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基于FDM的3D打印连续纤维增强树脂基复合材料力学性能研究进展

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复合材料学报 2025年

作者：储浩苏永生刘剑牛镇王李萌金伟刘金朵安徽工程大学机械与汽车工程学院中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司中电科芜湖钻石飞机制造有限公司

连续纤维增强树脂基复合材料(CFRPCs)因其密度低、强度好等优异的性能，已在各行各业广泛应用，由于传统成型工艺造价高、生产周期长，因此出现了许多新型成型工艺，3D打印技术由于可成型复杂结构件、便捷、成型速度快等优势，在众多新... 详细信息

连续纤维增强树脂基复合材料(CFRPCs)因其密度低、强度好等优异的性能，已在各行各业广泛应用，由于传统成型工艺造价高、生产周期长，因此出现了许多新型成型工艺，3D打印技术由于可成型复杂结构件、便捷、成型速度快等优势，在众多新型工艺中脱颖而出，其中熔融沉积型(FDM)3D打印工艺运用的最为广泛。本文基于FDM工艺，从材料、工艺、结构三方面系统总结了影响制件力学性能的因素及提高力学性能的方法；介绍了FDM工艺的常用树脂基体和增强纤维及其性能；介绍了打印工艺及预浸丝的制备工艺，重点分析打印工艺参数(纤维含量、打印温度、打印速度、打印层厚、打印间距)、打印后处理等对力学性能的影响机制，从宏观和微观的角度分析制件结构对力学性能的影响；总结出力学性能主要受到材料、工艺缺陷、纤维含量、纤维路径、界面性能及结构的影响；并对研究发展趋势进行了总结及展望。

关键词：连续纤维复合材料 3D打印力学性能工艺优化工艺参数

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混响室中复合结构吸声性能仿真及应用

应用声学 2025年

作者：杨雪张宗楚曹思源徐步云张保令石文标闫海鹏河北科技大学机械工程学院河北省通用航空增材制造协同创新中心河北省增材制造产业技术研究院北京铁力山科技股份有限公司

为提升超薄控制台吸声性能，提出了一种基于混响室环境的吸声结构吸声性能仿真方法，研究了不同结构组合的无规则入射吸声性能。首先利用阻抗管确定了吸声性能较好的两种复合吸声结构，其次在声学仿真软件中建立混响室数值模型进行仿真... 详细信息

为提升超薄控制台吸声性能，提出了一种基于混响室环境的吸声结构吸声性能仿真方法，研究了不同结构组合的无规则入射吸声性能。首先利用阻抗管确定了吸声性能较好的两种复合吸声结构，其次在声学仿真软件中建立混响室数值模型进行仿真并进行实验验证，最后将两种复合吸声结构应用于控制台，通过混响室仿真及实验测试其实际吸声性能。结果表明，最优吸声结构在混响室仿真中，无规则入射的降噪系数仿真值为0.61，通过混响室实验测试的降噪系数为0.64。仿真与实验混响室无规则入射降噪系数相近，验证了仿真模型准确性及最优吸声结构的实用性。通过计权吸声系数评定了最优结构的吸声性能等级为国家C级标准，所提方法对控制台吸声降噪研究具有指导意义。

关键词：吸声系数控制台阻抗管法混响室法

碳纤维复合材料PCD刀具低温和干式制孔试验研究

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表面技术 2024年第14期53卷 157-163页

作者：苏永生王诚朱益洋阮芳涛刘剑安徽工程大学机械与汽车工程学院安徽芜湖 241000 安徽工程大学纺织服装学院安徽芜湖 241000 中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司安徽芜湖 241100

目的针对CFRP开展二氧化碳低温冷却和干式条件下的PCD刀具制孔试验研究,从而提高CFRP材料的切削性能、制孔精度及制孔质量.方法在传统钻孔和低温冷却条件下,采用常规和织构PCD刀具开展制孔试验,分析不同切削参数下的轴向推力、总切削... 详细信息

目的针对CFRP开展二氧化碳低温冷却和干式条件下的PCD刀具制孔试验研究,从而提高CFRP材料的切削性能、制孔精度及制孔质量.方法在传统钻孔和低温冷却条件下,采用常规和织构PCD刀具开展制孔试验,分析不同切削参数下的轴向推力、总切削力、入口直径和相对误差、表面黏结、孔壁形貌及缺陷的差异性.结果在干式和低温冷却条件下,CFRP钻入过程产生的轴向推力和总切削力均随着进给速度的增大而不断增大;在试验条件下,当进给速度增大时,PCD刀具+干式、PCD刀具+低温及PCD织构刀具+低温3种方式下获得的入口直径相对误差范围分别为0.29％～0.42％、0.57％～1.15％、0.38％～0.89％;与干式加工相比,低温冷却有效抑制了刀具切屑黏结;总体来说,在低温冷却下,孔壁表面有明显的纤维断裂,形成较多的纤维断口坑、微裂纹,树脂表面涂覆均匀性较差.结论在CFRP钻孔过程中,相对于干式钻孔,在相同切削参数下,低温冷却下可以获得更大的切削力;与低温冷却相比,采用干式钻孔能够提高入口直径尺寸的制孔精度,有效提高抗黏结效果;总体来说,相同切削参数下,干式制孔获得的孔壁表面更加平整和均匀.

