结构参数对CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板低速冲击性能的影响

针对碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）蒙皮-铝蜂窝夹层结构,使用半球头式落锤冲击试验平台进行了低速冲击载荷下蜂窝芯单元尺寸对夹层板冲击性能影响的试验探究,并基于渐进损伤模型、内聚力模型和三维Hashin失效准则,在有限元仿真软件ABAQUS中建立了含蒙皮、蜂窝芯、胶层的CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板精细化低速冲击仿真模型,仿真结果与试验结果吻合较好。利用该数值模型进一步探究了蜂窝芯高度、蒙皮厚度和蜂窝芯壁厚等结构参数对于蜂窝夹层板低速冲击吸能效果的影响。结果表明:增大铝蜂窝芯的单元边长,会减小蜂窝夹层板的刚度,提升夹层板的吸能效果;芯层高度对夹层板的刚度及抗低速冲击性能影响较小;增大蜂窝夹层板的蒙皮厚度,可以提高夹层板的刚度,但会降低夹层板的吸能效果;增大蜂窝芯的壁厚,可以提高夹层板的刚度和抗低速冲击性能。      

Nomex蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学建模

胶黏剂粘接性能下降导致的面板与蜂窝芯分离是Nomex蜂窝夹层结构在高温下力学性能发生退化的主要原因。为此定义了胶黏剂的等效脱粘系数为温度升高引起蜂窝夹层结构弯曲刚度下降的损伤变量,并引入面板和蜂窝芯弹性模量的温度保持系数,建立了蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学模型。经外伸梁三点弯曲法试验校验,所建力学模型计算值与试验值的误差在15%内,可以较好地实现蜂窝夹层结构在高温下的弯曲刚度预报。研究成果可以用于软夹心蜂窝夹层结构在高温下弯曲刚度的估算。      

复合材料激光辐照实验中的吸收特性研究

在复合材料激光烧蚀研究中,首要解决的问题是激光的吸收问题。利用积分球法测量了材料蒙皮层及材料整体结构对1.319μm红外激光的反射率和透过率,获得了蒙皮层材料激光吸收特性随厚度的变化规律,以及材料表面状态变化导致的反射与透射特性的变化。在此基础上研究了蜂窝夹层材料激光烧蚀前后的反射、透射性能变化,结果表明,材料表面碳化后对近红外激光的反射率由30%降为10%左右,透过率由40%降为0,平均吸收率由30%增加到90%,蜂窝夹层材料对激光的吸收大大增加。     

蜂窝夹层结构无损检测方法研究综述

蜂窝夹层结构是一种层合复合材料,具有优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、建筑以及汽车制造等领域。由于自身结构及服役工况的复杂性,蜂窝夹层结构容易在制造、服役等阶段产生蒙皮-蜂窝芯界面脱粘、蒙皮分层、夹杂、蜂窝芯格变形、芯格塌陷、节点开裂、蜂窝积水等多种形式的缺陷。因此,开展蜂窝夹层结构无损检测方法的研究具有重要意义。本文回顾了国内外文献中出现的针对蜂窝夹层结构的无损检测方法,分析了各种单一检测方法的原理、应用优势及局限性。随后,概述了将多种单一方法复合的检测方法在蜂窝夹层结构缺陷全面检测上的应用,并指出应用智能算法可实现蜂窝夹层结构缺陷的定量和分类识别。最后,对蜂窝夹层结构无损检测的研究和应用趋势进行了简要总结和展望。     

基于缝隙特征的蜂窝夹层结构刚度损失评估及应用

高精度蜂窝夹层结构反射面板由经过开缝应力释放工艺处理的表层铝板和铝蜂窝芯胶接而成, 为了研究缝隙所引起的夹层结构刚度损失, 基于对实验数据的统计分析, 考虑缝隙面积和分布等对刚度的影响, 定义了缝隙对刚度的影响系数与刚度的损失系数并建立了二者之间的关系, 提出了基于缝隙特征的蜂窝夹层结构刚度损失的评估方法。实验分析结果表明, 缝隙对夹层结构刚度造成的损失达到一定程度后明显减缓, 刚度最大损失可限定在40%。针对表板带有缝隙的夹层结构的数值分析, 依据夹层结构刚度等效原则, 利用刚度损失与缝隙影响系数之间的关系, 可将带有缝隙的表板等效为厚度减薄的连续表板, 对于模拟带有缝隙的夹层结构具有一定的应用价值。     

空间超高频遥感反射器热变形优化及零膨胀材料的制备

空间超高频遥感反射器（工作频段600 GHz以上）在轨运行过程中,由于空间温度变化不均匀会产生热变形问题。为了保证反射面的电气性能,空间超高频遥感反射器要求反射面的型面精度均方差值r ≤ 10 μm。本文创新性地提出了一种单曲面板栅格结构反射器,利用有限元仿真分析软件对反射器进行热变形分析。研究了反射器的不同结构参数对反射面热变形的影响,并以低热变形为原则对反射器结构参数进行优化。优化后的结果仍然不能满足空间超高频遥感反射器的型面精度要求,因此设计并制备了一种热膨胀系数α ≤ 0.5×10-7℃-1的零膨胀材料。这种零膨胀材料是将碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）与芳纶（Kevlar）纤维织物按照一定比例交错循环铺层,利用该比例调整反射器层压板铺层,可以使反射面热变形降低至7.94 μm,满足空间超高频遥感反射器的型面精度要求。      

