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剪切载荷下温度和应变率对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料强化行为的影响

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复合材料学报 2021年第8期38卷 2578-2585页

作者：姚晨熙齐振超陈文亮张晨群南京航空航天大学机电学院南京211106

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)是一种高性能热塑性复合材料,在航空航天领域有着广阔的应用前景。由于PEEK具有温度和应变率相关的非线性行为,导致CF/PEEK复合材料在基体主导的面内剪切方向也有类似的力学行为。本文在不同的温度和应变率... 详细信息

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)是一种高性能热塑性复合材料,在航空航天领域有着广阔的应用前景。由于PEEK具有温度和应变率相关的非线性行为,导致CF/PEEK复合材料在基体主导的面内剪切方向也有类似的力学行为。本文在不同的温度和应变率下对CF/PEEK复合材料试件进行了剪切实验,将应力-应变曲线分为线性与非线性部分,发现温度和应变率对CF/PEEK复合材料的屈服应力有着较大的影响。随着温度从20℃升高到130℃屈服应力下降了66%左右,下降速度先快后慢,随着应变率从10^(-5) s^(-1)提高到0.1 s^(-1)屈服应力均匀增大了35%左右。将所得规律拟合背应力经验公式,修改了经典的热塑性复合材料本构模型的屈服函数。并编写VUMAT用户子程序对CF/PEEK复合材料剪切实验进行数值分析,与实验结果对比发现非线性阶段的剪切应力-应变关系及屈服点的剪切应力吻合良好,但是由于纤维和PEEK基体的浸润性较差,导致CF/PEEK复合材料内部存在孔隙缺陷,影响了CF/PEEK复合材料的初始剪切弹性行为,导致加载初始阶段存在偏差。

关键词： CF/PEEK 非线性行为强化行为温度应变率

Ti45Nb铆钉脉冲电流辅助压铆成形性能分析

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中国机械工程 2021年第23期32卷 2832-2839,2849页

作者：齐振超肖叶鑫王星星陈文亮南京航空航天大学机电学院南京210016 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

为改善Ti45Nb铆钉紧固飞机碳纤维增强复合材料(CFRP)结构时的连接性能,拓宽普通铆钉的适用紧固范围,降低铆接成本,提高连接强度,引入了脉冲电流来辅助压铆。设计了电流前处理辅助铆接试验和同步电流处理辅助铆接试验,围绕两种新工艺及... 详细信息

为改善Ti45Nb铆钉紧固飞机碳纤维增强复合材料(CFRP)结构时的连接性能,拓宽普通铆钉的适用紧固范围,降低铆接成本,提高连接强度,引入了脉冲电流来辅助压铆。设计了电流前处理辅助铆接试验和同步电流处理辅助铆接试验,围绕两种新工艺及其与常规铆接工艺之间的紧固质量与特性展开了对比研究。测试了不同工艺下铆钉截面的典型硬度,对比观测了铆钉不同区域的微观金相与组织成分,分析了电流导致微观组织差异及元素成分区别的原因,最后评估了不同接头的拉伸强度与破坏行为,测试结果验证了电流辅助铆接工艺的有效性与可行性。

关键词：铆接电流辅助钛合金拉伸性能微观金相

基于三维多相有限元的CFRP细观切削机理研究

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机械工程学报 2016年第15期52卷 170-176页

作者：齐振超刘书暖程晖孟庆勋李原西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072 西北工业大学机电学院西安710072

为深入揭示碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)切削机理,针对目前宏观单相有限元方法无法直观体现纤维和基体的失效形式、切屑类型等问题,借助数值仿真方法建立了CFRP直角切削的三维多相有限元模... 详细信息

为深入揭示碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)切削机理,针对目前宏观单相有限元方法无法直观体现纤维和基体的失效形式、切屑类型等问题,借助数值仿真方法建立了CFRP直角切削的三维多相有限元模型。测量刀具刀尖形貌,根据刀具和CFRP设计数据提取CFRP纤维、基体细观几何信息,建立直角切削细观几何模型;基于定义材料本构用户子程序(User subroutine to define material behavior,VUMAT)分别定义纤维和基体的材料本构(弹塑性、失效准则、损伤演化方式),对不同纤维方向角的三维多相CFRP直角切削模型进行仿真分析;设计直角切削试验对仿真结果进行对比验证。仿真结果直观地展示了基体和纤维的失效形式、切屑形成过程、不同情况下切削亚表面损伤深度,通过各种情况下切削力数据的分析,揭示了切削力随纤维方向角的变化规律,并通过试验验证了该有限元建模仿真方法的有效性。

