基于应力等效方法的层合板刚度退化估算模型

以细观力学的研究结果为基础,运用应力等效的方法,对疲劳载荷作用下非正交层合板基体裂纹损伤和纤维断裂损伤进行分析,计算相应铺层的损伤量,建立起疲劳载荷作用下层合板刚度退化估算模型。运用该模型对[0/±45]s玻璃环氧树脂基复合材料层合板刚度退化进行了预测,与试验结果吻合较好。     

湿热环境对CCF300复合材料层合板的载荷放大系数影响

目的研究湿热环境对CCF300复合材料层合板载荷放大系数的影响。方法以铺层方式为[45°/0°/-45°/90°/0°2/45°/0°-45°/0°]2s的CCF300/5228A复合材料层合板为研究对象,对其进行恒定环境与常幅疲劳载荷的非共同作用实验,采用改进的联合威布尔分布分析复合材料的疲劳寿命分散性,并运用MATLAB软件编写程序,分别计算得到其部件的载荷放大系数。结果在研究范围内,随着试验环境中温湿度的增加,复合材料的形状参数单调递减,而载荷放大系数单调递增。结论载荷放大效果并不明显,不能很好地加速该复合材料层合板的疲劳寿命试验,说明湿热环境导致复合材料力学性能下降,但反映到载荷放大系数的影响不大。     

温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响研究

目的 研究室温和低温下编织复合材料层合厚板的冲击性能。方法 通过开展低速冲击试验和冲击后的压缩试验,对冲击响应曲线、冲击损伤容貌、压缩失效模式和剩余压缩强度进行分析,探讨冲击时的环境温度对编织复合材料层合厚板冲击性能的影响。结果 冲击后的编织复合材料层合厚板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式,压缩失效模式主要表现为横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。结论 低温环境增强基体强度,降低了复合材料的冲击损伤程度,从而提高编织复合材料结构的剩余压缩强度。     

腐蚀损伤结构复合材料修补构型优选试验研究

设计了模拟含腐蚀损伤和机械损伤的铝合金结构复合材料修补试验件,开展了各种修补构型预腐蚀的静拉伸试验.通过对比分析,获得了腐蚀环境下最佳复合材料修补构型设计,为严酷腐蚀环境与载荷环境下海军飞机金属结构腐蚀损伤和机械损伤的复合材料修补设计提供了指导.     

界面层对纤维增韧陶瓷基复合材料力学性能影响的研究进展

以短切碳纤维增韧陶瓷基复合材料、连续碳纤维增韧陶瓷基复合材料、碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料为对象,综述了近年来关于界面层对FTCMCs破坏模式影响的实验研究工作。从微观力学模型建立、多尺度损伤分析两方面总结归纳了考虑界面层的FTCMCs力学性能模拟分析方法,提出建立切合实际的物理模型以及开发更先进的多尺度分析方法,是解决复杂服役环境下FTCMCs性能表征难题的有效途径。通过多场耦合多尺度建模分析方法来表征和优化FTCMCs的复杂服役环境下性能,系统揭示界面层等微观结构与宏观复合材料性能的对应关系,进而指导工艺设计,均是未来纤维增韧陶瓷基复合材料界面层的重点研究方向。     

