摘要：连续纤维增强复合材料因其优异的比刚度、比强度等特性,在航空航天、国防军工、医疗器件等高端装备领域得到了广泛的关注和应用。其中,纤维方向对连续纤维增强复合材料的力学性能有着重要影响,但是由于常规制造工艺的局限,纤维路径通常沿0°、45°、90°等规律一致的方向来设定,连续纤维增强复合材料的优势无法被充分利用。如今,3D打印技术促进了制造具有复杂曲线纤维路径复合材料的发展,其对应的纤维方向及路径优化设计方法正逐步引起国内外专家学者的重点关注。本文围绕纤维增强复合材料的纤维方向及路径优化设计方法,介绍了正交各向异性材料方向优化理论,回顾了纤维角度优化方法,总结了现有纤维路径规划算法,探讨了相关前沿问题并做出了未来展望。本文为高性能连续纤维增强复合材料的优化设计和制造提供了重要信息,有助于推动高性能连续纤维增强复合材料的快速发展和广泛应用。

摘要：为实现复杂曲面外形的大型复合材料构件的自动化成形制造,根据结构设计要求,按照给定点的纤维方向,提出了利用最小二乘法构造铺丝角度(方向)分布函数、通过变角度铺放使得纤维方向满足铺丝角度(方向)分布函数的轨迹规划方法。根据生成的铺丝轨迹,通过覆盖性分析判断丝束增减,并利用组件应用框架技术开发了相应的软件模块。通过某飞机尾段整体铺丝仿真试验对算法进行了验证,结果表明该算法能够满足结构设计纤维方向要求。

摘要：采用流固耦合算法,就材料特性、纤维方向、桨叶侧斜和负荷大小对复合材料螺旋桨水动力性能的影响展开数值计算研究。研究结果表明,当材料的平面剪切模量较低、或桨叶侧斜角度较大、或桨叶负荷较大(低进速系数或者高转速)时,桨叶的扭转变形量及水动力变化较大。纤维方向显著影响复合材料螺旋桨的流固耦合性能。直接改变桨叶材料、纤维方向或侧斜角度时,复合材料螺旋桨在大部分工况下的敞水效率均低于具有同样几何形状的金属螺旋桨,其水弹性效率的提升有赖于更完备的设计方法。

摘要：利用生物材料试验机和套管式高聚物霍普金森拉杆装置,试验得到了猪后腿肌肉在宽应变率范围(0.02～2100s-1)内沿纤维方向和垂直纤维方向的拉伸应力应变曲线。编写程序对动态试验中高聚物杆波的弥散和衰减效应进行了修正。对试验结果采用了1维方差统计分析,结果发现:应变率从0.02s-1上升到2100s-1,肌肉在2个加载方向上流动应力都显著提高,即具有明显的应变率效应;低应变率下,纤维方向的极限强度比垂直纤维方向的大,而破坏应变无显著不同,准静态应力应变曲线的形状与其他软组织类似,开始为"足趾"区,后进入线性区,接着又有1段非线性区,最后达到极限强度,试样逐渐破坏;高应变率下,应力应变曲线无"足趾区",这是因为组织中的螺旋结构来不及伸直所致。垂直纤维方向比纤维方向有更高的初始模量,但随应变增加,两者流动应力无显著差别,且纤维方向流动应力有逐渐高于垂直纤维方向的趋势。

摘要：含有主动材料的复合结构越来越多地应用于自适应结构中。主动纤维材料的应用为复合结构带来了新的特性也使其设计更为复杂。针对受压电纤维材料(MFC)驱动的主动材料复合板的变形进行研究,目的在于获得MFC驱动复合板扭曲变形与MFC纤维铺设及驱动模式的关系。基于弹性力学理论建立了受电压作用主动纤维产生的应变与由此导致的复合板的内力、变形之间的关系,并利用Ritz法,通过假设双向梁函数组合级数的位移场建立了该问题的求解方法,经推导得到了MFC驱动下位移场的求解方程,实验结果验证了其有效性。为了评估MFC驱动复合板在不同条件下的驱动效果,针对复合板变形所具有的弯扭耦合特点,在定义复合板截面等效扭转角和等效弯曲角的基础上提出了主动复合板驱动扭曲变形效率的概念和计算方法,利用该方法分析了MFC的铺设角度以及电压驱动模式对复合板扭曲变形效率的影响。依据分析所得到的结果给出了对应不同约束条件的MFC驱动复合板主动纤维布置及驱动模式的选择方案。

