纤维增强树脂基复合材料连接结构强度与失效分析

采用拉伸试验和有限元分析方法研究纤维增强树脂基复合材料螺栓连接与胶–螺混合连接结构的失效机理。通过拉伸–剪切试验分析其载荷–位移曲线,结合有限元仿真结果及断面微观结构变化分析其结构强度和失效机理。结果表明,螺栓连接结构孔周碳纤维丝束受到螺栓挤压力变形后传递给树脂基体。因此,呈现纤维屈曲变形,树脂基体由均匀分布状被断裂的纤维短束挤压变成团簇状,形成结构不均匀而出现薄弱区域。胶–螺混合连接结构呈现拉伸断裂式破坏,断口处碳纤维丝束在拉伸–剪切作用下从环氧树脂基体中拔出并损伤断裂,丝束方向杂乱排布。附着在碳纤维丝束周围的树脂基体从均匀分布状变为团聚状,连接结构在达到极限载荷之后出现拉伸断裂,呈现净截面破坏,并且在重新分配载荷之后板材之间的胶粘剂对纤维的破坏会起延滞作用。材料强度、螺栓强度、胶层强度及螺栓宽径比等因素均会成为影响连接结构失效破坏的因素。     

大规模应变监测值获取技术研究

针对全机静强度试验过程中获取应变监测值的问题,提出一种适用解决该问题的方法。全机静强度试验过程中,需要对一万个左右的应变片进行监控。在试验之前,需要提供试验工况下每个应变片的理论计算值作为监测值,筛选出重点关注部位,方便与试验值进行对比。由于应变片数量大,根据有限元结果,手工获取应变监测值效率低且易出错。从应变变换和应变插值的基本理论出发,详细介绍了快速获取应变监测值的方法,并基于HyperWorks有限元前后处理软件开发出一套应变监测值获取工具,实现了在单元面内和面外对应变进行插值,提高了应变监测值计算精度,克服了传统基于自然网格有限元模型方法带来的计算繁琐、效率低、局部计算精度不足的缺点,大大降低了应变监测值数据的准备难度。     

等离子喷涂(RE–Al)TaO4钽酸盐环境障涂层性能研究

陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热–力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5～5.5)×10^–6 K^–1)成为极具潜力的环境障涂层材料。通过大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)工艺在碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/SiC)表面成功制备了(AlTa_x)B_2–2xO₄/(RE–Al)TaO₄复合涂层,探索了涂层的最佳热处理工艺条件,同时对不同涂层结构方案的复合材料涂层试样进行1300℃热疲劳考核和弯曲强度测试,筛选出具有最优抗热疲劳性能的涂层结构,并通过XRD、SEM以及金相显微镜对涂层的表面形貌、裂纹扩展及元素分布进行了分析表征,相对于传统材料涂层,钽酸盐复合涂层以其在高温下优越的综合性能成为极具潜力的环境障涂层。     

基于模糊应力—强度模型的空间系绳碰撞可靠性

空间系绳系统由于其特殊的组成结构日益受到关注,空间系绳的碰撞可靠性研究是系绳任务设计的重要一环.本文采用可靠性分析基本原理中的应力—强度模型,根据近地轨道的空间碎片通量和泊松分布方法,进行空间系绳在轨碰撞可靠性的研究分析.根据对空间系绳碰撞可靠性有影响的系绳结构因素,即单股系绳的直径、长度,双股系绳的绳间距、碰撞角等,对空间碎片撞击切割系绳后碰撞点处的系绳剩余截面进行建模,利用模糊应力—强度模型计算空间系绳在撞击后发生毁灭性碰撞的概率,进而根据泊松方法计算空间系绳在轨可靠性随时间的变化,通过仿真分析,对比不同结构空间系绳的有效在轨时间.      

铆接加筋板应力强度因子计算中几个问题的研究

给出了采用J积分法计算加筋板应力强度因子时选择积分回路的方法;同时给出了采用刚度导数法计算加筋板应力强度因子时刚度导数的计算方法;另外,还对模拟铆钉连接作用的3种方法进行了初步研究。     

预变形对铝锂合金强度和韧性的影响

研究了时效前预变形对铝锂合金强度和韧性的影响,分析了时效前的预变形使冲压体件强度和塑性提高的原因。结果表明：铝锂合金2090与时效处理相匹配的最佳预变形量为5%～10%;而对于Mg/Cu=0.4的8090,其预变形量以6%～8%为佳;对于Mg/Cu=0.8的8090,其预变形量以2%～6%为佳。     

多处损伤特性的研究

对老龄飞机结构中存在的多处损伤 ( MSD)进行了研究。从 MSD试件的裂纹扩展实验中得出 :MSD服从净截面屈服破坏准则 ;MSD使剩余强度明显降低,临界裂纹尺寸大大减小,裂纹扩展寿命显著缩短,从而使损伤容限能力减退,破损安全不复存在。试用组合法求解 MSD裂纹的应力强度因子,并将其用于 MSD裂纹的扩展分析,所得裂纹扩展寿命计算结果与实验符合良好     

板条粘补止裂技术的理论分析

对采用板条局部加强含裂纹构件止裂技术从理论上进行了深入的分析研究。着重考察了板条在跨过裂纹以任意非对称方式进行局部加强时,其中所含有的应力奇异性问题。最后获得了可用来评估板条止裂效率的裂尖应力强度因子,以及板条端部和板条与构件粘结界点处的应力强度因子。     

T300／5222叠层板的非弹性行为─—非线性蠕变

对Ｔ３００／５２２２复合材料叠层板在不同温度水平下以及非稳态的加－卸载作用下的材料行为进行了理论和实验研究。在Ｃｏｌｅｍａｎ－Ｎｏｌｌ的热力学本构框架之下进行讨论并提供了确定Ｔ３００／５２２２复合材料叠层板的非线性蠕变积分型本构方程的理论依据。利用实验数据确定了方程中的材料系数。此方程在预测不同载荷水平和方式作用下的材料行为时,与实验结果相符合。