复合材料固化过程中温度及应变场分布的解析解

针对复合材料层合板结构件的制造工艺过程,建立简化的一维层合板结构件的瞬态热传导方程;基于典型的固化工艺曲线,推导出复合材料层合板结构件固化过程中的温度场分布函数,并建立固化过程中的过余温度和Biot数以及Fourier数的关系;绘制出层合板结构件厚度方向在典型固化工艺方案下中心线上温度场分布的Heisler图,然后基于温度场分布计算出层合板结构件在固化过程中导致的内部应变场分布,研究表明,对于升(降)阶段,中心温度和边界温度相差不大;对于保温阶段,结构件内部温度出现显著的峰值。     

T700/5429复合材料热成型工艺过程研究

为完成树脂基复合材料固化成型工艺过程研究,提出了基于傅里叶热传导定律和基体热动力学特性的复合材料固化过程热?化学模型,完成了复合材料成型过程中热压罐及复合材料层合板内部瞬态温度场的模拟分析,评估了温度场分布情况对复合材料成型精度和固化变形的影响规律.研究结果表明厚度是影响复合材料内部温度场分布的重要结构参数,T700/...     

辐射剂量分布对低能电子束分层固化复合材料层间剪切强度的影响

为了进一步降低电子束固化复合材料制造成本,研究了预浸带双面辐射分层固化复合材料的最小电子束能量值,以及双面辐射剂量分布对复合材料层间剪切强度的影响。试验验结果表明,125keV低能电子束双面辐射可以获得较好的穿透性,并且辐射固化比较均匀,是能够实现复合材料分层制造的最小电子束能量值。相对于双面等剂量辐射固化复合材料层合板的层间剪切强度(ILSS)的61.7MPa,双面不等剂量辐射固化复合材料层合板的ILSS达到66.3MPa,提高幅度为7.5%。光学显微镜及SEM分析与DSC测试结果表明,辐射剂量分布导致的层间键合树脂基体活性官能团数量,是造成双面等剂量与双面不等剂量辐射复合材料层合板ILSS产生较大差异的主要原因。     

具有金属内衬缠绕压力容器成型全过程应力场分析

基于具有金属内衬复合材料缠绕容器缠绕、固化和预超压3个制造工艺过程的特点,提出一种温度参数当量法模型和虚实单元分析策略,以模拟在缠绕预张力工艺中的力学行为．根据固化反应动力学理论和热传导理论,对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中瞬态温度、固化度和热应力场分布及其变化规律进行了数值分析．采用经典塑性理论为基础的非线性有限元方法,预测了预超压工艺后容器复合材料缠绕层和金属内衬内残余应力场的分布．以一典型的具有金属内衬复合材料纤维缠绕压力容器为例,讨论了在3个工艺过程中工艺参数对容器内应力场分布的影响．结果表明：适合的工艺参数能够提高压力容器的承载能力．     

树脂基复合材料帽形结构固化温度场数值模拟

针对树脂基复合材料固化过程温度场分布难以有效表征问题,以帽形结构为例,采用有限元数值模拟方法对其固化过程温度场进行了仿真分析.结果表明:(1)固化工艺温度越高,树脂放热量越大,且相应固化度越大;(2)提高固化工艺温度有利于加快固化交联反应的进程,并通过数学拟合的方法,获得了固化反应速率与温度的关系曲线.     

内部分层对复合材料层合板承载能力的影响

根据含分层损伤复合材料的高阶有限元模型,分析了内部分层对复合材料层合结构的影响。分析表明,内部分层将引起层合板应力分布变化,应力值提高,由此将导致复合材料层合结构承载能力的显著下降。     

先进树脂基复合材料微波固化过程数值模拟

在深入分析玻璃纤维/环氧树脂复合材料微波固化过程的基础上，结合电磁学、传热学及固化动力学理论，建立了一个含有2项内热源的电磁场 温度场 固化度场耦合模型，基于该多物理场耦合模型，对玻璃纤维/环氧树脂复合材料NOL环的微波固化过程进行了仿真模拟，将仿真结果与传统热固化过程进行了对比研究， 得到结论为：微波固化方式较传统热固化方式缩短了复合材料达到既定固化温度的时间，降低了复合材料NOL环内部的固化度分布梯度，有效改善了固化均匀性。复合材料微波固化过程数值模拟的实现，为微波固化技术的研究提供了一种可行的方法途径。     