氧氟沙星对锦鲤抗氧化系统和DNA损伤的影响

由于抗生素对人体健康和生态环境潜在的威胁,其大量使用已引起人们广泛关注。该研究通过毒性暴露试验,研究了氟喹诺酮类抗生素氧氟沙星(OFLX)对锦鲤抗氧化酶活性和DNA损伤的影响。结果表明,随着暴露浓度和时间的增加,OFLX对锦鲤鱼肝SOD活性、MDA和GST含量呈现显著的诱导效应。当OFLX浓度200 mg/L,暴露13 d时,锦鲤肝脏各项抗氧化酶活性指标均出现显著降低,表明OFLX对锦鲤的抗氧化系统的累积毒性超出了鱼体的自身调节能力,导致鱼体的抗氧化系统的损伤。鱼鳃组蛋白H2AX(γ-H2AX)磷酸化结果表明,OFLX可造成鱼体DNA损伤,诱导鱼鳃γ-H2AX产生和簇集,且呈现明显的剂量-效应关系。OFLX浓度200 mg/L,暴露4 d时鱼鳃γ-H2AX浓度达到最大值(110.49 ng/L)。随着暴露时间继续增加,各浓度组γ-H2AX含量均有所下降,表明OFLX可能导致造成DNA双链的断裂,导致γ-H2AX浓度下降。该结果为评估OFLX对锦鲤的抗氧化系统和DNA毒性影响提供了较为可靠的依据。     

空间环境下碳纤维/双马树脂基复合材料的性能演化及损伤机理

目的基于碳纤维/双马树脂基(CF/BMI)复合材料在航天结构材料中广泛的应用前景,研究其性能演化及损伤机理,为评估与预测其在空间环境下的服役性能及寿命提供理论依据。方法利用地面试验装置模拟不同的空间环境因素包括真空热循环、质子辐照和电子辐照,利用动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、热膨胀分析、原子力显微镜(AFM)和力学性能测试等手段系统地研究CF/BMI复合材料在空间环境下的性能变化及损伤行为。结果真空热循环能够引发复合材料产生脱气行为与界面脱粘效应,使其横向拉伸强度退化,弯曲强度和层间剪切强度受到热循环初期固化交联作用的影响,呈现先升高后降低的变化趋势。质子辐照导致材料表面层化学键断裂及碳化,使力学性能及热性能受到一定程度的损伤。电子辐照能够引发辐照交联和辐照降解作用,在较高束流量辐照下降解作用占据主导地位成为复合材料力、热性能退化的决定性因素。结论预期研究成果为CF/BMI复合材料在空间环境下的服役性能及寿命的评估与预测提供了必要的理论依据。     

典型复合材料加筋壁板落锤/冰雹冲击损伤仿真分析研究

目的研究复合材料层压板落锤和冰雹离散源冲击损伤特性。方法对于落锤和冰雹,分别以刚体模型和弹塑性模型,构建本构模型。对于加筋板,基于Cohesive内聚力界面单元的B-K失效准则,对复合材料层间分层破坏进行数值模拟。通过对多材质冲头、不同冲击能量、不同冲击角度下其响应及损伤扩展特性开展研究,并对比复合材料层压板落锤冲击及冰雹离散源冲击试验数据,对数值计算方法进行对比验证。结果在机体相同部位的落锤、冰雹能量截止值冲击下,落锤低速冲击的损伤响应要大于冰雹离散源冲击。同时,冰雹冲击能量越大,冲击角度越接近于90°,其损伤响应也越大。结论落锤和冰雹离散源冲击仿真方法在损伤响应及扩展的预测与试验结果接近,可以为复合材料冲击损伤引入及抗冲击性能研究提供基础。     

高温下复合材料螺栓接头强度的试验研究

目的研究高温环境对树脂基复合材料螺栓连接接头的强度和破坏模式的影响规律。方法以T300/BMP316复合材料为研究对象,在室温~310℃范围内对不同宽孔比的螺栓连接接头开展拉伸试验研究。结果获得了不同宽孔比、不同温度环境下树脂基复合材料螺栓连接接头强度和破坏模式的变化规律。结论不同宽孔比螺栓接头试件的载荷-位移曲线既具有共性特征,又具有明显的差异。宽孔比对复合材料螺栓接头的拉伸强度和破坏模式均具有明显的影响,在相同温度下,接头的拉伸强度随着宽孔比的增大而下降,其破坏模式将由拉伸-挤压破坏逐步向剪切-挤压破坏转变,宽孔比越大,拉伸破坏模式占的比重越小,而剪切破坏占的比重越大。试验温度虽然没有改变同一宽孔比复合材料螺栓接头的破坏模式,但对其拉伸强度影响明显,相同宽孔比下复合材料螺栓接头静载强度随着温度的升高而降低,这是由于随着温度的升高,树脂基体的性能下降明显,使得接头中更易出现拉伸破坏和挤压破坏等,进而大大降低了复合材料螺栓接头的强度。     

