关键词： 复合材料   多尺度分析   数值模拟   代表性体积单元   弹塑性分析  

摘要： 发展了一种基于DirectFE2的弹塑性多尺度分析方法，适用于对三维复合材料层合板弹塑性力学响应进行数值模拟。将宏观模型和微观代表性体积单元（RVE）合并在同一个有限元分析中，并通过线性多点约束条件（MPCs）将宏观和微观两尺度模型的自由度进行耦合，从而实现尺度间信息传递。通过采用微观非均质材料组分的本构关系进行数值分析可直接获得宏观均质结构的力学响应。微观RVE模型包含弹性纤维和塑性基体两种材料组分，而基体的非线性力学行为采用弹塑性本构模型进行描述。基于径向回映法推导了基体弹塑性本构模型的数值算法及相应的数值一致性切线刚度矩阵，保证有限元分析采用Newton-Raphson 迭代法解答非线性问题的计算效率，开发了用户自定义材料子程序UMAT并嵌于有限元程序ABAQUS v6.14。对不同加载情况下的T300/7901复合材料分别采用单个宏观单元、多向层合板RVE和单向层合板三种不同尺寸模型进行数值模拟，验证Direct FE2分析方法的有效性。结果显示，采用本文发展的Direct FE2弹塑性多尺度分析方法预测得到的宏观应力-应变曲线与试验结果吻合良好，同时能捕捉到微观RVE组分的应力应变演化，为复合材料微观结构的设计和制备提供一种有效分析方法。

关键词： 复合材料   流动压实   孔隙率   有限元仿真   固化  

摘要： 针对热固性树脂基复合材料固化过程的孔隙演化问题，建立了描述复合材料流动压实过程仿真模型，用来预测复合材料固化过程的孔隙率变化。首先建立包含热-化学、纤维床压缩、孔隙压缩以及树脂束间流动子模型的多场耦合模型，用以准确描述流动压实过程复合材料内部的孔隙率变化。利用ABAQUS有限元分析软件的UMAT子程序，将上述子模型植入到软件中，并通过相应的实验孔隙率测量，验证仿真模型的有效性。研究还表明，L型复合材料构件圆角处由于剪切滑移能力不足，其孔隙率要高于平板区域位置。而在仿真模型中，纤维床刚度、粘度、层间摩擦系数和固化压力对孔隙率的变化起到重要作用。

关键词： Particle swarm optimization (PSO)  

摘要： The design of support layout for thin-walled composite components is an important method to suppress the vibration and deformation of their processing. However, most of the support layout optimization process only considers single vibration or deformation, and ignores influence of suction cup adsorption on the workpiece, which causes deviations from the actual working conditions. In this paper, a particle swarm optimization algorithm+finite element fusion-driven optimization method for support layout of the thin-walled components is proposed, which comprehensively considers adsorption deformation of the workpiece, effective separation of natural frequency of the workpiece and excitation frequency of the tool after supporting, and the additional auxiliary support, so as to optimize numbers and positions of the support points on the premise that the maximum deformation meets the requirements. Firstly, the support points were increased successively at the maximum deformation until the deformation requirements were met, then the support points were increased at the maximum amplitude of the vibration mode corresponding to the natural frequency that was easy to generate resonance, until the frequency requirements were met, thereafter the optimization algorithm was used to find the minimum number of support points and optimize the support layout on this basis. The results show that the proposed method can effectively reduce numbers of support points on the premise of ensuring the frequency and deformation requirements. © 2025 Aeronautical Manufacturing Technology Magazine Office. All rights reserved.

