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2016年  第33卷  第5期

预制体结构对针刺石英纤维/环氧树脂复合材料导热性能的影响
宋磊磊, 李嘉禄, 赵玉芬, 陈利
2016, 33(5): 955-961. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151217.001
摘要:
为了探索预制体结构对针刺石英纤维/环氧树脂复合材料导热性能的影响,采用逐层针刺技术和树脂传递模塑工艺制作了针刺石英纤维/环氧树脂复合材料。利用瞬态热线法测量了环氧树脂和不同预制体结构的针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能。结果表明:随着纤维体积分数的提高,针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能得到了提升。其中,用石英纤维短切毡增强环氧树脂的导热性能比环氧树脂提高了35.9%。当针刺石英纤维/环氧树脂复合材料中的无纬布纤维平行于热线时,采用石英纤维短切毡与石英纤维无纬布共同增强的2种针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能分别比环氧树脂提高了45.5%和46.4%;而当无纬布纤维垂直于热线时,导热性能比环氧树脂分别提高了56.4%和61.8%。针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能不仅受石英纤维体积分数影响,也受到预制体中无纬布纤维体积分数和取向的影响。
聚硼硅氮烷杂化芳炔基树脂制备及抗热氧化性能
王沪东, 郭康康, 周晖, 朱亚平, 王帆, 齐会民
2016, 33(5): 962-969. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151126.001
摘要:
合成带乙炔基聚硼硅氮烷(PBSZ),并与含硅芳炔树脂(PSA)进行杂化制备聚硼硅氮烷杂化芳炔基(PBSZ/PSA)树脂,以改善芳炔基树脂的抗热氧化性能。采用FTIR、NMR和凝胶渗透色谱(GPC)对合成的PBSZ进行结构表征;采用旋转流变和DSC对PBSZ/PSA树脂的工艺性能进行研究;采用TGA、SEM和EDS对PBSZ/PSA树脂固化物的热稳定性和抗热氧化性能进行了研究。结果表明:PBSZ/PSA树脂具有良好的加工性能,树脂固化放热量较低,可在210℃下固化;树脂固化物在空气气氛1000℃下的残留率为38.0%,且其氧化后表面形成了60~80 μm厚致密的保护层,可起到良好的隔绝氧气作用;改性树脂固化物1200℃烧结物展现出优异的抗热氧化性能,烧结物1200℃氧化后表面形成约10 μm厚的致密陶瓷保护层,可有效地阻止氧气对材料的侵蚀。
含金刚烷结构环氧树脂的合成与性能
何梅, 陆志远, 王安翔, 杨小平, 李鹏
2016, 33(5): 970-975. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160107.001
摘要:
以1,3-二(4-羟基苯基)金刚烷(BHPA)和环氧氯丙烷(ECH)为原料,采用二步法合成了低分子量的1,3-二(4-羟基苯基)金刚烷二缩水甘油醚(DGEBAD),采用FTIR、1H-NMR和凝胶渗透色谱(GPC)分别对其结构和分子量进行了表征并滴定得到其环氧值;采用旋转流变仪对其流变性能进行了表征。使用4,4'-二氨基二苯基甲烷(DDM)固化DGEBAD,对固化DGEBAD-DDM树脂体系的力学性能、吸水率和耐热性进行了测试,得到的固化物的拉伸强度为90 MPa,玻璃化转变温度为163℃, 5%热失重温度高达401℃,吸水率比相同条件下环氧树脂E51-DDM固化物降低了31.60%。
利用弹性体增韧木粉/HDPE复合材料
郝建秀, 王海刚, 王伟宏, 王清文
2016, 33(5): 976-983. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151223.003