A型蒙皮复合蜂窝结构设计及其吸波性能

针对引入蒙皮材料导致吸波蜂窝26.5～40 GHz频段吸波性能退化的问题,对蒙皮的结构进行了改进设计,研究了A型蒙皮结构对多层蜂窝吸波性能的影响机制及规律,并得到了最优的蒙皮结构参数.研究结果表明,设计的A型结构,可有效改善蒙皮的高频段透波性能.随着A型蒙皮中透波蜂窝厚度的增加,复合吸波蜂窝在2～18 GHz频段内的吸...     

基于Virtual.Lab Acoustics的蜂窝夹层板结构传声特性分析

针对蜂窝夹层板进行传声特性仿真计算分析。基于声学间接边界元理论,利用有限元软件Patran进行夹层板的三维实体建模和模态分析,采用声学软件Virtual.Lab Acoustics计算结构的传声性能,得到场点声压分布、构件两侧声压级差和结构隔声量曲线。在此基础上系统地探讨面板厚度和密度以及芯层高度、壁厚及壁长五个设计参量对蜂窝夹层板传声性能的影响。结果显示,面板厚度与芯层高度对结构在低频段尤其是刚度控制区域的隔声性能影响显著。     

轻质蜂窝夹层结构复合隔声材料

早在第二次世界大战的前期,随着战争的深入,各参战国家的科学家都在寻找重量轻、强度高、刚度大、稳定性好的材料,以适应当时迅速发展的飞机制造工业.一九四○年,英国的希尔(HiLL)教授,用巴隆木单片做蜂窝格子,用校花木单片做夹层材料的面板,形成蜂窝夹层结构,首先用在英国“飞翼”型飞机上,并获得成功,接着美国又把木单片的蜂窝芯粘结在铝蒙皮上,形成“铝木蜂窝夹层结构”,到二次大战快结束时,一种全部由金属制作(主要是铝镁合金)的金属蜂窝已经问世并用在     

蜂窝夹层板的一种等效单层模型

本文根据正六角形蜂窝芯层的变形特点,建立了一种考虑芯层弯曲刚度的蜂窝夹层板模型,并在此基础上,将蜂窝夹层板等效为一横观各向同性材料单层板,极大地简化了此类问题分析的难度。在实例中研究了该模型的精度及适用范围。     

一种新型自粘接预浸料-Nomex蜂窝板面-芯结合强度关键影响因素试验研究

以Nomex蜂窝和新型自粘接预浸料作为试验材料, 通过采用均压板的共固化工艺制备蜂窝夹层板。采用滚筒剥离方法测试其面-芯结合性能, 采用电子显微镜等方法观察其蒙皮-蜂窝粘接面、剥离后蒙皮表面结构及蜂窝壁端面的微观形态, 并测试了蜂窝壁厚度与蜂窝壁浸渍的树脂成分。结合以上测试结果研究了在采用均压板的制备过程中工艺参数和蜂窝特征对蜂窝夹层板面-芯结合强度的影响规律, 并考察了蜂窝夹层板的粘接形式。结果表明: 在采用均压板模具的共固化工艺中, 一定的升温速率范围内, 蜂窝板的面-芯结合强度随着升温速率的减小而增大; 而加压时机对蜂窝板的面-芯结合强度的大小没有明显的影响; 蜂窝壁端面越粗糙、蜂窝壁树脂层厚度越小, 夹层板的面-芯结合强度越好。     

等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的热性能

为研究等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板传热机制,利用导热仪对夹芯板的传热性能进行了实验测试与模拟研究。结果表明:夹芯板稳态导热系数模拟结果与Swann and Pittman经验公式的计算结果相吻合,验证了数值计算胞体平面模型的合理性;Part2为夹芯板稳态传热的主要构件,Part2胞壁厚度与边长对夹芯板导热系数有显著影响,Part2高度、Part1与Part3厚度及面板厚度对夹芯板导热系数的影响偏弱;同时,若仅需降低夹芯板的导热系数,而忽略对夹芯板静力学性能要求,应该更换蜂窝芯层材料;若需夹芯板同时满足隔热性能与静力学性能,多层蜂窝芯夹芯板是很好的选择。      

