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复合材料层板OFDR分布式光纤冲击判位方法研究

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振动.测试与诊断 2023年第5期43卷 1005-1010,1044页

作者：钟照振曾捷李艳芬白瑜芳黄继伟綦磊南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 北京强度环境研究所北京100076 北京卫星环境工程研究所北京100094

基于复合材料的航空航天器结构在服役过程中受到外界物体冲击易造成损伤,常规光纤Bragg光栅冲击监测模式需要借助大量试验建立冲击响应样本库,不仅工作量大,还会影响被测结构力学性能,甚至造成预先损伤。为此,提出了一种基于应变幅值非... 详细信息

基于复合材料的航空航天器结构在服役过程中受到外界物体冲击易造成损伤,常规光纤Bragg光栅冲击监测模式需要借助大量试验建立冲击响应样本库,不仅工作量大,还会影响被测结构力学性能,甚至造成预先损伤。为此,提出了一种基于应变幅值非线性加权原理的复合材料层板结构分布式光纤冲击位置辨识方法,通过提取结构应变响应幅值作为特征量,结合无需先验样本的非线性加权原理实现冲击载荷位置辨识。借助有限元数值仿真,模拟得到冲击载荷作用下复合材料层板结构应变响应与分布特征,并根据仿真结果对该辨识方法加以验证。构建了基于高空间分辨率分布式光纤传感器的冲击监测系统,平均定位误差约为8.44 mm。研究表明,所提方法具有便于集成、通用性强以及无需构建样本库等特点,能够为航空航天器结构健康监测、寿命评估和快速维护提供技术支撑。

关键词：复合材料层板分布式光纤传感器冲击定位非线性加权应变响应

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复合材料层板冲击后压缩强度经验预测公式

复合材料学报 2018年第5期35卷 1158-1165页

作者：黄骁王进韩涛关志东黎增山孙伟北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 沈阳飞机设计研究所沈阳110035

复合材料被广泛应用于飞机结构中,其损伤容限性能是飞行器设计的重要指标。提出了一种基于冲击能量预测复合材料层板受冲击后剩余压缩强度的经验预测公式,并通过试验方法分析了剩余强度的影响因素,确定了经验公式形式与参数,对经验公式... 详细信息

复合材料被广泛应用于飞机结构中,其损伤容限性能是飞行器设计的重要指标。提出了一种基于冲击能量预测复合材料层板受冲击后剩余压缩强度的经验预测公式,并通过试验方法分析了剩余强度的影响因素,确定了经验公式形式与参数,对经验公式预测结果进行了验证。经过一定量的试验验证,本文所提出的经验预测方法的预测结果与试验结果吻合良好,研究结果表明,该方法是一种简便迅速的剩余强度工程预测方法。试验结果表明:剩余强度与冲击能量的关系适合采用分段幂函数进行拟合;冲击能量、层板厚度、铺层比例和韧性对复合材料层板冲击后压缩强度有较明显的影响,而冲头直径对剩余强度的影响不显著。

关键词：复合材料层板低速冲击压缩强度经验公式试验研究

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复合材料层板低速冲击后疲劳性能实验研究

材料工程 2016年第12期44卷 100-106页

作者：梁小林许希武林智育南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

通过对T300/5405复合材料层板进行低速冲击后的压-压疲劳实验,研究含不同冲击损伤层板的压缩性能与其在多级应力水平下的疲劳寿命与损伤扩展,并讨论冲击能量、应力水平、损伤扩展对层板疲劳寿命的影响。结果表明:冲击损伤明显降低层板... 详细信息

通过对T300/5405复合材料层板进行低速冲击后的压-压疲劳实验,研究含不同冲击损伤层板的压缩性能与其在多级应力水平下的疲劳寿命与损伤扩展,并讨论冲击能量、应力水平、损伤扩展对层板疲劳寿命的影响。结果表明:冲击损伤明显降低层板的剩余强度;在低应水平下,冲击能量越大,含冲击损伤层板的疲劳寿命越小;疲劳实验中损伤经历平稳扩展和快速扩展两个阶段,其中平稳扩展阶段约占总体寿命的80%,快速扩展阶段约占总体寿命的20%,损伤扩展速率随着应力水平降低而减小。