关键词： CFRP 直角切削三维多相有限元切削机理

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多尺度视野下FRC钻削有限元仿真研究进展

工具技术 2017年第12期51卷 7-13页

作者：齐振超刘勇高乾坤南京航空航天大学库卡柔性系统(上海)有限公司

钻削加工是航空航天领域纤维增强复合材料结构装配过程中的重要工艺,有限元仿真是FRC深入理解钻削机理、提高加工质量的有效途径。FRC材料和钻削行为都具有明显的多尺度特征,本文在多尺度视野下对钻削有限元仿真研究进行了梳理和总结。... 详细信息

钻削加工是航空航天领域纤维增强复合材料结构装配过程中的重要工艺,有限元仿真是FRC深入理解钻削机理、提高加工质量的有效途径。FRC材料和钻削行为都具有明显的多尺度特征,本文在多尺度视野下对钻削有限元仿真研究进行了梳理和总结。首先,分析了FRC钻削的多尺度特征,总结出钻削中的损伤及其成因,并指出细观层面正交切削对宏观层面钻削仿真的重要意义。其次,介绍了细观切削仿真的发展过程和重要成果,指出了发展规律与趋势,并梳理了宏观钻削仿真方面国内外学者取得的重要成果。最后,针对钻削仿真瓶颈问题,基于多尺度理念提出跨尺度FRC钻削有限元仿真的构想,并整理了FRC损伤多尺度分析的相关成果,明确了跨尺度FRC钻削有限元仿真的必要性和可行性。

关键词：有限元仿真纤维增强复合材料钻削多尺度

CFRP电流辅助铆接的连接域热响应建模与验证

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航空学报 2021年第10期42卷 374-387页

作者：齐振超肖叶鑫张子亲王星星陈文亮南京航空航天大学机电学院南京210016

钛合金铆钉变形时易不均匀、易开裂,在碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铆接过程中引入脉冲电流作用,软化铆钉并改善其塑性。研究了连接域内的热响应机制与温度场分布,基于能量守恒、焦耳热定律、热传导定律构建了静态焦耳热模型表征稳... 详细信息

钛合金铆钉变形时易不均匀、易开裂,在碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铆接过程中引入脉冲电流作用,软化铆钉并改善其塑性。研究了连接域内的热响应机制与温度场分布,基于能量守恒、焦耳热定律、热传导定律构建了静态焦耳热模型表征稳态换热铆接工况下的CFRP温度,考虑铆接过程电流波动、温度分布不均和热区域分散性建立了动态温度场模型预测铆接过程温升。结果表明:CFRP孔周一定辐射半径范围处温度与钉中心温度线性相关,模型准确模拟出了40s内的过程温度。静态模型在11%误差以内精准预测了中心饱和温度,动态模型模拟的温升趋势与实测温度值吻合较好。热量传递的滞后性使得动态模型对快速温升时的温度预测存在误差,该误差随电流密度变大而增加,最大达17.15%。接头损伤评估表明过程温度控制在150℃内时可获得质量合格的铆接接头。

关键词：铆接电流辅助热响应建模碳纤维增强复合材料(CFRP)

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制孔偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响

现代制造工程 2022年第11期 97-102页

作者：孙家豪齐振超陈文亮南京航空航天大学机电学院南京210000

航空产品在手工制孔或移动式机器人制孔过程中易出现孔径超差、孔倾斜等问题,为结构件的使用留下安全隐患。以2A12-T4航空用铝合金为研究对象,通过开展静拉伸试验、疲劳试验,研究了孔径偏差、垂直度偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响... 详细信息

航空产品在手工制孔或移动式机器人制孔过程中易出现孔径超差、孔倾斜等问题,为结构件的使用留下安全隐患。以2A12-T4航空用铝合金为研究对象,通过开展静拉伸试验、疲劳试验,研究了孔径偏差、垂直度偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响。研究发现:铝合金单钉双剪连接结构的静拉伸失效以劈裂破坏为主,疲劳失效均为横截面断裂失效;垂直度偏差、孔径偏差对连接件静拉伸强度的影响较小,对静拉伸强度的折损均在10%以内;垂直度偏差、孔径偏差对连接件疲劳性能造成显著影响,其中垂直度偏差为4°、疲劳载荷为70%最大静拉伸力时的影响最大,会使疲劳寿命降低73.60%;制孔偏差对疲劳失效过程的影响主要表现在影响疲劳裂纹的萌生区域、扩展方向与扩展速度等。

