铝-碳纤维复合材料复合防护屏设计与实验研究

针对空间碎片防护性能要求,本文设计了一种新型的多层铝-碳纤维复合材料防护屏,本文应用二级轻气炮对铝防护屏、碳纤维环氧复合材料防护屏及铝-碳纤维环氧复合材料防护屏进行了高速撞击实验,对比了三种防护屏的防护性能,研究了厚度和面密度相同时防护屏的防护性能差异。研究结果表明铝-碳环氧复合材料复合防护屏具有更加优异的防护性能。     

基于响应面法的复合材料气瓶含缺陷内胆屈曲可靠性分析

具有初始缺陷的内胆会对复合材料气瓶的服役性能造成严重危害，本文基于响应面法，提出了一种复合材料气瓶含初始缺陷内胆屈曲的可靠性分析方法。建立了铝合金6061内胆的T700/环氧复合材料气瓶的三维有限元模型，实现了复合材料气瓶内胆的收缩屈曲分析。基于响应面方法，构造了复合材料气瓶极限状态方程，并假设结构中的随机变量服从高斯分布，开展了考虑几何尺寸和凹陷尺寸变化的气瓶结构可靠性分析，结果表明，在气瓶内胆加工过程中，直筒段厚度的离散性会严重影响气瓶结构的可靠性；直筒段半径、直筒段长度、封头段半径和封头段厚度在通用加工误差内对气瓶结构的可靠性影响较小；对本文定型气瓶，当内胆表面的凹陷半径超过10 mm,且深度超过2 mm时，气瓶结构的可靠性会严重降低。     

碳纤维复合材料动力电池箱体挤压性能研究

通过有限元方法研究碳纤维复合材料箱体挤压性能,以动力电池系统碳纤维复合材料箱体挤压工况为例,基于LS-DYNA仿真有限元应用,重点阐述了碳纤维复合材料有限元仿真材料及夹芯面板铺层设置方法,分析了不同铺层角度对电池包挤压性能的影响。从最大挤压力、平均挤压力水平、能量吸收、比吸能考察碳纤维复合材料箱体电池包挤压性能指标发现,[0°,60°,0°,60°,0°,60°]铺层综合指标占优。有限元仿真技术在碳纤维复合材料上的应用可以有效地指导动力电池碳纤维复合材料箱体性能开发。     

纤维缠绕复合材料压力容器渐进损伤分析

利用大型有限元软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)建立了纤维缠绕复合材料压力容器的有限元模型,该模型真实地反应了复合材料压力容器封头处纤维缠绕层的厚度以及纤维缠绕角度沿子午线不断变化的情况,即充分体现该压力容器结构的真实性.针对建立的有限元模型,对复合材料压力容器在一定内压下的应变进行了分析,将分析的结果与试验结果比较,验证该模型的准确性.在此基础上进行了复合材料压力容器的渐进损伤分析,获得了复合材料压力容器在外载荷逐渐增加的情况下,复合材料缠绕层逐层失效破坏的详细信息,为复合材料压力容器的设计提供一定的依据.     

双圆盾构隧道管片衬砌的拼装内力分析

讨论双圆盾构隧道（DOT：Double-O-Tube）施工时，管片衬砌拼装内力的有限元计算。包括整个拼装过程的有限元模拟方法，采用三维实体单元模拟隧道管片衬砌在工程中不同工况下的内力变化。结合双圆隧道的工程参数，进行实际问题的计算，为目前双圆隧道管片衬砌内力计算探索出一条计算模式。     

含金属内衬的复合材料缠绕壳结构应力场分析的混合状态Hamilton元半解析法

本文将基于Hellinger-Reissner广义变分原理,提出一种分析复合材料缠绕壳结构应力场分析的混合状态Hamilton元半解析法.该方法在周向面内采用有限元离散;而沿径向对状态方程进行解析求解.在求解过程中,采用了传递矩阵技术,以保证层间位移和应力的连续性,并建立了缠绕结构的内、外表面状态变量之间的关系.为此,不论缠绕结构的层数有多少,最后都归结为求解缠绕结构内、外表面未知量.同常规位移有限元法相比,此方法大大地降低了求解未知量的数目.文中还采用Chang F K提出的复合材料缠绕结构的破坏准则,对一在服役工况下具有金属内衬的复合材料缠绕壳典型结构进行了强度校核.     

