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碳纤维层合板Lamb波损伤检测的加权块稀疏成像法

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西安交通大学学报 2019年第6期53卷 176-182页

作者：徐冠基许才彬杨志勃陈雪峰中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造... 详细信息

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造过完备Lamb波散射的块稀疏字典;其次将测量得到的Lamb波散射信号在所构建的过完备字典下进行稀疏表示,将Lamb波损伤成像问题转化为加权l1范数最小化的凸优化问题;最后通过谱梯度投影法,求解所建立的加权块稀疏凸优化模型,得到损伤散射信号在该字典下的稀疏表示系数并以此作为损伤指标,实现对被测结构的损伤成像。碳纤维层合板上的模拟损伤成像结果表明:所提方法在单损伤成像中的定位误差为3.16mm,在双损伤成像中的最大定位误差为4.24mm。实验验证了所提方法的有效性,与传统延迟叠加成像法的对比表明,所得损伤成像结果具有更高的分辨率,更小的伪点干扰,但同时也需要更大的计算量。

关键词： Lamb波稀疏重构损伤检测碳纤维层合板结构健康监测

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碳纤维层合板低速冲击后的红外热波检测分析

复合材料学报 2010年第6期27卷 88-93页

作者：李晓霞伍耐明段玉霞赵石彬冯立春李晓丽北京航空航天大学现代测试实验室北京100191 首都师范大学物理系北京100037

采用红外热波无损检测技术对低速冲击后的碳纤维层合板进行检测和分析,研究了损伤面积与冲击能量之间的关系。对比发现,实验结果与文献结果一致;实验结果说明红外热波不仅可以检测冲击损伤的大小,还可以确定损伤在材料内部绕冲击点沿纤... 详细信息

采用红外热波无损检测技术对低速冲击后的碳纤维层合板进行检测和分析,研究了损伤面积与冲击能量之间的关系。对比发现,实验结果与文献结果一致;实验结果说明红外热波不仅可以检测冲击损伤的大小,还可以确定损伤在材料内部绕冲击点沿纤维方向呈旋转方式进行扩展的损伤模式。采用超声C扫描对相同复合材料层合板进行了检测,详细对比了2种检测方法的优缺点,发现对于碳纤维层合板的低速冲击损伤,红外热波检测技术是一种快速、有效、可靠的无损检测技术和评估手段。

关键词：碳纤维层合板冲击损伤分层损伤基体开裂红外热波检测超声检测

嵌入式光纤传感器对碳纤维层合板弯曲性能的影响

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锻压技术 2023年第3期48卷 54-60页

作者：胡宇博郎利辉闫东东秦成伟史志远北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心河北唐山064000

针对光纤嵌入碳纤维层合板成形中常出现的涂覆层脱落问题,用一组对比试验研究了光纤的嵌入保护在碳纤维层合板成形过程中的作用;通过三点弯曲试验研究了光纤嵌入数量、嵌入方向对碳纤维层合板弯曲性能和失效模式的影响。结果表明:光纤... 详细信息

针对光纤嵌入碳纤维层合板成形中常出现的涂覆层脱落问题,用一组对比试验研究了光纤的嵌入保护在碳纤维层合板成形过程中的作用;通过三点弯曲试验研究了光纤嵌入数量、嵌入方向对碳纤维层合板弯曲性能和失效模式的影响。结果表明:光纤的嵌入数量引起的碳纤维层合板抗弯强度和模量的最大损失分别为8.5%和14.3%;沿纤维方向嵌入光纤时,在光纤挤入方向相同的纤维束群中,抗弯强度和模量分别降低5.2%和13.1%;而当光纤光栅垂直于纤维方向嵌入复合材料内部时,光纤周围形成眼状复合结构,抗弯强度和模量均略有提升,增幅约为2.5%,起到一定的增强相的效果。

关键词：碳纤维层合板光纤传感器内嵌光纤保护套弯曲试验抗弯强度模量

通电发热碳纤维层合板制备因素对其热力性能的影响

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通电发热碳纤维层合板制备因素对其热力性能的影响

作者：苏尧西南科技大学

学位级别：硕士

碳纤维增强复合材料因其自身一系列的优点,被广泛应用于土木工程中的加固、补强等领域,然而积雪结冰给土木工程建筑领域产生了严重影响,甚至造成了巨大的经济损失,因此一种新型的防除冰方法就变得尤为重要。将碳纤维这种新型复合材料采... 详细信息