颗粒冲蚀对注射法制备C/C-ZrC-SiC复合材料 抗烧蚀性能的影响研究

目的采用ZrC和SiC复相陶瓷对C/C复合材料进行改性,研究改性后的复合材料受到颗粒冲蚀破坏的烧蚀行为。方法采用注射法将ZrC和SiC复相陶瓷前驱体引入到等温化学气相渗透法(ICVI)制备的低密度C/C复合材料中,再通过高温热处理、ICVI的方法制备出ZrC和SiC复相陶瓷改性的C/C(C/C-ZrC-SiC)复合材料,随后对制备的复合材料进行高速颗粒冲击实验破坏,并对破坏后的试样进行氧乙炔火焰烧蚀,研究其烧蚀行为。结果改性后的复合材料线冲蚀率和质量冲蚀率分别为253.1μm/s和79.8 mg/s,相较于同孔隙率的C/C复合材料分别降低了49.2%和61%。颗粒冲蚀破坏后C/C-ZrC-SiC复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.26μm/s和1.44 mg/s,相比于同孔隙率的C/C复合材料,分别降低了37%和39%。结论由于引入的ZrC和SiC陶瓷相的硬度大于碳基体,C/C-ZrC-SiC复合材料在受到高速颗粒的冲击时,能通过硬质陶瓷相起到抗冲击作用,使得改性后的复合材料抗冲蚀性能大幅度提高。受到颗粒冲蚀破坏后的C/C-ZrC-SiC复合材料内部仍存在超高温陶瓷相,烧蚀过程中能够形成ZrO2骨架结构和SiO2球形颗粒,进而有效保护碳纤维和热解碳基体。     

民用飞机机体连接结构动刚度计算分析及试验验证

目的通过分析和试验得到民用飞机机体连接结构动刚度。方法通过理论分析,得到动刚度的推导公式,并运用有限元分析软件进行频响分析,进而得到连接结构动刚度。运用锤击法得到动刚度试验数据,并进行试验验证。结果试验结果受信号衰减的影响,低频范围内较难得到静刚度结果,但可以通过分析模型得到。试验刚度结果开始波动较大,但在高频范围趋于稳定,最终稳定在分析刚度值左右。当动刚度分析结果受频率影响变化不大时,可以采用动刚度分析均值来作为不同频率下的刚度值。结论通过频响分析得到民用飞机某种结构的动刚度变化曲线,并通过动刚度试验进行了试验验证,分析对比结果表明,有限元分析可以较为准确地得到机体支持结构动刚度,并用于工程实际。     

高强预腐蚀铝合金单轴拉-拉疲劳断口定量分析

目的通过断口定量分析获得7A09铝合金的疲劳裂纹扩展规律,为7A09铝合金结构的寿命评估提供依据。方法使用EXCO溶液对试验件进行预腐蚀,利用疲劳拉伸机进行疲劳加载直至断裂,使用扫描电镜对疲劳断口进行定量化分析。结果疲劳裂纹在试件的腐蚀坑处萌生,从自由界面附近向纵深发展导致试件的断裂。通过断口分析和Paris公式确定了裂纹的萌生寿命和扩展寿命。结论腐蚀之后的试件裂纹萌生寿命占总寿命的比例下降,当裂纹扩展程度较大之后,受腐蚀影响减轻,得出裂纹扩展速率和应力强度因子的关系。     