高精度碳纤维增强树脂复合材料夹层天线面板热变形影响参数仿真与实验

为满足亚毫米波、太赫兹波段等高频天线反射面的应用需求,采用附加树脂修型技术制得1米级、面形精度优于10 μm均方差(RMS)的碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料天线面板。主要开展了针对高精度CFRP复合材料面板在极端低温环境下的热变形机制研究。根据基础材料性能测试数据,建立面板的有限元仿真模型,预测大温差工况下多结构参数面板的热变形残差,分析了影响面板热变形特性的主要因素。比较了铝蜂窝和碳管阵列夹芯两种面板结构热变形特性的差异。结果表明,碳管夹芯结构面板具备更高的比刚度和热稳定性。通过仿真结构优化给出了面板的结构设计参数,并重新试制了原型面板。采用基于高精度数字摄影测量的实验方法,对铝蜂窝和碳管阵列两种夹芯结构原型面板在低温环境下的热变形误差进行了测量,通过分析实验与仿真结果的误差来源,讨论了有限元预测方法的可行性,给出了针对高精度CFRP复合材料面板设计及工艺方法的指导意见。      

Mechanics of discontinuous ceramic tile core sandwich structure: Influence of thermal and interlaminar stresses

The stress states in a discontinuous ceramic tile core sandwich structure due to mechanical and thermal loading are investigated. The influence of coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch between the tile and face sheet layer on the in-plane and interlaminar stresses in the sandwich structure is evaluated. The factors affecting the interlaminar stresses in the structure are of particular interest. The influence of an adhesive layer between the face sheet and core on the effective properties of the sandwich is also discussed. A study is performed to evaluate tailoring of the adhesive properties to reduce interlaminar stresses for increased durability. A parametric study is performed to study how various geometric parameters such as tile and adhesive layer thickness affect the effective properties (e.g. axial modulus and CTE). Failure of the discontinuous core sandwich structure under in-plane tension loading is analyzed. It is observed that thermal property mismatch in the structure can significantly reduce the failure loads for the tile layer. Finally, failure of the sandwich corresponding to various failure modes is discussed.     

等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的面外压缩性能EI北大核心CSCD

利用材料试验机对玻璃钢(FRP)夹芯板面外压缩性能进行实验测试与模拟研究。结果表明:夹芯板面外压缩变形可分为弹性变形与断裂两个阶段。蜂窝芯中part 2胞壁厚度t1与part 2高度h比值t1/h较大时,夹芯板以屈服方式变形;t1/h较小时,夹芯板以屈曲方式变形。蜂窝芯中part 2为夹芯板主要承载构件,蜂窝芯中part 1与part 3对part 2起到固支作用,面板对蜂窝芯起到固支作用。蜂窝芯中part 2胞壁厚度为夹芯板面外压缩抗压强度影响的主要因素,蜂窝芯胞壁边长影响次之,而蜂窝芯中part 1,part 3与面板厚度的影响较小。夹芯板总高度一定时,随着蜂窝芯层数增加,夹芯板抗压强度逐渐增大。     

四边简支新型类方形蜂窝夹层结构振动特性研究

新型类方形蜂窝是六边形蜂窝的一种过渡形式,对其等效弹性参数和振动特性的研究具有重要意义。采用改进的Gibson公式对比分析了双壁厚与等壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效弹性参数的差异,并应用经典层合板理论分析了不同等效弹性参数下2种壁厚类型的四边简支类方形蜂窝夹层结构的振动特性,基于有限元仿真技术分析了不同壁厚类方形蜂窝夹层结构的振动特性,并与理论分析结果进行对比。结果表明等效弹性参数的数值模拟结果与理论值基本吻合。在蜂窝基本结构参数相同的条件下,双壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效剪切模量、面外刚度和等效密度均比等壁厚类方形蜂窝夹芯大;在低阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的低,在高阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的高;影响夹层结构固有频率的3个主要因素所占权重由大到小依次为蜂窝夹芯yoz面等效剪切模量、蜂窝夹芯等效密度,蜂窝夹芯壁厚。研究结果表明采用经典层结构理论计算得到类方形蜂窝夹层结构的固有频率与数值仿真结果的一致性较好,这进一步证明了采用改进Gibson公式得到的类方形蜂窝夹芯等效弹性参数的正确性,同时证明了将该振动理论运用到一般蜂窝夹层结构研究的可行性,为扩展研究其他类型蜂窝夹层结构振动特性奠定了基础。     

星载抛物面天线热变形敏感性分析

热变形是影响星载天线精度的主要因素,分析影响星载天线在轨热变形因素的敏感性是控制其变形的基础.基于经典薄壳变形理论,采用一种曲线坐标系下的样条壳体单元,研究了不同太阳辐射角度下抛物面天线热变形均方根(RMS)对正交各向热传导系数的敏感性.为确定计算参数对抛物面天线在运行中变形RMS的影响,以运行一周中最大RMS(MRMS)为目标,基于正交试验方法分析了正交各向热传导系数、热膨胀系数、弹性模量和比热容对MRMS的敏感性.结果表明,在其所取水平条件下,热膨胀系数影响最大,热传导系数次之,弹性模量的影响较小,比热容最小.优化获得的参数为星载抛物面天线的复合材料铺层设计提供参考.