长管拖车气瓶支撑结构强度分析及试验研究

以某长管拖车气瓶支撑结构为研究对象,对其承受不同方向惯性力的情况进行了数值模拟,并结合标准进行了应力分类和安全评定。结果表明,支撑结构在承受不同惯性力的情况下均满足强度要求。同时,搭建了模型静力应变的测试装置,获得了模拟部件的试验结果,与有限元分析结果对比,可以得出有限元模拟结果与实验数值较为接近,有限元模拟方法比较合理,能满足工程分析的需要,提高分析效率。     

复合材料层板损伤后刚度衰退的实验研究

对复合材料单向板进行了0°、90°、45°拉伸实验,对铺层为[0°/90°]、[±45°]的层合板进行了拉伸实验,对玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维缠绕的NOL环试样分别进行了短梁剪切实验。实验结果表明:碳纤维/环氧树脂基体复合材料单向板没有明显的非线性行为,而层合板在树脂开裂、面内及层间剪切破坏导致的刚度降低却很明显。层间剪切破坏不仅导致剪切刚度的降低,还会引起弯曲刚度的降低。玻璃纤维、芳纶纤维增强树脂基复合材料在三点弯曲实验过程中体现了较强的抗损伤能力,韧性较好;而碳纤维增强树脂基复合材料抗层间损伤能力较差。本文用标准实验方法,跟踪载荷-变形曲线,得到了用于应力分析的刚度衰减系数。用最大应力准则及实验得到的刚度衰减系数,对直径为1400mm的纤维缠绕壳体进行了变形分析,计算结果与实验值一致性较好。     

也论纤维缠绕层合圆柱壳的优化设计

本文研究了以纤维缠绕层合圆柱壳在轴压下的屈曲载荷及自振基频为目标函数,以各层缠绕角为设计变量的优化设计问题,壳体分析采用的是线性理论,优化程序采用了随机选取法与Powell法相结合的方法。     

复合材料轴对称组合结构非线性大变形有限元分析

本文叙述纤维缠绕的或者各向同性的旋转壳体与回转体构成的组合结构在轴对称大变形状态下的有限元分析方法。给出了在轴对称大变形条件下的八结点等参单元和拟协调双曲壳单元的有限元列式,以及相应的有限元非线性分析程序(DDJ—FZD)。算例结果与已知的实验值和理论值均符合较好。复合材料固体火箭发动机体是一个由纤维缠绕的旋转壳体和金属接头等回转体构件组成的轴对称组合结构。由文献[5]和有关实验资料可知,这一结构通常处在大变形状态下工作,因此对其进行大变形非线性分析是有实际意义的。目前国内对这一课题的研究还不多。本文对这一问题进行了研究,其中考虑大变形影响的有限元列式是在固定座标系中推得的,非线性方程采用载荷增量法与Newton—Raphson迭代法相结合的混合法求解。     

RDX基铝纤维炸药空中爆炸性能

将铝纤维炸药与传统铝粉炸药和RDX炸药进行空中爆炸实验并得到压力时程曲线,经过分析计算得到3种炸药的压力峰值、二次击波、正相持续时间以及冲量。结果表明:铝纤维炸药的压力峰值相对于RDX没有明显提高,但其压力时程曲线衰减速度慢于RDX的,使铝纤维炸药的正相持续时间大于RDX,铝纤维炸药的冲击波冲量相对于RDX的平均提高了18%,与铝粉炸药的相当。铝纤维炸药的二次击波超压幅值与到达时间与铝粉炸药的接近,而铝纤维炸药的二次击波到达时间早于RDX,说明二次击波的超压幅值与到达时间与炸药类型有关。     

Influence of processing parameters on fiber damage and mechanical properties of extruded composite with aluminum matrix and short carbon fibers

Undirectionally oriented short fiber composites have been prepared by hot extrusion from aluminum powder and carbon fiber mixtures. Effects of processing parameters on fiber damage and interfacial reaction have been studied. The quality of interfacial bonding is shown to strong influence the critical fiber length and mechanical properties of short fiber composite.     