碳纤维增强复合材料因其自身一系列的优点,被广泛应用于土木工程中的加固、补强等领域,然而积雪结冰给土木工程建筑领域产生了严重影响,甚至造成了巨大的经济损失,因此一种新型的防除冰方法就变得尤为重要。将碳纤维这种新型复合材料采用电加热方式用于土木工程建筑的防除冰是一种新型的发展方向,因此论文研究制作了多层结构的碳纤维发热层合板,并对其温升特性、防除冰特性以及力学性能等进行了相关研究。考虑到应用环境、反复循环使用等因素,其相关力学性能可能会下降,使用周期会变短,论文还在低温环境下进行了循环耐久性试验。研究内容及结论如下:(1)确定了碳纤维层合板结构设计及制作各结构层的材料,为了降低某制备因素对其温度均匀性的影响,设计了铺丝模具。对于碳纤维层合板加热层设计了串联S型、并联以及网格状三种类型。对三种层合板的电阻稳定性进行了验证,以碳纤维丝束作为发热线的三种层合板电阻稳定性良好。研究了三种层合板的温升特性,结果发现随着相同通电功率增加,三种碳纤维层合板表面平均温度上升的度数也随之增大,在通电40min过后,温度不再上升,基本保持稳定。表面平均上升温度从大到小依次为串联S型、网格状、并联层合板。(2)串联S型碳纤维层合板具有一定的防冰性能和除冰性能。对于层合板的防冰性能,当通电功率为100W/m时,能完成0～-5℃的防冰任务;通电功率为200W/m时,能完成0～-15℃的防冰任务;通电功率为300W/m、400W/m、500W/m时,能完成0～-20℃的防冰任务;功率越大,防冰性能也越强。对于层合板的除冰性能,层合板在进行除冰时,经历了薄冰融化、出现融冰水膜、整体脱落三个阶段。在冰层厚度不变条件下,通电功率越高,层合板除冰时间越短。通电功率相同时,冰层厚度对层合板除冰性能影响较小。通电功率为500W/m,冰层脱落时间为12.58min;通电功率为400W/m,冰层脱落时间为16.21min;通电功率为300W/m,冰层脱落时间为20.25min;其余更小功率除冰效果不佳。当冰层整体脱落时,层合板表面平均温度在1℃以上。(3)将采用手糊成型和热压成型两种方式制备的碳纤维层合板进行了拉伸强度对比,热压成型的层合板平均拉伸强度值高于手糊成型的层合板,热压成型提高了层合板的平均拉伸强度,此外,手糊成型的碳纤维层合板厚度要比热压成型的大一些。对热压成型的层合板在-10℃低温条件下进行通电循环100、200、300、400、500、600、700次的耐久性试验,发现在一定的循环次数范围内,拉伸强度值会随着循环次数增加而出现增大的趋势,但拉伸强度值的增大幅度越来越小,直到循环次数达到700次时,整体拉伸强度值不再增大,出现减小。

关键词：碳纤维丝碳纤维层合板温升特性防冰性能除冰性能循环耐久性

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碳纤维层合板材料性能及胶粘的宏观力学研究

碳纤维层合板材料性能及胶粘的宏观力学研究

作者：于晓先大连理工大学

学位级别：硕士

近年来由于环境污染及燃油危机等问题,车身轻量化受到越来越高的关注。各大车企相继制定应对策略,希望通过寻找轻质的车身材料以达到减轻车身质量的目的。碳纤维增强复合材料具有可设计性强、质量轻和比强度高等优点,在汽车安全和轻量... 详细信息

近年来由于环境污染及燃油危机等问题,车身轻量化受到越来越高的关注。各大车企相继制定应对策略,希望通过寻找轻质的车身材料以达到减轻车身质量的目的。碳纤维增强复合材料具有可设计性强、质量轻和比强度高等优点,在汽车安全和轻量化方面拥有巨大的优势,同时还可以改善车身的美观性。粘接技术在非金属材料结构件连接方面具有良好的连接优势,可以有效地解决碳纤维增强复合材料的连接问题。在运用有限元仿真方法研究碳纤维增强复合材料结构件时,需要建立数量众多的粘接单元。如果采用微观的分析方法来研究各个胶粘点的受力情况,增加了前期建模的复杂度,而且计算效率很低,这种方法在工业实际应用上存在着一定的不足。为了解决这个问题,本文主要以碳纤维层合板为研究对象,以碳纤维性能测试试验和层合板之间的粘接试验为基础,结合有限元仿真的方法对碳纤维层合板粘接进行了研究。在保证模型准确性和计算精度的前提下,通过采用接触方法宏观模拟胶粘单元连接的方式建立粘接简化模型,从而有效提高了仿真的计算效率。在实验方面,首先对碳纤维单向纤维板进行了拉伸、压缩和剪切实验,同时对碳纤维交叉铺层层合板进行了拉伸实验,并采集性能参数用作模拟碳纤维增强复合材料的实验参数;其次对单搭接试件和十字搭接试件进行了拉伸实验,采集粘接试件的法向受力和剪切受力数据,为宏观模拟胶粘的仿真工作打下实验基础。在仿真方面,首先建立碳纤维层合板的有限元仿真模型,并用实验数据对仿真模型进行校核,验证了碳纤维层合板仿真模型的正确性以及实验参数的适用性。然后在LS-DYNA软件中采用*CONTACTIEBREAK接触的方式建立宏观粘接模型,并分别对单搭接试件和十字搭接试件的胶粘接头进行有限元数值模拟,对标仿真结果与实验结果吻合良好,从而验证了这种方法的有效性。本文采用接触的方式建立碳纤维层合板粘接简化模型,可为车用连接构件的粘接数值仿真应用提供有利的指导。

