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建立了SR20飞机含非穿透损伤复合材料泡沫夹芯结构壁板挖补维修的三维有限元模型.分析了有限元模型的收敛性,给出了合理的网格划分密度.对单向拉伸和双拉伸载荷下含非穿透损伤泡沫夹芯结构进行了应力分析,给出了完好结构和维修后结构面板各材料主方向应力分布.基于最大应力准则给出了完好结构和维修后结构的单向拉伸强度和双向拉伸强度.分析结果表明,维修后的结构在单向拉伸状态下,初始损伤为面内剪切失效,应力极值点位于母板上临近维修铺层边界处与x方向结构对称轴约成30°的位置;双向拉伸状态下,初始损伤为纤维拉伸断裂,应力极值点位于母板上维修铺层边界处与x方向结构对称轴约成45°的位置.在理想修复状态下,单向拉伸时的强度恢复系数为85.8％,双向拉伸时强度恢复系数为96.7％.维修区域材料不连续,导致应力集中,使结构维修后强度下降.维修后强度随表面贴补铺层数增加而降低,原因为贴补铺层增大了局部刚度,使维修区域应力水平升高.

关键词: 泡沫夹芯 , 复合材料 , 壁板 , 挖补 , 有限元

高速列车复合材料司机室混杂结构有限元分析

张胜 , 江大治 , 周升 , 曾竟成 , 刘均

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2006.02.003

本文以典型高速列车钢制司机室结构为设计原型,利用有限元分析软件-ANSYS对其刚度和强度进行分析.在满足司机室对刚度和强度要求的前提下,提出了一种新型列车司机室结构形式-钢骨架复合材料司机室混杂结构.对比分析该结构形式与钢制司机室作,结果表明,利用玻璃钢泡沫夹芯材料设计复合材料司机室混杂结构,一方面可以提高司机室整体承载能力,另一方面可以减轻司机室20%自重.

关键词: 高速列车 , 玻璃钢 , 泡沫夹芯 , 有限元 , 结构分析

整体成型复合材料模型机翼设计、制造与验证

罗楚养 , 益小苏 , 李伟东 , 周玉敬 , 朱亦钢 , 刘刚

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.4.011

根据给定的外形设计了四种不同结构形式的复合材料模型机翼,通过对所采用树脂基体的化学流变特性的研究,确定其最佳固化工艺条件.采用整体成型技术制备了四种全复合材料模型机翼,并进行了三点弯曲试验.结果表明,工字梁结构形式的模型机翼具有最高的载荷重量比,其次为C型梁机翼,而蒙皮-夹芯机翼的载荷重量比最小.其中,蒙皮-夹芯模型机翼在测试中表现为加载点上蒙皮压缩破坏；蒙皮-加筋机翼则表现为支点处的剪切破坏；梁式结构机翼均表现为支点与加载点中间的前缘剪切破坏.采用有限元分析模型机翼的强度与破坏过程,其结果与试验结果吻合良好.

关键词: 复合材料机翼 , 整体成型 , 三点弯曲 , 有限元分析 , 泡沫夹芯

全厚度缝合复合材料泡沫芯夹层结构力学性能研究与损伤容限评定

郑锡涛 , 孙秦 , 李野 , 柴亚南 , 曹正华

复合材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2006.06.005

探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益.选用3种夹层结构形式,即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex蜂窝夹层结构,完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/损伤容限等7项实验研究.结果表明,泡沫芯夹层结构缝合后,显著提高了弯曲强度/质量比、弯曲刚度/质量比、面外拉伸压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI)强度和破坏应变.这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低,可以在飞机轻质机体结构设计中采用.

关键词: 复合材料 , 泡沫夹芯 , 全厚度缝合 , 结构效率 , 低成本 , 损伤容限

Z向增强泡沫夹芯阻燃复合材料力学性能

邓爱民 , 张佐光 , 李敏 , 王大勇 , 陈跃

复合材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2007.05.010

研制了一种Z向玻璃纤维增强酚醛泡沫的高阻燃性复合材料,并试验分析了承力柱高度、分布密度、排布方式及缝编纱细度、缝合面板层数等结构参数对复合材料力学性能的影响.结果表明:与普通泡沫夹芯复合材料相比,Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能得到了大幅度提升;在承力柱分布密度相同的条件下,Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能基本不随承力柱排布方式而变化;承力柱高度、分布密度及缝编纱细度、缝合面板层数等结构参数对Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能有重要影响.