摘要:
为提高木塑复合材料的韧性,在木粉/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料制备过程中引入了3种弹性体:聚烯烃弹性体(POE)、弹性体改性聚乙烯(BPB)和接枝改性的聚烯烃弹性体(A669)。通过对WF/HDPE复合材料冲击强度和抗弯弹性模量的测试,确定出既能有效提高WF/HDPE复合材料韧性又能维持材料刚性的增韧剂种类及其用量,并通过结晶行为、热力学性能及界面结合分析等探讨了其增韧原理。通过对比可知, A669的增韧效果最为明显,质量分数为4%时冲击强度达到15.31 kJ/m2,相对于无添加配方提高了52.34%且抗弯弹性模量只下降6.09%。XRD和DSC分析结果表明:A669的添加阻碍了WF/HDPE复合材料的结晶行为,使其在略低的温度下才可以结晶,且结晶度下降,晶粒尺寸增大,衍射角所对应的衍射面增大,因此吸收和损耗了更多的能量;A669的添加还降低了WF/HDPE复合材料的玻璃态转变温度。DMA和SEM分析结果显示:A669的添加使WF/HDPE复合材料呈现出显著的黏性特征,断裂面的HDPE塑料基质出现拉丝现象,从而达到提高材料韧性的效果。转矩流变测试表明A669的添加使WF/HDPE复合材料的扭矩略有降低,对加工没有不利影响。适当添加A669可以使木塑复合材料同时具备良好的韧性和刚性,对扩大其在建筑模板等领域的应用具有重要意义。
碳/酚醛复合材料烧蚀行为预报方法
朱燕伟, 孟松鹤, 易法军, 赵小光, 潘威振
2016, 33(5): 984-990. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.002
摘要:
为研究用于钝头体高超声速飞行器热防护系统的碳/酚醛复合材料在典型服役环境下的烧蚀机制,首先,建立了烧蚀行为的数学模型,模型考虑了材料表面热辐射、固体相的温升吸热、基体热解反应吸热、高温热解气体引射、质量引射引起"热阻塞"效应、热解气体的温升和膨胀吸热等多种能量耗散机制,并利用有限元方法实现了数学模型的求解;然后,预报了在冷壁热流为400 kW·m-2、焓值为5 MJ·kg-1的气动热环境下碳/酚醛复合材料的烧蚀行为。结果表明:在受热过程中,厚度为20 mm的碳/酚醛复合材料碳化层的深度持续增加, 100 s时的表面温度达到1420 K,背壁温度为346 K,热解气体压力达10.3 atm,碳化层深度为7.50 mm。所得结论可为具有长时间大面积热防护需求的高超声速飞行器的热防护系统设计提供支持。
复合材料夹芯梁屈曲破坏模式及极限承载
陈悦, 朱锡, 李华东, 朱子旭
2016, 33(5): 991-997. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.001
摘要:
为研究复合材料夹芯梁在轴压作用下的屈曲、后屈曲特性及承载能力,进行了试验研究与有限元仿真。首先,开展了系列复合材料夹芯梁屈曲特性试验,研究了铺层比例、梁长度、表层厚度及芯层厚度等因素对其屈曲、后屈曲破坏模式及极限承载的影响;然后,基于非线性屈曲理论,采用三维内聚力界面单元模拟面芯脱粘,并引入初始预变形及材料损伤准则对复合材料夹芯梁在轴压下的屈曲特性及极限承载进行仿真研究。结果显示:界面脱粘是屈曲破坏的重要模式;仿真计算的极限承载与试验结果相比,误差控制在10%以内。所得结论表明该方法可有效预报复合材料夹芯梁的后屈曲路径、破坏模式及极限承载。
1年持续载荷下GFRP-混凝土组合梁长期性能试验
薛伟辰, 张士前, 梁智殷
2016, 33(5): 998-1008. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160112.004
摘要:
玻璃纤维增强树脂(GFRP)-混凝土组合梁由上部混凝土板和下部GFRP型材以及连接二者的抗剪连接件组成。开展了2根GFRP-混凝土组合梁(非预应力及施加体外预应力组合梁各1根)在1年持续载荷下行为的试验研究。考虑混凝土收缩徐变及GFRP型材蠕变耦合的影响,开展了50年的24根GFRP-混凝土组合梁时随有限元参数分析。结果表明:在1年持续载荷下,非预应力与施加体外预应力组合梁长期挠度分别为其初始挠度的1.42倍及2.91倍;非预应力与预应力组合梁中连接件的长期滑移分别为0.230 mm及0.164 mm,相比初始滑移2种组合梁的最终滑移分别增加了53.3%和58.2%;50年后,非预应力组合梁长期挠度与初始挠度的比值在1.50~1.56之间;而施加体外预应力组合梁长期挠度与初始挠度的比值在3.03~6.08之间。基于以上研究提出了GFRP-混凝土组合梁长期挠度的计算建议。
喷射FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验
谷倩, 董格, GETAHUNE Bitewlgn Mekonnen, 王翔
2016, 33(5): 1009-1019. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160118.005
摘要:
通过12组72件喷射纤维/树脂复合材料(FRP)试样的拉伸强度试验,研究了纤维种类、树脂基体材料、纤维体积分数、纤维混杂比及纤维长度等因素对喷射FRP拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率等性能的影响。通过8根钢筋混凝土(RC)柱试件的拟静力试验,研究了喷射玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)和混杂玄武岩-碳纤维/树脂复合材料(BF-CFRP)加固震损RC柱的抗震性能,分析了喷射FRP层厚度、纤维混杂比、柱预损程度和柱轴压比等对加固试件的极限承载力、抗侧变形能力、刚度退化特征和滞回特性的影响。结果表明:玻璃纤维与乙烯基酯树脂基体的协同工作性能最优,而玄武岩纤维具有耐久性高、延性好、与乙烯基酯树脂基体协同工作性能好等优良性能,可以作为玻璃纤维的良好替代品;玄武岩纤维混杂少量比例的碳纤维作为树脂基体增强材料,可以有效提高喷射FRP的拉伸强度和变形性能;震损RC柱经喷射FRP加固后,可以基本恢复其震损前设计极限承载力,并有效提高其延性和耗能能力。该加固方法可以对地震区已震损RC柱进行快速加固,有效防止整体结构在余震中发生倒塌等严重破坏。
航天器用支架复合材料轻量化研究
陶积柏, 朱大雷, 董丰路, 黎昱, 张玉生, 张国旗
2016, 33(5): 1020-1025. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151225.004
摘要:
支架是航天器总装设计的重要组成部分,目前主要采用金属材质铸造成型,质量较大,成品率较低。复杂的太空环境要求支架具有非常高的尺寸稳定性。因此为提高结构刚度和减重,选取典型结构的支架进行轻量化研究。首先,根据碳纤维复合材料的性能参数和支架边界条件建立有限元模型并进行仿真分析;其次,在突破复合材料支架成型技术的基础上完成了复合材料支架的制备;最后,制定试验方案,通过评估金属与碳纤维复合材料支架在正弦与随机振动时的响应,对比了2种支架的力学性能。结果表明:碳纤维复合材料支架具有更优异的力学性能和更轻的质量。
准各向同性纤维增强复合材料层合板的开孔拉伸破坏模拟
鲍宏琛, 刘广彦
2016, 33(5): 1026-1032. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160112.005
摘要:
建立了一种新的有限元三维模型,对准各向同性纤维增强复合材料层合板[45/0/-45/90]s和[45/-45/90/0]s进行了开孔拉伸的破坏模拟。每一层均采用三维实体单元(ABAQUS中的C3D8R单元),由于基体比纤维强度低,在很低的拉伸载荷下,圆孔周围基体受到剪切力会出现沿纤维方向的纵向劈裂或基体开裂,从而钝化圆孔,大大减小应力集中,提高材料承载能力。为了准确模拟层合板的破坏,在每层圆孔周围(90°层除外)沿纤维方向引入2组基于表面的内聚力接触来模拟层内纵向劈裂,同时用这种接触来模拟层间的分层特性。为了提高计算效率并且保证计算精度,在圆孔周围采用精细的网格,其余地方采用相对稀疏的网格。在内聚区保证足够的单元个数,这样既能准确刻画内聚区应力分布,又能缓解网格依赖性。与文献中实验结果的对照显示,取得了较好的一致性。