摘要：波形整形技术使试样满足应力均匀条件和恒定应变率加载,石英片检测试样两端的应力均匀性,获得微弱的透射信号。对开始加载阶段径向惯性效应带来的轴向应力附加值给予了计算修正,得到了肌肉在不同加载方向和不同应变率下的应力应变曲线。结果发现:肌肉材料的应力应变曲线呈现粘弹性材料所具有的凹向上特征,由最小显著差数法进行统计分析,发现猪后腿肌肉的力学性能对应变率和加载方向都敏感。沿纤维方向压缩时肌纤维易发生压缩失稳,强度比垂直纤维方向低。

摘要：为研究NY9200GA环氧树脂体系预浸料的自动铺放粘结性工艺特性,采用自行设计的预浸料粘结性测试装置,通过单因素试验,研究不同铺放工艺条件下预浸料的层间粘结性变化规律;运用正交试验法确定各铺放工艺参数对粘结性的影响程度。结果表明,随着铺放温度的升高,预浸料层间粘结性先增大后降低,在温度为40℃时粘结性出现峰值;铺放压力的增大和速度的减小均会增加预浸料层间的粘结性;温度对预浸料层间粘结性值的影响最大,压力的影响次之。此外,预浸料层间粘结性与放置时间和纤维方向有关,在室温环境中存放的时间越长,预浸料层间的粘结性越低;随着相邻铺层间纤维夹角的增加,预浸料层间粘结性也逐渐增加,其中0°/90°铺层间粘结性是0°/0°的近两倍。

摘要：水泥基材料的单纤维拉拔试验对测试仪器要求较高,试验操作难度大,很多实验室不具备测试能力。针对该问题,采用格构模型理论建立模型,基于分段步进式方法,对单纤维拔出过程进行数值仿真,得到纤维拉拔荷载-位移响应曲线。通过文献中的试验数据对模型进行验证,发现该模拟方法可以模拟单纤维拉拔过程及荷载-位移曲线。进一步,通过模型研究纤维方向、弹性模量和水泥-纤维界面黏结强度对于拉拔荷载-位移响应曲线的影响。模拟结果可用于研究不同边界条件下各种因素对试验结果的影响,计算工程水泥基复合材料单裂缝桥接关系,为高韧性工程水泥基材料设计提供参考。

摘要：建立了忽略厚度、轴向缩短和宽度变窄等因素的板条扭曲变形几何模型。分析表明,变形程度与长度负相关、与宽度和扭曲角正相关,且宽度影响敏感性。参照已有的研究和有关材料性能试验标准进行试样设计,在Q235钢棒上截取了2种宽度、3种厚度、统一长度,纤维分别沿纵向、横向和厚向分布的试样,利用特制的试验装置完成了直接扭曲试验,得出了极限扭曲变形数据。两者对比结果表明,厚度较小,容易失稳,厚度增大,不易失稳,但易破裂;实际的纯扭曲变形中,不能忽略板条轴向缩短、宽度变窄对变形带来的影响,文献中的许用伸长率用作扭曲变形边缘伸长极限判据偏安全;纤维沿纵向分布时扭曲变形性能最好,沿厚向和横向分布时性能均较差。初步判断纯扭曲变形属于复合类变形。

摘要：利用Autodesk Helius PFA软件,将注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等历史映射至前端模块的结构性能评价仿真。结果表明,注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等成形历史影响前端模块的服役性能评价。与试验测试结果相比,映射和未映射注射成形历史的仿真最大位移均偏小。相比之下,映射注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等成形历史的最大位移较大,且这种趋势随变形位移的增大而增大。当试验测试位移很小时,两种仿真方法的结果都与试验有较大的误差。当试验测试位移大于0.65 mm时,映射注射成型历史的百分误差Er、极差R和方差s2均较小,有利于指导玻璃纤维增强塑料车身结构的精准设计。