关键词：复合材料层板压缩性能损伤扩展疲劳寿命

CFRP层板低能冲击损伤的非线性兰姆波特征成像

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机械工程学报 2023年第10期59卷 40-47页

作者：许国琛陈振华李承庚卢超南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 赣南师范大学物理与电子信息学院赣州341000

针对碳纤维复合材料板低能量冲击损伤的线性超声响应特征很弱、难以用于检测该类损伤的问题,提出碳纤维复合材料层板低能量冲击损伤的非线性兰姆波成像检测技术。搭建检测平台并制备冲击损伤程度各异的检测试样;分析碳纤维增强树脂基复... 详细信息

针对碳纤维复合材料板低能量冲击损伤的线性超声响应特征很弱、难以用于检测该类损伤的问题,提出碳纤维复合材料层板低能量冲击损伤的非线性兰姆波成像检测技术。搭建检测平台并制备冲击损伤程度各异的检测试样;分析碳纤维增强树脂基复合材料层板中兰姆波的各向异性传播特性和模态结构,激发满足非线性超声检测要求的兰姆波模态,并分析相对非线性系数对低能冲击损伤的表征能力;提出基于损伤因子的非线性超声兰姆波成像算法和成像扫描方法,并通过优化成像算法提高成像效果。研究结果表明,相对非线性系数对低能量冲击损伤有很高的检测灵敏度,基于损伤因子的非线性Lamb波成像方法可实现对复合材料低能冲击损伤的直观成像检测。

关键词：非线性兰姆波复合材料层板相对非线性系数冲击损伤成像算法

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复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构拉伸性能

材料工程 2013年第12期41卷 8-12页

作者：黄文俊孙永波程小全聂宏南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 中国民航大学工程技术培训中心天津300300 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

通过ABAQUS软件建立三维累积损伤有限元模型,计算复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构的条件挤压载荷,并对其损伤机理与破坏过程进行分析;选用适合该类结构层板的损伤判据与衰减准则进行验证。计算获得的初始挤压破坏载荷与实验结果吻合良... 详细信息

通过ABAQUS软件建立三维累积损伤有限元模型,计算复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构的条件挤压载荷,并对其损伤机理与破坏过程进行分析;选用适合该类结构层板的损伤判据与衰减准则进行验证。计算获得的初始挤压破坏载荷与实验结果吻合良好,说明所建模型的有效性。在此基础上,分析了接触面摩擦、螺栓刚度和连接金属板刚度等因素对连接结构拉伸性能的影响。结果表明:接触面摩擦因数和螺栓刚度对结构拉伸性能的影响较为明显,金属板刚度的影响很小。

关键词：复合材料层板单钉沉头螺栓连接拉伸性能损伤

含切口十字形非对称复合材料层板的多稳态特性

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复合材料学报 2024年

作者：胡建强王振宁张邦慧张致远中国民航大学航空工程学院

本文通过将两块非对称铺层的矩形层板交叉铺设同时引入切口设计，提出了一种新型十字形多稳态复合材料层板，通过该切口设计解决了共固化成型引起的层板结构胶接区域内刚度增强进而导致层板失去多稳态特性的问题。建立了含切口十字形多... 详细信息

本文通过将两块非对称铺层的矩形层板交叉铺设同时引入切口设计，提出了一种新型十字形多稳态复合材料层板，通过该切口设计解决了共固化成型引起的层板结构胶接区域内刚度增强进而导致层板失去多稳态特性的问题。建立了含切口十字形多稳态复合材料层板的有限元模型，并通过热压罐成型工艺制备了试验件，仿真和试验结果验证了本文切口设计的可行性。最后研究了胶接面积、切口角度和矩形纵横比对十字形多稳态层板稳定构型的影响规律，结果表明：胶接面积与第一稳态的面外最大位移呈线性关系，切口角度对层板第二稳态构型具有显著影响，而层板纵横比也对第一稳态起重要作用。

关键词：复合材料层板多稳态稳定构型切口设计

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复合材料层板冲击剪切实验技术研究

振动与冲击 2011年第11期30卷 30-35页

作者：彭刚冯家臣刘原栋王丹勇王绪财李树虎中国兵器工业集团第五三研究所济南250031

基于HOPKINSON杆冲击剪切试验技术、复合材料层板的材料性能及应用特点的分析,对"杆-管"冲击剪切动态力学性能实验技术进行了改进优化,解决了输入杆跳动、同轴调节困难、结果分散大等实验技术问题。根据输入杆、输出管和复合材料试样的... 详细信息