关键词： CFRP PCD刀具制孔精度低温冷却孔壁缺陷

来源：博看期刊评论

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活塞式发动机安装架载荷与强度研究

航空发动机 2020年第2期46卷 97-102页

作者：熊俊吕万韬赵新新张宝柱中电科芜湖钻石飞机制造有限公司安徽芜湖241000 中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司安徽芜湖241000

为了拓展活塞式发动机安装架适航审定思路,对《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》(CCAR23-R3)、《航空发动机适航规定》(CCAR-33-R2)及甚轻型(AC-21-05)、超轻型(AC-21-06)飞机适航标准中规定的活塞式飞机发动机安装架设计... 详细信息

为了拓展活塞式发动机安装架适航审定思路,对《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》(CCAR23-R3)、《航空发动机适航规定》(CCAR-33-R2)及甚轻型(AC-21-05)、超轻型(AC-21-06)飞机适航标准中规定的活塞式飞机发动机安装架设计要求进行分析,给出了活塞式发动机安装架结构设计载荷工况计算、强度分析和试验验证方法。结果表明:活塞式发动机安装架主要采用超静定多路传力桁架结构设计;活塞式发动机安装架正常载荷工况共11组;活塞式发动机安装架静强度分析主要考虑管材拉压弯剪及焊接接头与螺栓连接接头强度。

关键词：安装架载荷计算强度分析试验验证活塞式发动机

某通用飞机复合材料机翼静力强度的有限元分析与试验研究

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复合材料科学与工程 2020年第2期 39-43页

作者：刘嘉熊俊赵新新吕万韬中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司芜湖241000 中电科芜湖钻石飞机制造有限公司芜湖241000

机翼作为飞机的关键结构,对整个飞机的飞行安全性能有着重要影响。为评估某通用飞机全复合材料机翼的静力强度,通过***软件中的壳单元建立了机翼整体结构的有限元模型,并对该机翼在临界载荷作用下进行了有限元分析,给出了机翼的应力、... 详细信息

机翼作为飞机的关键结构,对整个飞机的飞行安全性能有着重要影响。为评估某通用飞机全复合材料机翼的静力强度,通过***软件中的壳单元建立了机翼整体结构的有限元模型,并对该机翼在临界载荷作用下进行了有限元分析,给出了机翼的应力、应变结果。设计制造了机翼的试验件和试验装置,并完成了试验验证。试验结果与理论计算值基本相符,表明机翼有限元模型和分析方法是正确可行的,为结构之后的优化改进提供了依据。

关键词：机翼有限元分析应力测试试验验证

FBG传感技术在飞机机翼动态形变监测中的应用

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仪器仪表学报 2023年第11期44卷 252-260页

作者：张俊陈光辉倪国新熊俊曾捷复旦大学信息科学与工程学院上海200433 中国电子科技集团公司第二十三研究所上海201900 中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司芜湖241199 南京航空航天大学航空学院 210016

机翼是飞机的关键部件之一,在飞行过程中对机翼形变进行在线监测,有助于提升飞机的安全性能及任务执行能力。为此,本文提出一种基于光纤布拉格光栅传感技术的机翼动态形变测量系统;理论分析了FBG波长变化量与机翼表面曲率变化的关系,利... 详细信息

机翼是飞机的关键部件之一,在飞行过程中对机翼形变进行在线监测,有助于提升飞机的安全性能及任务执行能力。为此,本文提出一种基于光纤布拉格光栅传感技术的机翼动态形变测量系统;理论分析了FBG波长变化量与机翼表面曲率变化的关系,利用FBG温度传感器实现应变补偿,利用三次样条插值实现离散曲率的连续化,采用基于连续曲率的形变重构算法实现机翼形变测量;在CA42飞机的4个翼面上布置了36个FBG应变传感器,4个FBG温度传感器,通过地面静力试验得到了机翼的形变测量误差为2.5%;最后,针对机翼动态形变测量系统开展了飞行试验,试验过程完整地记录下了机翼表面的应变、温度及形变信息。试验结果表明,由机翼形变产生的翼梢位移量正比于机翼法向过载,系数分别为86.33 mm/g(左机翼)及80.04 mm/g(右机翼),翼梢最大位移量250 mm,发生在法向过载为2.25 g的时刻。此外,飞机机动半径越小,机翼形变量越大。机翼动态形变测量系统体现了良好的工程适应性。

