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界面层及其建模方式对编织结构CMC材料导热系数影响研究

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推进技术 2022年第5期43卷 344-352页

作者：叶大海屠泽灿李洋毛军逵赵陈伟中国航发湖南动力机械研究所中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南株洲412002 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

针对编织结构陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composite,CMC)中基体、纤维束和界面层等组分的不同传热特征,以及考虑到界面层结构极薄的尺寸特征,探究了界面层及其在细观结构代表单元中的引入方式对编织结构CMC材料内部热量传输特征和... 详细信息

针对编织结构陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composite,CMC)中基体、纤维束和界面层等组分的不同传热特征,以及考虑到界面层结构极薄的尺寸特征,探究了界面层及其在细观结构代表单元中的引入方式对编织结构CMC材料内部热量传输特征和各向异性导热系数的影响。研究中对比分析了不考虑界面层、含隐式界面层和含显式界面层等三种代表性体积单元模型的温度场、热流密度场及各向异性等效导热系数,获取了界面层导热系数对CMC材料整体导热系数的影响规律。研究结果表明:编织结构CMC材料内部温度场存在明显的不均匀性,不同模型计算获取的热流密度场具有明显区别。同时基于三个模型获取的各向异性导热系数也具有较大差异,显示界面层方法预估精度较高。此外,随着界面层导热系数增加,CMC材料整体各向异性导热系数明显增加,其对水平经纱Y方向上等效导热系数的影响最大。

关键词：陶瓷基复合材料编织结构界面层热分析导热系数各向异性

基于金属编织技术的柔性机械手结构设计与实验验证

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国际生物医学工程杂志 2024年第1期47卷 17-23页

作者：童子龙徐波孙丽萍陆鑫涛上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海健康医学院医疗器械学院上海201318 复旦大学信息科学与工程学院上海200438

目的开发一种应用于经自然腔道内镜手术(NOTES)机器人柔性机械手的骨架结构,以满足NOTES对手术执行器械的性能需求。方法基于金属编织技术设计一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。根据柔性机械手的机械结构特征推导几何关系公式... 详细信息

目的开发一种应用于经自然腔道内镜手术(NOTES)机器人柔性机械手的骨架结构,以满足NOTES对手术执行器械的性能需求。方法基于金属编织技术设计一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。根据柔性机械手的机械结构特征推导几何关系公式。通过链式梁约束模型(CBCM)以及机械弹簧理论建立理论模型。对机械结构建立有限元模型并分析,验证理论模型的精度;并由金属编织结构的抗弯刚度验证柔性机械手的载荷能力。结果基于金属编织技术设计了一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。在设置恰当的约束条件后,金属圆环作为单个受力单元在受到0.5 N的轴向力驱动时,最大应变约为1.49%,处于线性弹性阶段。最大形变约为0.3089 mm,比理论值高3.26%。机械手骨架的最大应变约为0.21%,处于线性弹性阶段。最大总形变约为7.1355 mm,比理论值高6.30%。机械手骨架的抗弯刚度计算为3.19 N·mm^(2),与同量级尺寸形状记忆聚合物(SMPs)制成的柔性机械手相当。结论开发一种应用于NOTES机器人柔性机械手的骨架结构,符合执行NOTES手术任务的支撑刚度需求。

关键词：机器人经自然腔道内镜手术编织结构柔性机械手

爆炸荷载作用下高强钢丝编织结构夹芯板的响应分析

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兵器装备工程学报 2023年第12期44卷 204-213页

作者：黄祺临汪敏周帅陈鹏陈辉国陆军勤务学院军事设施系重庆401311 南京理工大学机械工程学院南京210094 31672部队

为探究爆炸荷载作用下高强钢丝编织结构夹芯板的响应过程,在实爆试验的基础上,采用有限元方法,分析高强钢丝编织结构夹芯板的响应过程,对比不同芯层高度夹芯板的响应模式;研究不同芯层参数对于高强钢丝编织结构夹芯板抗爆性能的影响规律... 详细信息

为探究爆炸荷载作用下高强钢丝编织结构夹芯板的响应过程,在实爆试验的基础上,采用有限元方法,分析高强钢丝编织结构夹芯板的响应过程,对比不同芯层高度夹芯板的响应模式;研究不同芯层参数对于高强钢丝编织结构夹芯板抗爆性能的影响规律;根据无量纲冲量与无量纲变形量的计算公式,进一步推导高强钢丝编织结构夹芯板的设计指导公式。试验及数值模拟结果表明:当面板、荷载以及材料参数固定时,高强钢丝编织结构的芯层高度选取在58~78 mm为宜,且在此区间内,芯层高度越高夹芯板抗爆性能越好,偏折角越小夹芯板抗爆性能越好。研究可为高强钢丝编织结构夹芯板抗爆性能的优化设计提供参考。