关键词：粘接碳纤维层合板接触胶粘简化模型

碳纤维层合板与铝合金板机械连接钉载分配研究

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碳纤维层合板与铝合金板机械连接钉载分配研究

作者：张冠彪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

飞机结构中的复合材料机械连接形式主要包括单搭接和双搭接等形式，在实际应用中，单搭接连接形式应用更为广泛。其中，拉伸载荷是机械连接的一种主要载荷方式。因此，本文采用仿真分析和试验验证两种手段，开展了拉伸载荷下的复合材料... 详细信息

飞机结构中的复合材料机械连接形式主要包括单搭接和双搭接等形式，在实际应用中，单搭接连接形式应用更为广泛。其中，拉伸载荷是机械连接的一种主要载荷方式。因此，本文采用仿真分析和试验验证两种手段，开展了拉伸载荷下的复合材料与金属的单搭接连接结构的钉载分配研究。具体内容如下：首先，根据机械连接几何参数选择标准和其他文献设计了碳纤维层合板与铝合金板通过单列四排螺栓进行连接的单搭接连接结构模型。利用***/NASTRAN有限元软件分别建立了三维接触模型和二维简化模型，并进行了三维和二维数值仿真分析。通过三维数值仿真分析得到了单搭接连接结构的钉载分配以及孔边的应力集中系数等结果;通过二维数值仿真分析得到了单搭接连接结构的钉载分配情况。然后，根据设计的连接结构加工制作了试验件，采用电测法，对三个连接试验件进行了静力拉伸试验，测得不同载荷下试验件各典型截面的应变值。通过公式计算出各螺栓的载荷分配情况，并与两种仿真结果进行对比，验证了两种仿真模型计算钉载分配的有效性。从结果中也可以看出复合材料连接结构的钉载分配存在不均匀性的特点。最后，利用二维简化模型对影响复合材料机械连接钉载分配的各种参数进行了详细的分析，分别计算了材料、连接形式和几何参数三个方面的多种不同因素下连接结构的钉载分配，得到了不同参数的影响规律，为复合材料连接提供了设计支持。综上，本文分别对碳纤维层合板与铝合金板通过单列四排螺栓连接的单搭接连接结构的钉载分配问题进行了三维和二维数值仿真分析、试验验证研究及参数影响分析，得出，单列四排螺栓连接的单搭接连接结构的钉载分配呈现“浴盆”形的不均匀性，总体上第一排螺栓的载荷比例在35%左右，第二排和第三排螺栓的载荷比例在20%左右，最后一排的钉载分配结果为25%左右，并得到了一些参数对钉载分配的影响规律。上述结果可供相关飞机设计人员参考。

关键词：碳纤维层合板机械连接钉载分配单搭接参数影响

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碳纤维层合板胶接增强技术与接头性能研究

碳纤维层合板胶接增强技术与接头性能研究

作者：原文慧天津工业大学

学位级别：硕士

碳纤维复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、耐磨性好等特性,已广泛应用于航空航天等领域。随着复合材料使用量的增多,材料结构会出现多种形式的损伤。为了避免经济损失及材料结构的浪费,众多学者开始对其进行修理研究,其中,胶接修... 详细信息