关键词：光纤布拉格光栅应变机翼形变测量飞行试验

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一种改进径向基函数插值法在气动载荷施加中的应用

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航空工程进展 2024年

作者：郑威熊俊刘剑季凯中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司

气动载荷是飞行器结构有限元分析中一类重要的载荷形式，由于气动载荷的网格一般与结构网格不匹配，甚至气动载荷是以坐标—压强表格的形式给出的，需要对其进行三维插值后才能施加到结构网格上。提出一种改进径向基函数插值法，该方法... 详细信息

气动载荷是飞行器结构有限元分析中一类重要的载荷形式，由于气动载荷的网格一般与结构网格不匹配，甚至气动载荷是以坐标—压强表格的形式给出的，需要对其进行三维插值后才能施加到结构网格上。提出一种改进径向基函数插值法，该方法在径向基函数插值法的基础上，通过插值点的法向量对插值点的邻近空间进行扭曲，以减少非共面采样点的干扰，并通过K维树数据结构提高算法效率；该改进径向基函数插值法可以仅依据坐标—压强表格获得与结构网格匹配的载荷谱，通过对几种典型飞行器结构算例进行气动载荷的插值，证明该方法的可行性。结果表明：改进的径向基函数插值法为气动载荷在飞行器结构有限元分析中的准确施加提供了有效手段，具有重要的应用价值。

关键词：径向基函数三维插值气动载荷有限元分析 K维树

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一种高效的正常类飞机全机疲劳试验方法

民用飞机设计与研究 2020年第3期 29-34页

作者：吕万韬熊俊赵新新中电科芜湖通用航空产业技术研究院芜湖241000

目前国内飞机结构疲劳耐久性评定通常采用规范谱和飞机典型设计任务剖面相结合来编制疲劳试验载荷谱,对全机完整结构进行考核,这将耗费巨大的成本和周期,也因此全机疲劳试验成为型号机体结构设计验证最后以及最复杂的一环。对于以经济... 详细信息

目前国内飞机结构疲劳耐久性评定通常采用规范谱和飞机典型设计任务剖面相结合来编制疲劳试验载荷谱,对全机完整结构进行考核,这将耗费巨大的成本和周期,也因此全机疲劳试验成为型号机体结构设计验证最后以及最复杂的一环。对于以经济性为主要研制要求的正常类飞机,为了推进型号研制工作和取证进度,需要缩减全机疲劳试验的成本和周期。在CA42型飞机适航取证的全机疲劳试验工作中,依据FAA认可的规范谱编制了疲劳试验谱,将疲劳考核目标由整机结构调整为机体主要承力结构,并相应简化了全机疲劳试验载荷加载方式,形成了一种高效的全机疲劳试验方法。通过该方法,CA42飞机全机疲劳试验仅耗时两月,试验成本主要为工时,有效的推进了适航取证工作,并缩减了研制成本。

关键词：正常类飞机全机疲劳试验试验载荷谱简化加载方式

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中型无人机飞行包线研究

航空科学技术 2023年第7期34卷 57-62页

作者：熊俊郑威李洪淼刘照琳季凯中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司安徽芜湖241000

由于现有国内外无人机标准均参考有人机适航规章与标准制定,飞行包线中载荷因数规定得相对保守,直接造成机体结构设计偏重。本文对比研究国军标无人机强度刚度规范GJB 5435—2005与北约无人机系统适航性要求NATO STANGA 4671中的飞行包... 详细信息

由于现有国内外无人机标准均参考有人机适航规章与标准制定,飞行包线中载荷因数规定得相对保守,直接造成机体结构设计偏重。本文对比研究国军标无人机强度刚度规范GJB 5435—2005与北约无人机系统适航性要求NATO STANGA 4671中的飞行包线计算方法,采用离散突风模型与连续湍流模型计算飞机突风载荷因数,同时结合美国联邦航空局(FAA)通用飞机法向加速度数据分析与收集项目DOT/FAA/CT-91/20发布的飞行载荷因数实测数据,对现有标准中的中型无人机飞行包线进行合理裁剪,裁剪后的飞行包线可有效降低机翼载荷,进一步促进飞机结构减重。

关键词：中型无人机机动载荷因数突风载荷因数飞行包线