用渐近变分法对复合材料层合板简化数值建模及仿真

为有效分析三维复合材料层合板非线性、单向耦合弹性问题,基于渐近变分方法构建单斜对称的复合材料层合板的简化模型。推导了基于旋转张量分解概念的复合材料层合板能量表达式;利用渐近变分法将三维层合板严格拆分为二维板分析和沿法线方向的一维非线性分析;进行了降维后近似能量推导及reissner形式转换;提供了三维场重构关系以得到沿厚度方向的准确应力分布。通过对一具有四层复合层合板的柱形弯曲算例表明:基于该理论和重构过程开发的渐近变分程序VAPAS重构生成的三维应力场精确性较古典层合理论更好,与三维有限元精确解相一致。     

基于层合叠加理论的CFRP多向层合板铣削力建模

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)多向层合板设计中常用的典型纤维铺层方向,实验研究CFRP单向层合板的铣削力随纤维方向角及加工参数的变化规律,使用BP神经网络,获取不同加工参数下的CFRP 4种典型铺层方向单向层合板铣削力数据;基于BP神经网络结果数据和切削力层合叠加理论,建立CFRP多向层合板铣削力预测模型。研究结果表明:纤维方向角是影响铣削力的最主要的因素,该CFRP多向层合板铣削力预测模型精度可以达到85%以上。     

复合材料层合板稳态和瞬态温度分布

用有限元法分析了各种温度边界条件下复合材料层合板稳态和瞬态温度分布。假 定组成层合板的各铺层均为横观各向同性体，但铺设方向可以是任意的。对八节点等 参元提出了一种新的热容阵集中形式，有效地提高了瞬态温度场的计算精度。以算例 讨论了铺设角和铺设顺序对稳态和瞬态温度分布的影响，并着重论述了层合板热传导 规律。     

Intelligent Molding Proceeding of Composites and Intelligent Manufacturing Systems for Composite Materials

The technology of Intelligent cure operation is set forth according to developing tedency of smart material and structure. Intelligent-sy s tem-based tool was developed in order to operate the autoclave cure of a fiber r einforced thermosetting matrix composite laminate in an optimal manner.The objec tive function is comforts for minimizing the total cure time,uniforming the tem perature distribution,controling exothermal and minimizing the process-induced r esidual stresses in the laminate.Data is analyzed on-line to determine the t r ends in real-time. The results from application of this overall strategy for the curing of composites are presented.     

复合材料层合板塑性区尺寸因子的研究

After the expression of stress field near the tip of a crack of the k-thlaminated plate of the composite laminate is substituted into Tsai-Hill Criterion,a formula of evaluating the plastic zone size factor near the tip of a crack of, the k-th laminated plate of the composite laminate is obtained in this paper. Hence, its plastic zone size can be determined,which makes it possible to apply Fracture Mechanics Criterion to the composite laminate.     

Two Sorts of Fiber Optic Sensor Monitoring the Cure Process of Composite Laminate

Two new sorts of fiber optic sensor are designed.Firstly, the variation of refractive index of resin surrounding the embedded fiber optic was mean to observed by measuring the speckle spatial spectrum at the end-face of the fiber optic.Secondly, it is proposed to measuring the change of thickness of the laminate by using fiber optic microbend attenuation.The experiment results measured by the fiber optic sensors are given.The first sort of sensor was found to be able to detect the viscosity process of the resin matrix during cure process includeing the minimum point of viscosity, the gelation point and the end point of cure process; the second sort of sensor could detect the course of change of the thickness of composite laminate pressed by operation pressure.It is benefit for us to optimize the operation technology and to establish the intelligent monitoring system about curing process of composites for the reason that the viscosity process and the change course of the thickness of laminate can be monitored.     