关键词：爆炸荷载高强钢丝编织结构夹芯板有限元

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不同编织结构网状织物力学性能对比分析

东华大学学报（自然科学版） 2022年第4期48卷 36-42页

作者：林华孙志宏邵国为方涛东华大学机械工程学院上海201620 东华大学纺织装备教育部工程研究中心上海201620

对有结网、经编无结网以及辫编无结网等3种不同编织结构的网状织物进行拉伸断裂试验和定负荷拉伸疲劳试验,对比分析不同工艺生产的网状织物的力学性能。结果表明,3种网状织物的拉伸断裂均发生在网结与网脚连接处,该处更容易造成应力集... 详细信息

对有结网、经编无结网以及辫编无结网等3种不同编织结构的网状织物进行拉伸断裂试验和定负荷拉伸疲劳试验,对比分析不同工艺生产的网状织物的力学性能。结果表明,3种网状织物的拉伸断裂均发生在网结与网脚连接处,该处更容易造成应力集中。拉伸断裂试验中:辫编无结网断裂强度最高,其次为有结网,经编无结网最低;经编无结网的结节强度提高率最高,其次为辫编无结网,有结网最低;断裂伸长率从大到小依次为经编无结网、辫编无结网和有结网,说明经编无结网的延伸性最好。拉伸疲劳试验中:经编无结网的不可恢复应变能系数最高,能耗最大,耐疲劳性最差;辫编无结网和有结网的耐疲劳性较好。研究成果可为使用者合理选择网状织物类型提供依据。

关键词：网状织物力学性能编织结构网结断裂强度耐疲劳性

编织结构三维仿真及其对C/SiC复合材料性能的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2007年第2期38卷 200-205页

作者：周新贵游宇张长瑞黄伯云刘学业国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室湖南长沙410073 中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD+PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三... 详细信息

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD+PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三维四向编织结构C/SiC复合材料的x向弯曲强度达到399.2 MPa,层间剪切强度达到38.1 MPa,断裂韧性达到16.0 MPa.m1/2,各项力学性能均高于2.5D编织结构的C/SiC复合材料的力学性能。

关键词：编织结构 C/SiC复合材料结构仿真力学性能

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2.5D编织结构复合材料温度场特征研究

推进技术 2019年第11期40卷 2606-2617页

作者：吴昕宇赵晓屠泽灿毛军逵贺振宗南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 康明斯(中国)投资有限公司北京100000

考虑到编织结构陶瓷基复合材料(CMC)在涡轮叶片等航空发动机高温部件应用时,材料内部编织结构特征会导致高温部件的温度场存在波动性。为了研究复合材料温度场的波动特征,以2.5D编织结构复合材料为例,分别建立了基于等效导热系数的均匀... 详细信息

考虑到编织结构陶瓷基复合材料(CMC)在涡轮叶片等航空发动机高温部件应用时,材料内部编织结构特征会导致高温部件的温度场存在波动性。为了研究复合材料温度场的波动特征,以2.5D编织结构复合材料为例,分别建立了基于等效导热系数的均匀化平板模型和基于材料全尺寸细观编织结构的平板模型,计算对比了两种平板模型的温度场分布及内部热量传输特征,同时探究了材料内部编织结构的角度、纤维束轴向与径向导热系数比、纤维束与基体导热系数比等材料结构特征参数和热物性特征参数对材料表面温度波动的影响规律,并开展了编织结构平板的温度场测试实验。研究结果表明:与基于等效导热系数计算得到的平板温度场相比,基于全尺寸编织结构平板模型得到的温度场存在明显的波动特征,当平板内部平均温度梯度为25383K/m时,表面温度波动幅值达到12.41K,表面最高温度由906.96K增加到911.60K,并且在平板内部热量的传输方向沿着纱线发生明显的偏转。同时,随着纱线编织角度的增加,材料表面温度波动幅值下降,但表面的高温区域增加,沿着经纱轴向的温度波动频次增加。随着纤维束轴径向导热系数比的增加,材料表面的高温区域基本不变,温度波动幅值小幅下降,均匀性增强;随着纤维束与基体导热系数比的增加,材料表面的高温区域增加,温度波动幅值降幅较大,均匀性得到较大提高。在本文的研究范围内,当边界温度达到1600K时,基于等效导热系数的方法无法准确地预估复合材料的温度场。