关键词： 异型贮箱   密封   抗渗漏   张开位移   充压试验  

摘要： 异型贮箱在提高结构空间利用效率、承担载荷方面，相较传统长柱型和球形贮箱更具优势。盛装燃料不渗漏是动力系统对贮箱的最基本要求。针对目前复合材料贮箱以强度和刚度设计为主，密封抗渗漏设计考虑不足的问题，本文以某型全复合材料异型贮箱为研究对象，开展抗渗漏设计与分析工作。首先，通过识别易渗漏部位，设计典型元件并进行充压试验，并结合无损检测与断口微观形貌分析，验证了密封涂层的可靠性。基于试验结果，进一步开展典型元件充压试验仿真分析，考虑尺寸效应对密封性能的影响，初步确定了HM-111密封涂层的许用张开位移0.076 mm。最后，对复合材料异型贮箱进行了结构设计，考虑刚度强度的同时，引入密封涂层的许用张开位移，通过与贮箱压力测试的实验结果对比，验证了张开位移作为密封涂层失效判定能够满足贮箱抗渗漏设计需求。

关键词： 接触压力   表面微织构   摩擦系数   铝合金与碳纤维增强聚合物界面  

摘要： 随着碳纤维增强复合材料（CFRP）在航空航天领域的广泛应用，研究其与铝合金连接界面的摩擦性能显得尤为重要。本研究通过实验探讨了表面微织构参数对铝合金-CFRP连接界面摩擦性能的影响。研究结果表明，压应力和微沟槽几何参数对界面摩擦性能具有显著影响。随着压应力从7.5 MPa增加到30 MPa，滑动摩擦系数显著降低，这主要归因于自润滑膜的形成和增强。铝合金表面的微结构在高压应力下嵌入CFRP板中，产生犁沟效应，微切削作用生成的环氧树脂碎屑填充微结构沟槽，形成稳定的润滑膜。实验还显示，沟槽深度对摩擦性能的影响最为显著，31.8 μm深的沟槽能显著降低滑动摩擦系数至0.197。压应力与微织构几何参数的协同作用显著提升了界面摩擦性能和连接强度。本研究为优化复合材料连接技术提供了理论依据和实践指导。

关键词： 复合材料L型层合板   缺胶缺陷   失效行为   数值分析   渐近损伤  

摘要： 本文结合实验与数值分析方法，探讨了缺胶缺陷对L型复合材料层合板侧弯承载能力及失效过程的影响。实验方面，通过在纤维层局部涂抹脱模蜡，采用真空辅助树脂灌注工艺制备了含缺胶缺陷的L型层合板，开展侧弯试验分析了缺胶缺陷位置的影响规律。数值分析方面，构建了含缺胶缺陷L型层合板三维有限元模型，基于Hashin失效准则与内聚力方法分析层内与层间失效，探究缺胶缺陷对失效行为的影响机制。实验结果表明，缺胶缺陷会显著降低L型层合板的承载能力，并改变其损伤扩展路径，由无缺陷层合板中间区域的主裂纹扩展转变为缺胶缺陷区域的多层分散扩展。数值模拟揭示了缺胶区域的应力集中是导致缺胶区提前失效的主要原因。且缺胶缺陷的局部损伤改变了周边应力的重分布形式，剩余部分多个分层同步扩展。缺陷位置对承载力有显著影响，中间层影响最大，内表层次之，外表层最小。本研究可为含缺胶缺陷L型层合板的损伤行为研究、安全性评估及损伤容限设计提供参考。

关键词： 纳米复合材料   ZnFe   O   @ZIF-8@Ag   抑菌   抑菌机制   Ag纳米颗粒(NPs)  

摘要： 随着抗生素的广泛应用，细菌对抗生素的耐药性逐步增强，尤其是多重耐药菌株的出现，使传统抗生素治疗面临严峻挑战。为应对这一问题，本研究以FeCl3和ZnCl2为原料，通过“热溶剂法”制备磁性铁酸锌(ZnFe2O4)，并在表面包覆ZIF-8，构建ZnFe2O4@ZIF-8纳米微球，最终通过吸附法在ZnFe2O4@ZIF-8表面负载平均粒径为8 nm的银纳米颗粒（Ag NPs），制备ZnFe2O4@ZIF-8@Ag纳米复合材料。利用透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）以及振动样品磁强计（VSM）等技术对复合材料的结构和性质进行了系统表征。以革兰氏阴性菌大肠杆菌（E. coli）、革兰氏阳性金黄色葡萄球菌（S. aureus）和耐药菌沙门氏菌（T-Salmonella）为测试菌，研究复合材料的抑菌活性、抑菌机制和促感染伤口愈合活性。实验结果表明，该纳米复合材料具有更高效的抑菌活性，在浓度为100 μg/mL时，20 min内对E. coli的抑菌活性可达96.5%，对S. aureus和T-Salmonella的抑菌活性可达99.9%。在10天内对小鼠创伤愈合率达95.2%。抑菌机制研究表明，该纳米复合材料通过破坏细菌细胞壁和细胞膜，导致细菌内部物质和离子泄露，进而引发渗透压失衡，导致细菌死亡。