预浸带热压接机制与机构设计
严飙, 彭福军, 肖军
2016, 33(5): 1033-1039. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160120.003
摘要:
为满足复合材料自动铺缠成型过程中预浸带换料续接对效率及可靠性的要求,首先,根据流变学原理及Gutowski铺放贴合分析方法建立了热压接模型;然后,应用幂律模型建立了树脂流体在平行板挤压下的控制方程;最后,分析了静态续接状态和动态续接状态下续接强度与续接压力、树脂黏度、续接温度、续接时间(或续接速度)和续接长度的关系,并设计了静态和动态热压接机构。结果表明:随续接压力、续接温度、续接时间和续接长度的提升,预浸带的续接强度提高。所得结论可帮助设计满足快速、稳定及可靠等要求的续接机构,为预浸带快速热压接系统的开发奠定了理论与设计基础。
复合材料B基准值统计的多环境样本合并方法
叶强, 金浩, 陈普会, 沈真
2016, 33(5): 1040-1047. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160120.002
摘要:
为缩减获得复合材料设计许用值的试验成本,首先,介绍了复合材料手册-17-G最新推荐的一种基于回归分析的合并多环境样本的B基准值统计方法,重点阐述了在批间变异检验、环境样本间的方差等同性检验及正态性检验中加入工程经验判断的合理性及适用条件;然后,根据该多环境样本合并方法,设计开发了B基准值统计分析软件;最后,采用该软件对江苏恒神股份有限公司部分复合材料的力学性能数据进行了统计分析。结果表明:与传统的单环境样本统计程序相比,该多环境样本合并方法不仅显著提高了B基准值,而且克服了传统统计程序中对样本数量及批次数的限制。所得结论表明该方法具有较高的可操作性,适用于在缩减样本的情况下统计分析复合材料B基准值。
三维编织复合材料损伤容限性能试验
张迪, 郑锡涛, 杨超
2016, 33(5): 1048-1054. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.003
摘要:
为研究三维编织复合材料的损伤容限性能,首先,利用同种纤维、基体和工艺分别制作了4种三维编织复合材料和1种层合复合材料;然后,进行了相同复合材料在不同冲击能量下的及不同复合材料在相同冲击能量下的低速冲击试验和冲击后压缩试验;最后,进行了冲击后的C扫描损伤检测,并对比了冲击后凹坑深度、损伤面积和损伤宽度。结果显示:层合复合材料的损伤形貌主要呈椭圆状,且分层损伤严重,而三维编织复合材料的损伤形貌主要呈十字状,三维编织复合材料的整体性较好;层合复合材料和三维编织复合材料冲击能量的拐点均出现在30 J附近;三维编织复合材料的剩余压缩强度较高,其损伤容限性能优于层合复合材料。所得结论可为三维编织复合材料的工程应用提供指导。
无人机全复合材料机翼结构设计与试验验证
刘振东, 郑锡涛, 冯雁, 张迪
2016, 33(5): 1055-1063. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160122.002
摘要:
为提高全复合材料机翼的有效载荷与机翼质量的比值(载荷/质量比),提出了一种预测全复合材料机翼极限载荷的有限元模拟方法,并建立了提高机翼结构效率的结构设计方案。首先,基于薄壁工程梁理论,对全复合材料机翼进行了理论分析,并对全复合材料机翼的结构形式与铺层形式进行了初始设计;然后,基于初始机翼的试验数据,利用ABAQUS建立了4种不同的有限元模型,通过对比得到了最佳数值模拟方法;接着,建立了14种结构布局形式,并为每种结构形式赋予不同的铺层方案,形成了117个机翼设计方案,对比了各个结构形式的载荷/质量比以及工艺因素;最后,制造了全复合材料机翼并进行了试验验证。结果表明:双工字梁结构为最佳机翼结构布局形式,具有较高的承载效率;模拟载荷与试验值之间的相对误差仅为1.91%,验证了有限元模型的正确性;机翼的载荷/质量比达到了24.17 N/g,相对于初始设计提升了30.65%。所得结论表明设计方法有效。
