金朋
,
宋笔锋
,
钟小平
,
安伟刚
复合材料学报
实现了基于几何因子的复合材料层合板建模,解决了几何因子与Natran的参数输入问题,并根据工艺约束中的最小铺层比例对几何因子可行空间进行了推导补充.在此基础上,提出了一种基于几何因子和Nastran的复合材料气动弹性剪裁优化设计方法.首先以总厚度和几何因子作为设计变量以及以Nastran作为求解器,以强度、刚度、颤振和发散速度以及几何因子相关性约束作为约束条件进行结构寻优,得到最优的铺层总厚度和几何因子.其次,以最优几何因子作为目标,进行铺层结构逆问题求解,约束条件为复合材料铺层工艺约束.因几何因子为铺层厚度和铺层顺序的表达式,与传统的多级优化相比,以几何因子作为设计变量可以避免铺层厚度和铺层顺序的解耦,进而获得更大的设计空间,且得到的铺层结构可以满足工艺约束.最后,对一矩形悬臂复合材料层合板进行剪裁设计,使得铺层结构满足气动弹性约束且质量最小.结果显示,运用该优化方法可以得到质量更小且满足工艺约束的铺层结构.
关键词:
复合材料
,
优化
,
几何因子
,
气动弹性剪裁
,
铺层顺序
金朋
,
宋笔锋
,
钟小平
,
杨竣博
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150306.001
首先实现了基于几何因子的复合材料层合板建模方法,解决了几何因子与Natran的参数输入问题,并通过一个简单算例进行验证.其次,在基于几何因子的层合板建模方法的基础上,采用p-k法计算颤振速度和发散速度,进行基于几何因子的悬臂复合材料层合板颤振和发散特性分析研究,重点研究了主轴刚度和弯扭耦合效应对颤振速度的影响.分析结果表明:相对于弯曲刚度,扭转刚度的改变对颤振速度的影响更显著,且扭转刚度越小,颤振速度越低;颤振模式随着刚度特性的改变有可能发生转变,导致颤振速度的突然变化和几何因子空间内颤振速度等高线的不连续;在正则化刚度矩阵不变的情况下,层合板厚度增加会同时提高颤振速度和发散速度,且颤振速度与发散速度与厚度大致呈线性关系.
关键词:
复合材料
,
优化
,
几何因子
,
颤振
,
弯扭耦合
余治国
,
柴亚南
,
宋笔锋
机械工程材料
用自定义的缝线模型和Cohesive单元方法,模拟了复合材料非缝合/缝合胶接L型筋条-蒙皮结构胶接界面在拉脱载荷作用下的失效过程;分析了第一排缝线位置和筋条突缘宽度对界面强度的影响.结果表明:对于非缝合结构,在载荷中心线附近区域,裂纹扩展受Ⅰ,Ⅱ型裂纹的共同作用;远离载荷中心线的区域,裂纹扩展时Ⅱ型裂纹起主导作用;对于缝合结构,裂纹扩展过程中载荷出现多次波动,载荷在第一排缝线断裂时达到峰值(拉脱强度);将第一排缝线缝合在筋条倒角与蒙皮接触的切点处,结构的强度较第一排缝线距离中心线8 mm时的提高了118.5%;筋条突缘宽度从25 mm降为20 mm后,强度下降了约18.2%,而从20 mm降至15 mm,强度几乎没有变化.
关键词:
筋争蒙皮结构
,
界面失效
,
拉脱强度
,
缝合位置
余治国
,
杨胜春
,
宋笔锋
机械工程材料
在温度为70℃、相对湿度为85%的湿热环境下,分别对T700碳纤维/环氧树脂基复合材料、T300碳纤维/环氧树脂基复合材料以及两种复合材料/金属胶接结构进行了70 d的加速老化试验,并对老化前后的试样进行了力学性能试验和无损检测.结果表明:湿热环境没有改变两种复合材料的破坏模式,但使复合材料的纵、横向压缩强度和剪切强度略有降低;对复合材料/金属胶接结构,湿热老化环境不会导致胶接界面产生损伤,但会使胶接强度下降;老化前两种复合材料的力学性能基本相当,老化70 d后T700碳纤维/环氧树脂基复合材料的性能保持率略优.
关键词:
复合材料
,
湿热老化
,
加速试验
,
性能保持率
杨竣博
,
宋笔锋
,
钟小平
复合材料学报
连续丝束剪切(CTS)作为一种新的丝束变角度(VAT)铺放技术,能克服传统的自动铺丝技术(AFP)的诸多缺陷.鉴于此,分别采用CTS和AFP这2种技术铺设而成的VAF层合板为研究对象,对其屈曲性能进行了有限元分析;在施加相同端部轴向位移的条件下,以铺层顺序[90±＜0|75＞]4s为例,对比分析了2种层合板的内力分布;最后,讨论了丝束最小转弯半径对2种铺放技术的影响.结果表明:CTS层合板因其变厚度的特性,其屈曲性能优于AFP层合板;与AFP技术受制于最小转弯半径,导致其在小尺寸结构中的应用受到限制相比,CTS技术适用于各种尺寸的层合板.
关键词:
层合板
,
丝束变角度
,
连续丝束剪切
,
自动铺丝技术
,
最小转弯半径
杨竣博
,
宋笔锋
,
钟小平
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20141105.004
通过选择合适的纤维轨迹,丝束变角度(VAT)层合板相对于直纤维层合板能拥有更好的抗屈曲特性.为研究纤维轨迹特征长度和定向坐标系偏角对VAT层合板屈曲性能的影响,首先对原始的纤维角度线性变化方法进行改进,提出了一种纤维角度分段线性变化方法,拓展了纤维轨迹的设计空间;其次,采用改进后的纤维轨迹定义方法构建了一系列变刚度层合板;最后,基于有限元方法,从内力分布角度对变刚度层合板不同承载情况下的屈曲性能进行研究和探讨.数值结果表明:单向轴压工况下,采用半边长的特征长度和90°偏角的纤维轨迹,能使层合板的稳定性最好;双向轴压工况下,应将特征长度和定向坐标系偏角作为额外的设计变量,并通过优化获得最优的纤维轨迹.
关键词:
丝束变角度层合板
,
屈曲
,
纤维轨迹
,
纤维轨迹特征长度
,
定向坐标系偏角