球型密闭容器中铝粉爆炸机理的研究

对中心点火球型密闭容器中的铝粉爆炸进行了实验和理论两方面的研究。实验采用２０立升的球。除测量压力外，还通过系踪平均法测试了流场的湍流强度，并利用电子显微镜和Ｘ光衍射仪分析了铝粉及其燃烧后残渣的形状和组分。文中对２０立升和５０立升球型容器中铝粉燃烧的全过程进行了数值模拟。对于可测量的量如压力和压力上升速率，计算结果与实验结果基本相符。基于反应区外质点的熵几乎不变这一事实，对计算获得的参数剖面还进行了理论分析。     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态劈裂拉伸实验

为了探究C/SiC陶瓷基复合材料的动态断裂力学行为和破坏形态,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置对3种不同短切碳纤维体积分数的C/SiC陶瓷基复合材料进行了动态劈裂实验,并利用扫描电子显微镜扫描了C/SiC复合材料试件的破坏界面,分析了C/SiC陶瓷基复合材料的失效特征和增韧机理。实验结果表明:C/SiC复合材料在冲击劈裂实验过程中,同一短切碳纤维体积分数下试件的动态抗拉强度随着冲击气压的增大而增大; 短切碳纤维体积分数为16.0%时, 材料的抗拉强度最低; 冲击后,试件的整体破坏情况与冲击气压、短切碳纤维体积分数有关。     

Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料磨粒磨损行为

利用挤压铸造法制备了Al2O3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料(Al2O3 Cf／ZL109)，考察了该混杂复合材料的磨粒磨损行为．结果表明：就砂纸粒度对复合材料抗磨粒磨损性能的影响而言，存在砂纸粒度的临界区域；Al2O3纤维有利于提高混杂复合材料的抗磨粒磨损性能，而炭纤维不利于提高复合材料的抗磨粒磨损性能，其中(12％Al2O3f 4％Cf)／ZL109混杂复合材料的抗磨粒磨损性能最佳．     

低能量导爆索水下爆炸冲击波特性实验研究

为了获得低能量导爆索水下爆炸冲击波特性,在水下爆炸试验容器中对复合铝纤维爆炸索进行水下爆炸实验。采用PCB压电型传感器测量水中爆炸冲击波压力脉冲,获得了复合铝纤维爆炸索冲击波压力峰值,计算了其冲击波比能和高压区冲击波比能。研究结果表明:复合铝纤维爆炸索冲击波能量的输出主要集中在特征时间内的高压区,占到冲击波比能的84%。通过复合铝纤维爆炸索水下爆炸冲击波特性的研究,为其下一步的推广应用奠定了基础。     

碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用压挤渗透工艺制备了新型碳纤维毡增强铝基复合材料,在MG－2000型高速高温摩擦磨损试验机上考察了其摩擦磨损性质,结果表明：碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损特性明显估于基体合金;复合材料经历由稳定磨损向严重磨损的转化;在稳定磨损阶段,复合材料的磨损表面存在由金属氧化物和碳膜共同构成的复合固体润滑膜,从而有效地改善复合材料的摩擦磨损性能。     

PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用

综合介绍了PVDF压力传感器的测试原理、动态标定实验，并采用定制的PVDF压力传感器测量了不同类型分层介质在冲击载荷作用下的压力衰减，说明了PVDF压力传感器在压力测量中有着很好的前景．     

Numerical simulation and experimental study of solidification of squeeze cast aluminum composites in the presence of cooled fibers

In order to improve the material properties of fiber-reinforced aluminum composites, experimental research has been carried out to create finer matrix microstructures and novel interfaces between aluminum matrix (A2014) and carbon fibers using a modified pressure infiltration technique. In this novel process the ends of the fibers extending outside the mold are cooled by using a variety of heat sinks. Solidification microstructures show that the dendrite arm spacing in between and around the fibers are much finer than in the region where there are no fibers. This suggests the possibility of refining the matrix microstructures by cooling the fibers extending out of the mold. A numerical simulation is also performed to study the solidification process of aluminum matrix by finite volume method. The cooling curves obtained by the simulation are compared with the experimentally measured cooling curves in order to validate the numerical model. It is found that the simulation result closely matches the experimentally obtained data.