关键词： 2A12-T4铝合金单钉双剪连接静拉伸强度疲劳性能

智慧教育理念驱动的“新工科”专业课程教学模式探索与实践

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工业和信息化教育 2021年第1期 20-27页

作者：齐振超田威王珉南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

基于“新工科”专业课程特点,分析新时代背景下的人才素质需求,以智慧教育理念为驱动,将移动互联网终端、智慧教学工具、虚拟现实技术等新兴技术应用到课程教学中,探索教学模式、教学方法、教学资源、师生关系、考核方式等发生的改变。... 详细信息

基于“新工科”专业课程特点,分析新时代背景下的人才素质需求,以智慧教育理念为驱动,将移动互联网终端、智慧教学工具、虚拟现实技术等新兴技术应用到课程教学中,探索教学模式、教学方法、教学资源、师生关系、考核方式等发生的改变。打通科研、教学、实操实验、虚拟实验之间的壁垒,形成有专业特色的培养模式,解决传统课程教学中出现的教学内容与智能制造新发展相脱节、教学和科研相脱节、教学手段与“互联网+”时代新技术相脱节、课堂教学和实验教学相脱节的问题。

关键词：智慧教育 “新工科”专业虚拟现实教学模式

钻削热历史对CF/PEEK材料性能影响规律研究

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航空制造技术 2024年第7期67卷 139-145页

作者：史建猛邱建平李丰辰齐振超张斌中航西安飞机工业集团股份有限公司西安710089 南京航空航天大学南京210016

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)是一种高性能的热塑性复合材料,在航空制造业有着广阔的应用前景。此材料在制孔及降温过程中,孔周在不同轴-径向位置存在显著的热历史差异,而降温过程与热塑性树脂再结晶过程密切相关。为进一步明确钻削热... 详细信息

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)是一种高性能的热塑性复合材料,在航空制造业有着广阔的应用前景。此材料在制孔及降温过程中,孔周在不同轴-径向位置存在显著的热历史差异,而降温过程与热塑性树脂再结晶过程密切相关。为进一步明确钻削热对孔周性能带来的影响,本文开展钻削热对碳纤维/PEEK(CF/PEEK)树脂性能影响规律研究。首先模拟孔周热历史对PEEK样件进行预处理后测定材料力学参数;其次引入纤维参数,推导出CF/PEEK的材料力学参数并测定结晶度;最后建立降温速率与材料性能的关联关系,阐明了钻削热对CF/PEEK力学性能的影响。发现随着降温速率降低,较低的冷却速率对树脂性能有增益影响,PEEK基体结晶度会升高,拉伸强度增大,而在快速冷却下材料的拉伸强度及弹性模量最低,分别为65.32 MPa和3.3 GPa。

关键词：碳纤维复合材料热塑性热影响力学性能结晶度

“互联网+”时代航空航天制造专业教学方法的探讨

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高教学刊 2017年第17期3卷 77-80页

作者：齐振超安鲁陵南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

我国航空航天的发展和"互联网+"时代的到来给高校航空航天制造专业教学带来了挑战和机遇。文章剖析了新形势下航空航天制造专业课程教学特点,分析了"互联网+"时代对"教与学"从理念、习惯、工具等多方面的影响,总结了当前航空航天制造专... 详细信息

我国航空航天的发展和"互联网+"时代的到来给高校航空航天制造专业教学带来了挑战和机遇。文章剖析了新形势下航空航天制造专业课程教学特点,分析了"互联网+"时代对"教与学"从理念、习惯、工具等多方面的影响,总结了当前航空航天制造专业教学面临的挑战和机遇。以"飞行器复合材料构件制造技术"专业课程为例,提出了基于受体知识架构和认知规律的教学大纲优化方案,建立科研、生产、教学一体的实时信息网罗模式,建设针对航空航天典型零部件的案例教学框架,开发基于"互联网+"的"线上+线下"的教学模式,并建立多层次教学考核体系。最终建立以学生为本、彰显航空制造特色的具有良性自更新能力的教学生态系统。

关键词： “互联网+” 航空航天制造专业复合材料制造教学方法教学生态系统