关键词：航空发动机涡轮叶片复合材料热传导编织结构温度分布各向异性

纤维增强树脂基防弹复合材料吸能机制及损伤模式研究进展

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复合材料学报 2024年

作者：赵云杨波陶子伟宁慧铭程业红胡宁赵丽滨河北工业大学机械工程学院河北省跨尺度智能装备技术重点实验室先进智能防护装备技术教育部重点实验室重庆大学航空航天学院

本文对纤维增强树脂基复合材料在抗冲击领域的吸能机制及损伤模式进行了综述。首先，介绍了纤维增强复合材料在弹道防护、航空航天等领域的应用，对比了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶纤维、碳纤维等高性能纤维的优缺点；其次，以... 详细信息

本文对纤维增强树脂基复合材料在抗冲击领域的吸能机制及损伤模式进行了综述。首先，介绍了纤维增强复合材料在弹道防护、航空航天等领域的应用，对比了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶纤维、碳纤维等高性能纤维的优缺点；其次，以各种纤维增强树脂基复合材料的弹道实验及理论模拟为基础，分析了防弹复合材料的吸能机制和损伤模式，发现拉伸变形是复合材料的主要吸能方式，分层破坏是其主要损伤模式；最后，总结了纤维编织结构的分类、特点及其对复合材料防弹性能的影响并对纤维增强树脂基复合材料的发展前景进行了展望。

关键词：纤维增强树脂基复合材料弹道响应吸能机制损伤模式编织结构

不同编织结构Cf/Al复合材料高温压缩性能与失效机理

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航空学报 2021年第9期42卷 551-561页

作者：兰泽宇余欢徐志锋帅亮胡银生南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室南昌330063

对基于真空气压浸渗法制备的三维五向、三维正交、叠层穿刺和2.5D浅交直联4种不同编织结构Cf/Al复合材料,分别在350℃和400℃下进行压缩试验,分析其高温压缩性能以及温度对复合材料压缩性能的影响,并进一步利用SEM观察叠层穿刺结构的断... 详细信息

对基于真空气压浸渗法制备的三维五向、三维正交、叠层穿刺和2.5D浅交直联4种不同编织结构Cf/Al复合材料,分别在350℃和400℃下进行压缩试验,分析其高温压缩性能以及温度对复合材料压缩性能的影响,并进一步利用SEM观察叠层穿刺结构的断口形貌,探讨其压缩失效机理。结果表明,不同编织结构的复合材料在高温环境下压缩性能差异较大,三维正交结构的压缩强度最高,在350℃和400℃下分别为351.4MPa和288.6MPa,2.5D浅交直联结构的压缩强度最低,分别为87.3MPa和52.2MPa。同时不同编织结构的Cf/Al复合材料高温稳定性也存在较大差异,当温度由350℃升高到400℃时,2.5D浅交直联结构的压缩强度下降幅度较大,约为40.2%,其高温压缩稳定性较差,叠层穿刺结构的压缩强度下降幅度较小,约为4.0%,其高温压缩稳定性较好。叠层穿刺结构复合材料的高温压缩失效过程根据切线模量特征可分为两个阶段:第一阶段基体合金承受主要载荷,第二阶段基体与增强纤维共同承受载荷。

关键词：碳纤维编织结构复合材料高温压缩性能失效机理

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高强钢丝编织结构夹芯板抗爆性能试验研究

舰船电子工程 2023年第10期43卷 217-222页

作者：周帅汪敏陈鹏田镇华陆军勤务学院军事设施系重庆401311 南京理工大学机械工程学院南京210094

夹芯板结构由于能够有效衰减爆炸荷载在爆炸防护领域得到了广泛的应用,采用三维编织法制备的编织结构夹芯板在建筑物墙板制造和爆炸防护方面有较好的应用前景。为此,综合目前钢丝编织结构夹芯板的工艺特点,提出了由三角螺旋式高强钢丝... 详细信息

夹芯板结构由于能够有效衰减爆炸荷载在爆炸防护领域得到了广泛的应用,采用三维编织法制备的编织结构夹芯板在建筑物墙板制造和爆炸防护方面有较好的应用前景。为此,综合目前钢丝编织结构夹芯板的工艺特点,提出了由三角螺旋式高强钢丝编织的新型“类金字塔”型编织结构夹芯板,并开展了高强钢丝编织结构夹芯板力学特性的理论分析和抗爆试验。研究结果表明:1)提出的“类金字塔”型编织结构夹芯板具有相对密度低、等效抗压强度高、制备工艺简单等优点;2)在爆炸荷载作用下,“类金字塔”型编织结构夹芯板表现出了优异的抗爆防护性能;3)“类金字塔”型编织结构夹芯板中芯层高度对其抗爆性能有影响,芯层高度为78mm的夹芯板抗爆性能优于芯层高度为68mm的夹芯板。

关键词：高强钢丝编织结构相对密度爆炸试验有限元模拟