Ti-C纤维金属层压板自由振动试验和数值分析
李瑞, 陈秀华, 刘沛禹
2016, 33(5): 1064-1071. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160112.002
摘要:
为研究由钛合金和碳纤维增强复合材料交替铺设而成的Ti-C纤维金属层压板(FMLs)的制备及自由振动,首先,使用有限元分析软件MSC.PATRAN/NASTRAN对不同尺寸Ti-C FMLs的自由振动进行了二维有限元建模计算,确定了尺寸效应对FMLs固有频率的影响;然后,采用电磁激振器和非接触式激光扫描仪进行自由振动试验,比较了数值仿真结果和试验结果;最后,计算了相同尺寸的纯碳纤维复合材料层压板和不同钛合金层压板层数的Ti-C FMLs的固有频率,研究了钛合金层压板层数对FMLs固有频率的影响。结果显示:试件的尺寸越小,固有频率的计算误差越大,即当结构面内尺寸相对于厚度的倍数较小时,模型的计算误差大;数值仿真结果和试验结果总体吻合较好,有限元模型有效;FMLs的固有频率随着钛合金层压板层数的增加而减少。所得结论可为提高Ti-C FMLs自由振动的可设计性提供参考。
环境湿度对玻璃纤维增强水泥力学性能的影响
刘立明, 毛继泽, 吕建福, 李犇, 郭庆勇
2016, 33(5): 1072-1078. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160118.004
摘要:
通过开展在不同龄期、不同环境湿度下玻璃纤维增强水泥(GRC)试件的抗折强度、抗压强度试验和基体pH值测定,研究了环境湿度对掺加粉煤灰和硅灰等活性矿物掺合料的GRC试件力学性能的影响。结果表明:环境湿度对GRC试件的抗折强度有重要影响,相对湿度越大,随着龄期增加, GRC试件抗折强度降低越严重;在温度60℃、相对湿度95%条件下,经过56 d龄期后,掺有40%粉煤灰和10%硅灰的GRC试件抗折强度比未掺加粉煤灰和硅灰的GRC试件的抗折强度提高48.5%、抗压强度提高23.6%, GRC基体pH值降低6%。在相同的湿度条件下,掺有粉煤灰和硅灰试件的pH值在各个龄期都低于普通硅酸盐水泥试件,说明粉煤灰和硅灰的掺入能降低水泥水化液相的碱度,进而延缓了纤维受侵蚀的速度,显著改善了GRC试件的力学及耐久性能。通过对试验结果进行分析,利用MATLAB软件建立了GRC试件抗折强度和抗压强度与水泥砂浆基体pH值及时间的关系式。
高温氧化对超高温陶瓷材料耦合传热的影响
周印佳, 孟松鹤, 解维华, 金华, 杜善义
2016, 33(5): 1079-1086. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151126.002
摘要:
超高温陶瓷材料暴露于极端高温飞行环境中会导致其发生氧化,表面生成的氧化物具有不同的热物性从而对传热过程造成影响。针对预氧化的ZrB2和ZrB2-SiC,基于氧化模型预测氧化层(ZrO2、B2O3、SiO2和SiC耗尽层)厚度,利用有限元建立圆柱形代表性体积单元,并与外部高超声速流场的CFD (Computational Fluid Dynamics)求解器相耦合,研究了高温氧化对超高温陶瓷材料的耦合传热的影响。计算中采用分区求解方法,通过耦合界面处非匹配网格间的插值完成实时数据交换,实现了基于Navier-Stokes方程的流动求解器与有限元求解器的多场耦合计算。ZrB2、ZrB2-SiC以及氧化生成物的热物性均为温度相关,通过理论计算给出了B2O3挥发及SiC耗尽导致的多孔结构的有效热导率和有效比热容。瞬态耦合传热分析的结果表明:ZrB2在预氧化后其热阻能力略有提高, ZrB2-SiC氧化前后的热阻变化很小,并且在相同流动环境条件下,氧化后ZrB2的热阻能力高于氧化后ZrB2-SiC的热阻能力。