材料疲劳裂纹门槛值测定方法研究

目的研究快速简便的金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定方法。方法利用原位观察技术,通过对裂纹扩展的精确捕捉获得材料裂纹扩展门槛值。结果利用原位技术测量获得的LY12CZ铝合金材料疲劳裂纹门槛值与Bucci采用升降法获得的门槛值数据相近,并且测量简便。结论利用扫描电镜原位技术可以快速获得裂纹扩展门槛值,是一项具有工程应用前景的裂纹扩展门槛值测量手段。     

具有零频特性的隔振器设计与减振性能研究

目的 开展零刚度隔振器的结构设计与减振性能试验验证.方法 现有隔振器在超低频下很难具备良好的隔振特性和较宽的隔振频率.在准零刚度技术的基础上,通过仿真计算和试验分析相结合的方法对零刚度隔振器进行了深入研究.结果 首先,建立了零刚度隔振器的物理模型,对其进行了静力学计算,分析了系统的刚度特性,给出了系统的零刚度条件,从而完成了隔振器的结构设计.然后,通过Adams仿真软件对隔振器进行了动力学分析,得出了其在超低频振动环境下具有较好的隔振效果.最后,对零刚度隔振开展了静力压缩试验、正弦振动试验以及随机振动试验,通过试验验证了隔振器的零刚度特性和优良的隔振性能.结论 实现了零刚度隔振器的结构设计,且该隔振器在0.2～2000 Hz范围内都处于减振状态,传递率未出现大于1的情况.     

飞机结构单机寿命监控的几个关键问题的研究

飞机结构的使用寿命取决于使用方法,实施单机寿命监控能够有效地体现出这种差异性.基于飞行参数监控的思想,综合考虑了计算精度和计算效率,对不同采样率和不同滤波门槛值的影响进行了分析,确定了适用的采样率和门槛值;综合分析了不同情况下外挂质量对损伤计算结果的影响,为飞机结构实施单机寿命监控提供了技术保障.     

基于局部腐蚀损伤的铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展模型

目的建立铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展模型。方法采用表征局部环境腐蚀损伤影响程度的参数孔蚀率对腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行修正。结果修正后的腐蚀铝合金试件的疲劳裂纹扩展速率与试验结果吻合程度良好。结论修正后的铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型合理有效,试验数据和预测模型可为海军飞机结构的损伤容限设计提供参考。     

基于损伤检测的腐蚀疲劳寿命预测概率模型

建立了飞机结构腐蚀疲劳寿命预测的4阶段概率模型,结合腐蚀疲劳损伤检测结果,通过检测的灵敏度和准确度2个随机变量来描述检测技术的可靠性;建立了检测后的修正腐蚀疲劳寿命预测概率模型,通过对比分析修正前后的腐蚀疲劳寿命分布,得出腐蚀损伤尺寸的检测结果。对腐蚀疲劳寿命的评估影响很大,并且检测技术越可靠,寿命评估越准确。     

基于损伤等效的振动疲劳试验载荷转换

目的使用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验。方法利用有限元仿真计算某典型铝合金试验件在简谐激励和随机平直谱激励下的疲劳寿命,分析2种工况下试验件寿命相等时激励的等效关系。进行一组定频激励试验和一组谱激励试验,对比试验结果,验证在某典型铝合金试验件上利用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验的可行性。结果通过试验与仿真技术,对2024-T4铝合金试验件在一定频率非共振简谐激励和随机平直谱激励作用下的振动疲劳寿命规律进行研究,得出了不同激励作用下试验件寿命相同时载荷的等效关系。结论基于损伤等效,工程中可以使用简谐激励代替随机平直谱激励进行振动疲劳试验,从而解决了一类振动疲劳试验加载困难的问题,实现振动疲劳的试验加速。     

铝合金高温低周疲劳裂纹扩展可靠性评估

通过对不同温度下6151-T6合金的研究,获得了一种基于可靠性理论的裂纹扩展速率表达式,为预测6151-T6铝合金构件的安全寿命提供依据。该表达式表明,在高温条件下,6151-T6铝合金疲劳裂纹扩展存在门槛值,而且该门槛值会随着环境温度的升高而降低。