四步法三维编织复合材料细观结构分析

分别通过实验与控制体积方法系统地研究了采用四步法 1× 1方型编织工艺编织的预成形件的纱线结构。提出了纱线椭圆形横截面假设 ,考虑了编织纱线的细度和编织纱线填充因子的影响。根据编织过程中携纱器的运动轨迹特点 ,将预成形件划分为内部、表面和棱角 3个不同的区域 ,分别定义了不同的控制体积单元 ,识别了预成形件的两种局部单胞模型 ,分析了预成形件的纱线构造 ,并导出了编织结构参数之间的关系。为编织复合材料的刚度、强度性能分析提供了充分的条件。     

喉衬热环境与碳/碳复合材料的烧蚀

在分析固体火箭发动机喷管喉衬热环境与碳/碳复合材料烧蚀行为的基础上，从材料的角度讨论了影响碳/碳复合材料烧蚀性能的因素。结果表明：碳/碳复合材料的烧蚀是受喉衬复杂燃气环境众多因素共同作用的结果，主要的烧蚀效应有碳的升华、表面异相化学反应以及机械侵蚀；影响碳／碳复合材料烧蚀性能的材料本体特性有纤维特性、预制件结构、材料密度、孔隙、基体碳的种类、石墨化度、杂质，其中部分因素存在交互影响的作用。     

原位钛基复合材料中TiB的生成热力学及动力学

采用自蔓延高温合成（SHS）、感应熔炼和熔模精铸相结合的方法，利用Ti—B—Al体系制备出了原位自生TiB增强的钛基复合材料。借助XRD、SEM和TEM分析了复合材料的物相和增强体的形态。结果表明：在复合材料中只存在TiB增强体和Ti，无TiAl3杂质相形成，TiB增强体呈柱状短纤维，这与其B27晶体结构有关，且增强体／基体界面清洁无杂质污染，并从热力学和动力学两方面论述了在Ti—B—Al体系中制备TiB增强体的生成机制：在Ti-B—Al体系中，Al首先受热熔化使得Ti和B相继溶解于Al液中；Ti与Al之间先行发生化学反应形成Ti—Al金属间化合物，放出的热量进一步引发了溶解于液相中的B和Ti产生高温自蔓延形成Ti—B化合物。以热力学理论分析，应最终形成TiB2，但实际上由于动力学影响，最终形成了TiB。     

刚度比对复合材料多钉连接钉载分配影响研究

通过试验和有限元分析研究被连接元件的相对刚度对多钉双剪连接钉载分配的影响。对2种厚度层压板各研究了4种刚度比情况,对每种情况都用3种有限元模型进行了钉载分配的计算,计算结果与试验结果符合较好。得出的结论可以用于复合材料结构的设计。     

用共固结和热变形成型技术制造热塑性复合材料加筋结构

报导了碳纤维增强聚醚醚酮基热塑性复合材料的带L型加强筋结构件的一体化制造过程。强调了加强筋的热变形成型制造技术。实验发现,用编织布直接铺层模压成型加强筋时,难于精确控制碳纤维的定位;成型固结后,边缘区空隙率高。而用对合模模压热变形成型技术制造时,这些问题则可以解决。采用共固结技术制备了平板加筋结构。后两项技术在制造复杂制件方面具有一定的优势,大批量生产时可以降低制造成本。     

飞行器智能结构系统研究进展与关键问题

 飞行器智能结构是由传感器、驱动器、控制元件和基体结构组成的集成系统,它具有承载、检测、判断与动作等功能,可显著提升飞行器的性能。根据国内外飞行器智能结构系统研究的最新进展,论述了飞行器结构动力响应主动控制、智能机翼、旋翼以及飞行载荷谱监测与结构损伤诊断等的基本原理与技术问题;指出了飞行器智能结构系统研究在埋入式功能元件、复杂非线性多场耦合系统的动力学建模与控制以及智能结构系统中的损伤和失效问题等方面所面临的关键技术问题和挑战。     

主动扭转智能旋翼模型试验研究

在国内首次进行采用压电片驱动的碳纤维弯扭耦合梁作为驱动机构的智能旋翼风洞试验。试验结果表明:主动扭转智能旋翼在高转速前吹风状态下,受控状态下的可动桨尖沿扭转输出轴上下偏转可以明显改变桨叶气动力的相应谐波分量,进而影响桨叶的振动,试验为主动扭转智能旋翼用于直升机旋翼振动主动控制奠定硬件基础。     

三维编织体复合材料空间几何结构的计算机模拟

针对四步方形编织结构,从三维编织工艺和实际的编织过程出发,提出一种单元几何模型,并通过计算机图形建模建立织物的空间几何数学模型,解决了三维编织复合材料内部编织结构分析困难的问题。该模型以携纱器循环一周返回到起始位置所形成的纱线编织结构作为单元,系统分析编织过程中纱线的空间运动规律,保证纤维束的连续性和材料整体结构的完整性。对每根纱线,选取它在编织体各个区域内合适的控制点,过这些控制点拟合成三次样条曲线,以此模拟纱线的空间结构中心线,从而能够方便直观地观察到各纱线具体走向。最后得到纱线和编织体的结构,从而便于下一步进行编织体复合材料力学性能的有限元分析。     

含冲击损伤复合材料加筋层板压缩剩余强度

将复合材料加筋层板受低速冲击后的损伤区域描述为一个椭圆形弹性核,材料在核区的弹性模量下降由冲击表面的凹坑深度确定。利用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元来模拟含损伤区域,杆单元来模拟筋条,钉单元模拟铆钉（胶层）和常规8节点等参单元模拟其余无损区域,建立起含低速冲击损伤复合材料加筋层板的力学响应分析方法。利用基于特征曲线概念的点应力判据、最大正应力判据和最大剪应力判据分别预测蒙皮的破坏、筋条的破坏和铆钉（胶层）的破坏,从而预测加筋层板在压缩载荷下的剩余强度,获得了与试验相吻合的结果。最后讨论了损伤尺寸、损伤形态、铺层比例等参数对加筋层板剩余强度的影响。     

复合材料十字型接头力学性能实验研究与数值模拟(英文)

通过拉伸和剪切试验,研究了3种不同的树脂转型模型(RTM)成型工艺(即RTM、引入缝纫的RTM和共胶接)对复合材料十字型接头力学性能的影响。根据实验现象,分析和讨论了其破坏机理。实验结果表明,3种工艺中,RTM成型的十字型接头力学性能最优,胶接和缝纫工艺都会对接头的强度产生不同程度的影响。通过有限元分析,数值模拟了RTM十字型接头的破坏过程,与实验现象吻合良好。