基于HOPKINSON杆冲击剪切试验技术、复合材料层板的材料性能及应用特点的分析,对"杆-管"冲击剪切动态力学性能实验技术进行了改进优化,解决了输入杆跳动、同轴调节困难、结果分散大等实验技术问题。根据输入杆、输出管和复合材料试样的匹配分析,确立了输入杆、试样和输出管针对动态冲击剪切实验的约束尺寸条件。通过有限元数值分析,研究了预置剪切间隙对冲击剪切的影响,研究认为0.2 mm～0.3 mm间隙设计对Ф14.5 mm输入杆冲击2mm～4 mm层板试样的冲剪试验是合适的。冲击剪切实验数据表明,加载率对玻纤增强复合材料层板的动态剪切力学性能影响明显。

关键词：动态复合材料层板冲击剪切实验技术 Hopkinson杆

复合材料层板冲击损伤特性及冲击后压缩强度研究

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航空材料学报 2011年第1期31卷 73-80页

作者：林智育许希武朱伟垚南京航空航天大学航空宇航学院结构强度研究所飞行器结构力学与控制教育部重点实验室南京210016

对两种材料体系(T300/QY8911和T300/5405)/铺层的复合材料层板进行三种支持条件(冲击点无支持、梁凸缘或长桁凸缘支持和肋凸缘支持)、六种冲击能量等级的冲击损伤特性及冲击后压缩强度试验研究。讨论了冲击能量、支持条件等与冲击损伤... 详细信息

对两种材料体系(T300/QY8911和T300/5405)/铺层的复合材料层板进行三种支持条件(冲击点无支持、梁凸缘或长桁凸缘支持和肋凸缘支持)、六种冲击能量等级的冲击损伤特性及冲击后压缩强度试验研究。讨论了冲击能量、支持条件等与冲击损伤特性和剩余压缩强度的关系,研究结果表明,冲击表面凹坑深度和冲击损伤面积可用于表征复合材料冲击损伤,而基体裂纹长度不可以用于表征冲击损伤。且随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击所造成的损伤随之减小。随着冲击能量的增加,冲击后压缩强度随之减小。在相同的冲击能量作用下,随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击后压缩强度也随之增加。

关键词：复合材料层板冲击损伤冲击损伤特性剩余压缩强度

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复合材料层板的抗贯穿机理与模拟研究

爆炸与冲击 2012年第4期32卷 337-345页

作者：彭刚王绪财刘原栋冯家臣中国兵器工业集团第五三研究所山东济南250031

为了研究树脂基纤维增强复合材料层板的抗侵彻贯穿机理和动态力学行为与抗侵彻毁伤的关系,通过球形破片模拟弹贯穿实验表征了复合材料层板抗高速侵彻的吸能特性;通过高速摄影技术分析了层板贯穿过程的瞬态变形失效特点;采用CT扫描成像及... 详细信息

为了研究树脂基纤维增强复合材料层板的抗侵彻贯穿机理和动态力学行为与抗侵彻毁伤的关系,通过球形破片模拟弹贯穿实验表征了复合材料层板抗高速侵彻的吸能特性;通过高速摄影技术分析了层板贯穿过程的瞬态变形失效特点;采用CT扫描成像及SEM电镜分析等手段研究了复合材料层板的抗贯穿破坏耗能模式。实验结果显示,高速冲击下层板抗贯穿吸能与入射速度成正比;高速侵彻过程是复合材料层板高应变率变形的动态过程,高应变率动态力学行为对复合层板抗贯穿吸能特性影响显著;冲击波在层板中的传播特性决定了不同破坏模式阶段的划分以及损伤区域的范围。基于复合层板高速贯穿下的动力学瞬态分析,建立了复合层板抗高速侵彻吸能的两阶段动态破坏模型,模型计算值与实验值符合良好。研究结果表明,应变率效应与惯性效应在复合材料层板抗侵彻性能分析中是不可忽视的2个关键因素。

关键词：爆炸力学抗弹性能侵彻机理复合材料层板动态性能贯穿分析模型