

研究了航空旅客的碳排放分摊问题,即碳补偿问题,通过算法说明按照业载分摊与按照总重分摊哪种适于旅客。二氧化碳排放数量与燃油消耗数量对应。以A320—200为例,计算说明了在标准情况下飞机燃油消耗数量与二氧化碳补偿的定量关系,从而确定碳补偿方案。在算法基础上,设计了通用计算程序,对输出结果进行了分析。     

受剪复合材料层合板开口应力应变分析研究

复合材料比强度、比刚度高,抗疲劳性能好,因此,越来越广泛地应用在航空、汽车和许多工程结构中,尤其是在航空领域。使用复合材料不但可明显减轻飞机结构质量,提高其结构疲劳寿命,还可提高结构效率,改善特定的气动性能,提高战斗机的作战性能。因此,在过去的30年里,复合材料在军用、民用飞机上的用量不断增加。复合材料在飞机结构上的用量增加的同时,在飞机结构中的使用范围也不断拓宽,使用部位从受力不大的部件如整流罩、前后缘、扰流板等次承力部位,到受力很大的水平安定面、垂直安定面、机翼等。随着复合材料的广泛应用,也会遇到一些新的问题。如在机翼结构中,尤其是在带整体油箱的机翼结构上（蒙皮、梁、肋）,由于使用要求,如保证油路、工艺施工、检查维修、设备安装、管道通过等,不可避免要在结构上布置各种类型、大小不同的开口或开孔。开口会改变结构的受力特性。因此有必要对复合材料层合板开口进行仔细的研究。本文主要针对受剪作用的复合材料层合板,运用工程软件计算分析了多种开口形状、开口方位、开口倒角大小等对层合板应力、应变集中的影响。对于薄板而言,易发生失稳破坏,本文最后对开口形状对层合板稳定性影响也进行了探讨。     

一种基于高阶剪切变形板模型的有限元算法

为了较好地模拟复合材料层合板的变形并得到较为精确的应力分布,本文基于Reddy提出的高阶剪切变形板模型建立了一种新型有限元。该模型保证横向剪应力沿板厚度方向呈抛物分布,在板的上下表面为零,从而很好地满足力边界条件。有限元算法构造的出发点是修正的虚功泛函,引入Lagrange乘子放松了挠度在单元边界之间的连续性,使得挠度的构造变得简单;由于通过常应力分片检查,所以有限元算法的收敛性得到了保证。此外,本算法的数值结果具有对单元网格形状不敏感、精度好和计算效率高的性质。     

内压作用下壳体刚度对药柱强度的影响

在厚壁圆筒内、外压强作用下弹性应力解的基础上,利用三维问题的应力-应变关系,得到了厚壁圆筒内的应变和位移表达式;由圆管型药柱与复合材料壳体连接处的径向位移连续性条件,得到了内压作用下药柱与壳体之间的压强;讨论了该压强对药柱内应力和应变的影响,给出了药柱内的应力和应变表达式.结果表明,提高壳体圆筒的刚度或减小药柱的m数,...     

复杂载荷下复合材料组合壳体局部补强的数值分析

分析某固体火箭发动机的复合材料组合壳体在轴压、外压及弯矩联合作用下的变形情况发现,该结构铺层设计不够合理,造成复合材料铺层变形不协调,导致结构过早破坏。通过数值模拟方法,对在复杂栽荷作用下结构复合材料局部铺层改变进行补强研究,提出相应的优化局部铺层补强的方案。计算结果表明,所提出的局部改变铺层的方法可以较大幅度地提高结构承载能力,为结构设计的改进提供参考。     

内氧化制备A1_2O_3/Cu复合材料载流条件下表面磨损形貌和摩擦学性能研究(英文)

Two Al2O3/Cu composites containing 0.24 wt.% Al2O3 and 0.60 wt.% Al2O3 separately are prepared by internal oxidation. Effects of sliding speed and pressure on the frictional characteristics of the composites and copper against brass are investigated and compared. The changes in morphology of the sliding surface and subsurface are examined with scanning electron microscope （SEM） and energy dispersive X-ray spectrum （EDS）. The results show that the wear resistance of the Al2O3/Cu composites is superior to that of copper under the same conditions, Under a given electrical current, the wear rate of Al2O3/Cu composites decreases as the Al2O3-content increases, However, the wear rates of the Al2O3/Cu composites and copper increase as the sliding speed and pressure increase under dry sliding condition. The main wear mechanisms for Al2O3/Cu composites are of abrasion and adhesion; for copper, it is adhesion, although wear by oxidation and electrical erosion can also be observed as the speed and pressure rise.