关键词： 免热处理   复合材料   AlSi10MnMg合金   (TiB   +ZrB   )颗粒   原位反应  

摘要： 采用原位生成反应法制备了免热处理(TiB2+ZrB2)/AlSi10MnMg复合材料。研究了原位生成的ZrB2和TiB2纳米颗粒对AlSi10MnMg 铝合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明，当(TiB2+ZrB2)反应生成量为2.6%（质量分数）、反应时间为20 min时获得的微观组织和力学性能最优。拉伸试验结果证实，复合材料的抗拉强度和伸长率分别为270.1 MPa 和 7.96%，比重力铸造成形的AlSi10MnMg合金分别提高了 36.3%和 315.7%，这归因于TiB2和ZrB2颗粒对共晶Si的变质作用和细晶强化作用。

关键词： 包覆裙板   湿热环境   碳纤维复合材料   冲击   高速列车  

摘要： 复合材料包覆裙板在服役过程中会受到飞溅砾石等异物的冲击，同时长期在湿、热等复杂环境下复合材料也会产生老化现象，进而降低其服役安全性。基于此，文章首先建立了考虑湿热效应的复合材料层间和层内本构模型，通过与文献中湿热前后层合板冲击试验结果对比，验证了模型的准确性。在此基础上，参考GB/T 39805—2021和TB/T 1451—2022标准，并结合高速列车服役环境，开展了25 ℃干燥、30 ℃湿热、50 ℃湿热3种典型服役环境下的复合材料包覆裙板抗冲击性能计算，圆球初始冲击速度分别取104.17 m/s、111.11 m/s、118.06 m/s、125.00 m/s、135.94 m/s。结果表明：吸湿量是影响复合材料包覆裙板防护性能的主要因素。在118.06 m/s冲击速度下，相较于未老化25 ℃，老化30 ℃和50 ℃下圆球剩余速度上升比例分别为2.99%、14.19%；复合材料包覆裙板能量吸收下降比例分别为1.02%、5.12%；未老化25 ℃下复合材料包覆裙板破口直径为19.11 mm，老化50 ℃下增加比例为3.87%。

关键词： 单向纤维增强复合材料   RVE   参数化计算   机器学习   多物理性能预测  

摘要： 单向纤维增强复合材料的各物理性能与其组分材料性能和纤维的分布有着不同程度的关联。为此，本文基于卷积神经网络（CNN）与人工神经网络（ANN）进行建立了能同时考虑图像数据和文本数据的CNN-ANN模型。首先采用贪婪自适应（GBG）算法生成的代表性体积单元（RVEs），进而基于细观力学有限元分析构建了共1400个包含不同纤维分布的图像数据及其纤维最近邻信息文本数据的输入数据集。所提出的CNN-ANN融合模型对单向亚麻纤维树脂基增强复合材料（FFRPCs）各方向导热系数的拟合度R2均超过了99%。对横向拉伸模量、横向拉伸强度以及起始失效应变的拟合度R分别达到了99.7%、94.9%和87.1%。相较于基于单一文本数据集的ANN模型，CNN-ANN融合模型具有较高的预测精度。本文的研究结果验证了基于图像数据和文本数据的CNN-ANN融合模型的可行性和优越性。为今后机器学习方法在复合材料多物理性能预测方面的应用和研究提供有益参考。