Two Sorts of Fiber Optic Sensor Monitoring the Cure Process of Composite Laminate

Two new sorts of fiber optic sensor are designed.Firstly, the variation of refractive index of resin surrounding the embedded fiber optic was mean to observed by measuring the speckle spatial spectrum at the end-face of the fiber optic.Secondly, it is proposed to measuring the change of thickness of the laminate by using fiber optic microbend attenuation.The experiment results measured by the fiber optic sensors are given.The first sort of sensor was found to be able to detect the viscosity process of the resin matrix during cure process includeing the minimum point of viscosity, the gelation point and the end point of cure process; the second sort of sensor could detect the course of change of the thickness of composite laminate pressed by operation pressure.It is benefit for us to optimize the operation technology and to establish the intelligent monitoring system about curing process of composites for the reason that the viscosity process and the change course of the thickness of laminate can be monitored.     

复合材料粘接结构弱粘接试件的制备方法

针对复合材料粘接结构强度弱化检测方法研究中的弱粘接试件制备问题,通过改变胶层的固化温度来制备试件。首先制备了铝—铝粘接试件,剪切强度拉伸实验表明:其剪切强度随固化温度的降低而减小。在相同胶粘剂、固化温度条件下,制作了复合材料—橡胶粘接试件,剥离强度拉伸实验表明:其剥离强度随固化温度的降低而降低。研究表明,铝—铝粘接试件的剪切强度随温度变化规律可作为复合材料粘接试件制备工艺的参考指导,通过改变固化温度可以实现对复合材料粘接结构弱粘接试件的制备。     

复合材料层合板的分层屈曲

采用Ｗｉｎｔｃｏｍｂ薄膜分层屈曲模型,根据Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法建立了考虑温度效应时复合材料层合板分层屈曲的稳定特征方程,计算阳出了均匀温度场中对称铺设层合板椭圆形分层屈曲的临界压缩载荷及屈曲临界温升。     

高超声速飞行器结构热气动弹性优化设计

基于高超声速飞行器X-43外形尺寸,构建含有隔热层的全机结构有限元模型。根据分层求解思路,考虑了气动热载荷作用下结构温度的稳态特性,忽略气动热对气动力和结构弹性力的弱耦合效应。使用三阶活塞理论对其进行频域内气动力计算,采用参考焓法求得模型表面的热流密度,进而计算出经过隔热层作用后,蒙皮表面的温度分布以及相应的热应力;在对结构的刚度矩阵进行修正后,采用p-k法迭代求解其临界颤振速度。以复合材料铺层角度和铺层顺序为设计变量,在全机结构、重量保持不变的情况下,对其进行以临界颤振速度为优化目标的气动弹性优化设计,使结构的颤振特性有了较大的改善。     

固化工艺对纤维缠绕炭纤维增强复合材料力学性能的影响

以NOL环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的固化制度进行正交试验设计,研究了固化工艺对纤维缠绕炭纤维增强复合材料力学性能的影响。对试验结果进行了极差分析和方差分析,结果表明,通过正交试验设计方法研究固化工艺对复合材料性能的影响,可以大大减少试验次数;后固化温度下的保温时间对试件力学性能影响最大;目前采用的固化制度不是最优组合,需要进一步寻求最优组合。     

基于三维应变渐进损伤准则的复合材料层合板大开孔压缩损伤研究

针对复合材料层合板大开孔压缩,将二维应变渐进损伤准则修正为三维应变渐进准则,使其能够模拟层合板的分层损伤,建立了复合材料层合板大开孔压缩损伤分析模型。利用UMAT子程序将基于三维应变渐进损伤准则引入到分析模型中预测纤维、基体及分层等失效演化过程;并对大开孔复合材料层合板进行试验研究。试验结果表明所建立的基于三维应变渐进损伤准则的层合板大开孔分析模型能很好地模拟大开口复合材料层合板压缩过程中的损伤起始、损伤扩展及破坏模式;并最终预测复合材料层合板大开孔的破坏强度。