Study on an automatic multi-pin insertion system for preparing Z-pin composite laminates

As a three-dimensional layer enhancement technology, the Z-pin technology is suitable for manufacturing composite prepreg laminates and can also effectively improve their interlaminar properties. In order to manufacture Z-pin composite parts efficiently, this paper proposes a transi- tional insertion system, and according to the technical requirements of the transitional insertion process and the functional requirements of the transitional insertion platform, proposes a transition insertion plan which can insert multiple Z-pins into a carrier. A prototype machine has been designed and made, and a series of function debugging and verification experiments have been car- ried out on the machine. Some problems show up during the experiments, but based on the analysis of the reasons, this paper provides lots of solutions, and finally demonstrates the feasibility and practical value of the system. The results show that the system meets all technical requirements of the Z-pin insertion process. It is capable to insert multiple Z-pins into a foam carrier; as a result, the system is as much as 5 times more efficient than existing equipment, and the deviation for the insertion distance can be controlled within 0.3 mm. This Z-pin transitional insertion platform pro- motes the use of Z-pins in national defense and lays the foundation for commercializing the Z-pin technology.     

压电纤维复合材料驱动的机翼动态形状控制

利用压电材料实现柔性机翼的主动形状控制,能够有效提高机翼结构效率和气动性能;要实现连续、光滑的高精确形状控制效果,机翼变形过程必须满足一定的动态要求。本文利用在上下翼面反对称铺设的新型压电纤维复合材料——宏纤维复合材料(MFC)提供驱动力矩,研究了机翼扭转变形的前馈轨迹跟踪控制。首先建立了机翼结构有限元模型和气动力载荷模型,采用载荷比拟法得到MFC作动器的控制载荷向量,给出了气动弹性控制方程及其状态空间表达形式。为跟踪预设的变形参考轨迹,以跟踪误差的时域积分为目标函数,对MFC作动器的电压加载历程进行了优化设计。结果表明,采用规划后的电压加载历程,机翼气动弹性响应很好地跟踪了预期参考轨迹,实现了连续、光滑的动态形状控制效果,提高了控制精度。     

基于CDM的复合材料缺口强度三维数值仿真模型

层合板受载时在缺口尖端出现的沿纤维方向的基体开裂会使缺口钝化,降低缺口带来的应力集中影响。为了更好地模拟这一现象,建立基于CDM的三维有限元模型,提出一种可以实现层合板中每层网格不同排列的建模方法,使网格边缘与每层纤维方向一致;为了实现每层网格不同的排列,在层间建立内聚力接触模拟分层损伤;对纤维增强复合材料层合板[0/902/0]S和[0/90/±45]S进行开孔拉伸的渐进损伤分析。结果表明:该模型可以模拟不同材料体系和铺层参数的层合板在拉伸载荷作用下的渐进损伤过程,预测其破坏强度;通过已知的试验结果对模型进行验证,证明了该方法的正确性且预测精度较高。     

考虑含界面裂纹应力集中系数的复合材料强度计算

弱界面复合材料受横向拉伸时,界面会在材料整体破坏前发生脱粘,材料横向拉伸强度甚至远低于纯基体的拉伸强度。为了准确地预测弱界面复合材料的偏轴强度,需要考虑和量化纤维埋入及界面脱粘对基体现场强度的影响。定义考虑界面裂纹的应力集中系数,提出一种新的方法用于预测弱界面复合材料在任意角度偏轴拉伸作用下界面脱粘对应的临界外加载荷和材料的整体强度;并对不同种类的复合材料进行算例分析。结果表明:加入新定义的应力集中系数可以明显提高预测的准确性。     

空间摩擦学及其材料的研究进展

综述了空间苛刻服役环境及其对空间摩擦学材料性能影响的研究,深入分析了空间环境对空间摩擦材料、空间耐磨材料和空间减摩材料摩擦磨损机理的影响。空间摩擦材料主要应用于空间对接机构及空间机械臂中,应具有稳定的摩擦力矩与优良的抗黏着磨损性能。空间耐磨材料主要应用于空间轴承、齿轮和密封件等部件中,如FeAl金属间化合物在高温下抗蠕变性急剧下降,常通过添加金属元素(Ce,Cr,Mn,Mo,Nb,W等)及固体润滑剂提高材料抗蠕变性能;Ti及其合金常通过表面改性改善黏着性;与基体结合性良好的耐磨涂层可以较大程度的改善材料的耐磨性。空间减摩材料主要指润滑剂与自润滑材料,如软金属Pb、高分子材料PI和PTFE等,以及某些金属的氧化物,氟化物和硫化物等,能较好地降低材料表面的摩擦因数。随着航天科技的发展,亟须开发新型高性能空间摩擦学材料,建立摩擦学材料数据库,以应对国际航天技术发展的挑战。     

复合材料整体异形构件的CAD技术研究

对于多分支整体异形空心薄壁断面复合材料支架这种整体异形构件,由于复杂的空间曲面构形和纤维铺设连续性要求成为其CAD技术难题.为此,采用分块建模和网格细化技术以控制曲面走向,生成等距网格,解决了有限元网格划分难题,利用试验及有限元软件完成了改变层压板铺层方向及顺序,对异形构件进行了力学性能分析和构件的优化设计.经验证及产品质量检测,缝纫预形件树脂转移成形整体异形赛车架达到了设计要求,证明上述方法的可行性,可供航空航天及民用产品同类构件设计参考.      

自适应结构综述

开展自适应结构研究的目的是为了衰减与控制大型柔性空间结构的振动,并保持其外形.在这种结构的承力部分集成有作动器、传感器和控制器,可对内部或外部激励自动地作出响应,并进行调整.自适应结构在未来大型空间飞行器中将具有重要的且不可代替的作用,文中对自适应结构的有关技术进行了综合论述,内容包括自适应结构的发展背景、定义与组成、基本概念与理论,以及有关关键技术.      

复合材料板变形最优控制的数值分析

采用将压电片粘贴于复合材料层板表面或镶嵌于层板内部的方法,基于kirchoff假设,对于任意铺层的复合层板,使用板单元,建立了受压电片控制的复合材料层合板有限元分析方法.然后,采用作用电压到控制形状的控制矩阵,使用最优化方法得到了对任意形状所需的作用电压,最后给出算例.文中对实验数据和有限元结果进行了比较,给出了无约束优化、有约束优化和考虑能耗的优化等3种情形的结果.      

直升机自适应旋翼驱动系统的研究进展

直升机自适应旋翼由复合材料桨叶、埋入式驱动和传感元件以及控制系统组成,它能够有效地抑制桨叶的振动、改善旋翼的操纵系统和空气动力特性。对自适应旋翼的基本含义和关键技术之一--驱动器进行了评述,并从旋翼驱动材料、驱动系统和力学模型等方面介绍了当前的研究成果。     

基于小波神经网络的复合材料损伤检测

讨论了小波变换和小波神经网络,借助小波变换良好的时频带通分层性,从各阶二进小波变换的频域中提取特征,送入小波神经网络进行学习和分类,结果表明该方法稳定可靠,在复合材料智能化研究中具有很大前景。