关键词: 复合材料 , 泡沫夹芯 , Z向增强 , 缝编 , 力学性能

缝纫泡沫夹芯复合材料失效强度的理论预测与试验验证

马元春 , 韩海涛 , 卢子 , 卢文书 , 邱涛

复合材料学报

基于经典层板理论和细观力学桥联模型,提出了缝纫泡沫夹芯复合材料失效强度的理论预测方法,并进行了失效强度的相关试验验证.其中,将缝纫复合材料面板看作单层组成的准层状结构,采用经典层板理论进行逐层失效分析,并同时考虑了局部皱曲的面板失效模式;而对缝纫泡沫夹芯,引入桥联模型计算其各组分材料中的应力,并通过对各组分材料选取适当失效准则来建立失效判据;对于缝纫泡沫夹芯复合材料采取逐级加载方式,当面板或者央芯失效时,则认为其发生整体失效,由此可以确定其在不同载荷形式下的失效强度.此外,通过试验得到了缝纫泡沫夹芯复合材料板试件在平压、侧压、横向剪切及三点弯曲载荷形式下的失效模式及其失效强度,并利用本文方法对缝纫泡沫夹芯复合材料的失效强度进行了理论预测,所得结果与试验吻合,证明了本文方法的有效性.

关键词: 缝纫 , 夹芯结构 , 复合材料 , 泡沫夹芯 , 强度

缝纫泡沫夹芯复合材料的刚度预测与试验验证

马元春 , 韩海涛 , 卢子兴 , 卢文书

复合材料学报

基于材料细观结构,建立了缝纫泡沫夹芯复合材料的刚度预测模型,并进行了刚度性能的相关试验验证.其中,对缝纫复合材料层合面板部分,考虑了缝纫角对单胞尺寸和富脂区大小的影响,以及缝纠前后层合面板厚度的变化对复合材料面板纤维体积含量的影响,采用改进的纤维弯曲模型计算了缝纫复合材料层合面板的刚度;对缝纫增强的泡沫夹芯部分,把缝线树脂柱看作是泡沫基体中的增强相,将其简化为特殊的单向增强复合材料,提出了用串并联组合模型来预测其刚度.试验测试了缝纫泡沫夹芯复合材料板试件的刚度.应用本文模型对缝纫层合面板和缝纫泡沫夹芯复合材料板的刚度进行预测,结果均与试验结果吻合较好.采用理论模型系统研究了缝纫参数和结构参数对缝纫泡沫夹芯复合材料刚度的影响.

关键词: 缝纫 , 夹芯结构 , 复合材料 , 泡沫夹芯 , 刚度

Z向增强泡沫夹芯复合材料冲击损伤及冲击后压缩性能

段友社 , 郭书良 , 吴刚 , 侯军生

复合材料学报

基于热压罐成型工艺,选择了树脂柱Z向增强泡沫芯材、碳纤维Z向增强泡沫芯材、Kevlar纤维缝纫增强泡沫芯材3种Z向增强复合材料结构,对夹芯结构进行了低速冲击损伤和冲击后压缩（CAI）性能研究,考察了不同Z向增强方式对冲击损伤面积和破坏模式的影响。结果表明,Z向增强对泡沫芯材产生了初始损伤,其冲击后损伤面积大于未增强泡沫夹芯结构;但Z向增强改变了夹芯结构的压缩破坏机制。通过选用合适的Z向增强材料和Z向增强参数,能够提高夹芯结构的压缩强度和CAI强度。其中当增强材料为碳纤维,增强参数为10mm×10mm时,压缩强度提高了13%,CAI强度提高超过40%。

关键词: 复合材料 , 泡沫夹芯 , Z向增强 , 冲击损伤 , 冲击后压缩

缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击的多尺度数值方法

马健 , 燕瑛

复合材料学报

为了发展缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击损伤的多尺度分析方法,建立了缝合泡沫简化力学模型,将缝合泡沫等效为缝线树脂柱增强的正交各向异性芯材,其材料参数由各组分性能及所占体积分数根据均一化理论计算得出；同时,建立冲击试验有限元模型,通过界面元模拟面板与芯材之间的层间分层.采用GENOA渐进损伤分析模块对缝合结构冲击动态响应过程进行数值模拟,并将计算结果与试验记录进行对比分析.结果表明:缝合可以减小面板破坏面积,抑制面板与泡沫分层的扩展；但缝纫会对结构造成初始损伤,较高的缝合密度使芯材刚度增加,不利于泡沫结构的缓冲吸能.数值模拟结果与试验记录吻合良好,验证了多尺度分析方法的正确性.

关键词: 缝合 , 泡沫夹芯 , 多尺度 , 均一化 , 渐进损伤