碳纤维复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、耐磨性好等特性,已广泛应用于航空航天等领域。随着复合材料使用量的增多,材料结构会出现多种形式的损伤。为了避免经济损失及材料结构的浪费,众多学者开始对其进行修理研究,其中,胶接修理技术因其优异的性能而得到高度重视。本文主要通过使用不同的方法增强胶接接头的力学性能并对影响参数进行优化,增强接头的可靠性。以T300碳纤维预浸料为原料制备层合板,其中,单根纤维直径为7μm,纤维密度为1.76 g/cm。层合板经合理裁剪及表面处理后,采用3M DP270胶粘剂进行粘接。本文主要研究内容如下:(1)超声振动可以加速液体胶粘剂的流动性,使胶粘剂与层合板表面粘接更紧密,进而增强胶接接头的力学性能。在胶粘剂固化前对粘接接头进行超声振动辅助预处理,能有效增强胶接接头的单向拉伸性能。试验过程中,设置了四种超声振动预处理时间(5 min、20 min、40 min、60 min)及四种预处理功率(200W、300 W、400 W、500 W),研究超声时间及功率对胶接接头拉伸性能的影响,并与未经超声振动预处理的试件对比,得到胶接接头剪切强度和刚度的最大增长率。进一步分析接头的断裂形貌,通过软件计算得到接头表面胶粘剂面积占整个搭接区域面积的百分比,与试验结果变化趋势相一致。(2)胶粘剂中分散纳米颗粒可以减少胶粘剂中的气泡和空隙,同时能够提高胶粘剂的拉伸和剪切强度。将3M DP270胶粘剂中分散三种不同质量分数(1.5%、2.0%、2.5%)的碳纳米管(CNTs)颗粒,研究其对胶接接头单向拉伸性能和三点弯曲性能的影响,并与胶粘剂中没有分散CNTs颗粒的胶接接头进行对比,得到最佳的CNTs质量分数及增长率。对断裂后接头进行SEM分析,得到胶粘剂中分散CNTs颗粒后,胶粘剂中的部分气泡被纳米颗粒填充,能有效提升接头的各项性能。(3)将胶粘剂中分散最佳质量分数的CNTs颗粒后,对胶接接头进行超声振动辅助预处理,研究纳米颗粒与超声辅助协同作用时胶接接头力学性能的提升情况。在两种作用协同增强的情况下,改变超声预处理功率,分别为200 W、300W、400 W和500 W,得到最佳的超声预处理功率及协同增强时胶接接头力学性能的最大增长率,并分析接头的断裂形貌。

关键词：碳纤维层合板胶接接头力学性能超声振动预处理纳米颗粒

碳纤维层合板结构损伤区域机器人打磨去除工艺研究

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合成纤维工业 2022年第5期45卷 37-41页

作者：梁中福靳凯中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000 中国海洋大学山东青岛266000

采用工业机器人与金刚砂打磨头对碳纤维层合板表面进行打磨,研究了磨头转速、打磨头金刚砂目数、打磨方向对层合板表面粗糙度的影响,以及打磨轨迹对碳纤维层合板修补件力学性能的影响。结果表明:对于0°铺层碳纤维层合板,垂直纤维方向... 详细信息

采用工业机器人与金刚砂打磨头对碳纤维层合板表面进行打磨,研究了磨头转速、打磨头金刚砂目数、打磨方向对层合板表面粗糙度的影响,以及打磨轨迹对碳纤维层合板修补件力学性能的影响。结果表明:对于0°铺层碳纤维层合板,垂直纤维方向打磨的质量要优于平行纤维方向打磨的质量,适宜的磨头转速为2250~3000 r/min,此时表面粗糙度可控制在1.5~2.3μm,修复胶接强度更好;对于[0°/90°]_(16s)铺层碳纤维层合板,在了解铺层顺序及具体厚度的情况下,使用工业机器人可精准控制打磨到需要的铺层面;无论是0°铺层还是[0°/90°]_(16s)铺层,八阶梯打磨修补件的拉伸性能均比四阶梯打磨修补件更加优异,在阶梯状打磨时可通过适当增加阶梯数提高修补件的力学性能。

关键词：碳纤维层合板工业机器人表面打磨表面粗糙度力学性能

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破片速度对碳纤维层合板冲击损伤的影响

上海航天（中英文） 2020年第5期37卷 105-112页

作者：陈战辉王文智赵文杰万小朋西北工业大学航空学院陕西西安710072 北京理工大学珠海学院航空学院广东珠海519088 上海机电工程研究所上海201109

为提升战斗部破片对航空复合材料结构的毁伤效果,采用空气炮冲击、数值仿真、战斗部静爆试验等手段,研究了层合板冲击损伤类型和分层面积随破片速度的变化规律,并分析了损伤机理。研究表明:层合板冲击损伤类型、机理和程度,与破片速度... 详细信息

为提升战斗部破片对航空复合材料结构的毁伤效果,采用空气炮冲击、数值仿真、战斗部静爆试验等手段,研究了层合板冲击损伤类型和分层面积随破片速度的变化规律,并分析了损伤机理。研究表明:层合板冲击损伤类型、机理和程度,与破片速度和层合板冲击临界速度(即冲击物穿透层合板的最小速度)的相对大小有关。在本文试验速度范围内,当破片速度小于层合板冲击临界速度时,造成背面裂缝型损伤,分层面积随破片速度增大而增大;当破片速度略大于层合板冲击临界速度时,造成背面炸裂型损伤,分层损伤范围最大;而更高的破片速度则造成切孔型损伤,分层损伤面积随破片速度的增大而减小,并趋近于切孔面积。为提高对复合材料结构的毁伤效果,应使破片着靶速度略大于层合板的冲击临界速度。

关键词：破片速度碳纤维层合板冲击损伤损伤程度损伤机理