炭/炭-陶瓷/炭多元复合材料的原位热压制备与性能
吴雪平, , 吴玉程, 张良, 杨禹, 吴力伟
2016, 33(5): 1087-1096. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151223.004
摘要:
以纤维素和凹凸棒石(PG)为原料,在220℃下水热24 h制备凹凸棒石/炭(PG/C)复合材料。采用浸渍-炭化工艺在炭/炭(C/C)复合材料中引入PG/C作为添加剂,一步热压对材料最终成型,原位获得C/C-陶瓷/C复合材料。研究了添加PG/C对C/C力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:PG/C在热压过程中转变为顽辉石/C,顽辉石/C通过"填充"和"桥联"起增强作用,顽辉石陶瓷表面负载纳米炭层有效避免了陶瓷相与基体炭间弱结合的产生。随着PG/C中表面负载纳米炭含量的减少, C/C的强度逐渐增加。当炭含量为13%的PG/C作为添加剂时, C/C的抗弯强度为263 MPa,弹性模量为47 GPa,相对于没有添加剂的C/C抗弯强度提高了45%,弹性模量提高了42%;相对于以PG作为添加剂的C/C抗弯强度提高了16%,弹性模量提高了27%。添加PG/C使C/C抗氧化性得到了提高;1000℃下C/C的质量损失降低了12%~18%。
多孔氮化硅表面γ-Y2Si2O7陶瓷涂层的制备及抗热震性能
范星宇, 王红洁, 温江波, 牛敏
2016, 33(5): 1097-1103. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151201.003
摘要:
采用浆料喷涂与高温熔渗结合的方法,以γ-Y2Si2O7和Y2O3-Al2O3-SiO2三元氧化物粉体为原料,在多孔Si3N4表面制备致密γ-Y2Si2O7陶瓷涂层,采用XRD和SEM测试方法系统研究原料配比及烧结温度对涂层结构、组织和抗热震性能的影响。结果表明:SiO2与Al2O3物质的量之比较高时,涂层为致密γ-Y2Si2O7层和过渡层的双层结构;SiO2与Al2O3物质的量之比较低时,只能形成单层结构;双层结构涂层的抗热震性能优于单层结构涂层。
基板对自反应喷射成形技术制备锰-锌铁氧体片状吸波剂的影响
高海涛, 王建江, 蔡旭东, 李泽, 娄鸿飞
2016, 33(5): 1104-1110. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151127.002
摘要:
研究了自反应喷射成形技术制备片状吸波剂的可行性以及基板材质对制备片状吸波剂微观结构及电磁性能的影响。以Fe+MnO2+Fe2O3+ZnO为反应体系,选取了石墨、黄铜和钨铜3种材质基板,基于自反应喷射成形技术原理制备锰-锌铁氧体片状吸波剂,进行自反应喷射成形实验,采用XRD、SEM分析获得的片状吸波剂的形貌、物相和微观结构,选用矢量网络分析仪测试片状吸波剂的电磁性能。结果表明:只有当黄铜作为基板时才能够得到较明显的锰-锌铁氧体片状吸波剂,并且黄铜作为基板的片状吸波剂的电磁波吸收强度和吸收带宽均强于其余2种,说明基板的选择对自反应喷射成形法制备片状吸波剂无论是在微观结构方面还是在吸波性能方面都会产生较大影响。
基于两尺度代表体元的含孔隙复合材料单层板弹性常数预测
任明法, 常鑫
2016, 33(5): 1111-1118. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.004
摘要:
为预测含孔隙复合材料单层板的弹性常数,以单向纤维增强复合材料单层板为研究对象,首先,基于细观力学方法,提出了一种基于两尺度代表体元的含孔隙复合材料单层板弹性常数预测方法;然后,基于纤维排列和孔隙特征,建立了纤维-基体尺度的代表体元模型和含孔隙复合材料单层板的代表体元模型,并采用有限元方法求解弹性常数;接着,采用周期对称边界条件,在纤维-基体尺度先进行第1步等效,得到不含孔隙复合材料单层板的弹性常数;最后,在含孔隙复合材料单层板的代表体元模型上进行第2步等效,完成了含孔隙复合材料单层板弹性常数的预测。结果显示:应用该方法得到的计算结果与试验数据吻合较好;结合纤维、基体弹性常数及孔隙形态的模型,该方法可以反映各因素对复合材料单层板弹性常数的影响。
复合材料副簧刚度的匹配设计方法
柯俊, 史文库, 陈志勇, 高博, 袁可, 周刚
2016, 33(5): 1119-1124. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151225.003
摘要:
为了对复合材料副簧的刚度进行匹配设计,设计了包含有复合材料副簧的主副簧总成结构。采用集中载荷法计算复合材料副簧的等效载荷,根据原钢板弹簧的挠度变化来估算复合材料副簧的等效刚度。根据钢板弹簧设计理论,对复合材料副簧的等效刚度进行匹配设计。采用ABAQUS软件对设计的主副簧总成的总刚度进行有限元模拟,通过调整复合材料副簧的铺层数量来修正复合材料副簧的等效刚度。提出的匹配设计方法对复合材料板簧的推广应用具有重要意义。
基于非测地线纤维缠绕压力容器线型设计与优化
祖磊, 穆建桥, 王继辉, 李书欣
2016, 33(5): 1125-1131. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160112.003
摘要:
为较好地满足纤维轨迹路径的稳定与均布,与传统测地线缠绕模式不同,提出了非测地线纤维缠绕压力容器的纤维线型方程,给出了非测地线型模式和缠绕参数的最优化设计方法,分析了环形缠绕机芯模和丝嘴的相对缠绕速比,结合均匀布满条件对优化线型进行了调整。将计算机仿真技术应用到环形容器的缠绕线型设计与验证中,研究了CAD系统各组成模块的功能及实现方法,对非测地线缠绕成型进行了计算机图形仿真与检验。结果表明:设计得到的非测地线满足缠绕工艺的基本要求;采用最优化的非测地线模式进行缠绕,可使非测地线缠绕角集中在筒形压力容器的最佳缠绕角55°附近,有效提高了压力容器的结构承载性能。
基于热-力耦合模型的纤维丝束带铺放残余应力的模拟及实验研究
张宏基, 唐虹, 史耀耀
2016, 33(5): 1132-1141. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20160102.003
摘要:
采用有限元分析计算和实验测试2种方法,在热-力耦合载荷作用下,对纤维丝束带铺放成型时的残余应力进行了研究。首先,建立纤维丝束带铺放的热-力耦合模型,利用有限元分析研究了不同温度和压力参数条件下纤维丝束带铺放残余应力的模拟结果。其次,对结果进行分析比较得到各个因素对纤维丝束带铺放残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对纤维丝束带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究,以验证热-力耦合有限元模型计算结果的正确性。结果表明:2种方法得到的残余应力分布基本一致,只是残余应力的最大值之间存在着差别。
复合材料加筋壁板结构选型设计
金迪, 寇艳荣
2016, 33(5): 1142-1146. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20151225.002
摘要:
为确定某型飞机平尾壁板结构截面尺寸参数,验证计算分析方法是否合理、有效,通过有限元屈曲分析与试验相结合的手段,对复合材料加筋壁板轴压稳定性进行研究。研究了复合材料加筋壁板在相同支持条件下,提高加筋壁板筋条截面积占总截面积的比例对复合材料加筋壁板初始屈曲和承载能力的影响。试验结果表明:试验结果与计算结果较为接近,说明计算中采用的分析方法和分析模型准确有效;在筋条截面积比例提高3.0%的情况下,屈曲载荷提高10.0%左右。所得结论可指导复合材料加筋壁板设计在型号研制中的应用,为初步确定平尾壁板结构截面形式和尺寸提供参考。