现代航天器和运载火箭的设计更倾向于降低系统级设计和组装的复杂性。为了在降低这些复杂性的同时保持较高的整体系统性能,使用智能材料和智能结构部件是一种众所周知的做法,目前越来越受到空间系统设计人员的关注。本文讨论了智能空间结构的概念,特别是用于航天器和运载火箭应用的嵌入光纤传感器 (OFS) 的碳纤维复合材料结构。本研究重点介绍了此类油箱的操作要求以及光纤传感器实现的智能功能。对于后者,对光纤布拉格光栅传感器 (FBG) 和基于光频域反射仪 (OFDR) 的分布式光纤传感器 (DOFS) 进行了定量比较,以说明它们的核心性能参数,例如灵敏度、传感范围、动态测量能力和空间分辨率。与传统电子传感器相比,光纤传感器在恶劣环境中的性能和可靠性提高,同时尺寸、质量和功耗降低。嵌入碳纤维结构的光纤传感器已证明其能够提供准确的实时温度测量和监测结构完整性,同时精确检测可能的破裂和故障点,如文献综述中讨论和展示的那样。光纤传感在智能推进剂储罐中的应用可能会扩展到检测流体泄漏,还可以通过温度映射提高推进剂计量的精度,并可用于地面鉴定、飞行前测试以及在轨运行、状况和结构健康监测。本文介绍了一种在复合材料压力容器中嵌入 FOS 的最佳方法,并讨论了光纤传感器的相关放置和定位方法,并结合了一个简化的单组分分析应力-应变传递模型,该模型推导出沿最大主方向(即 σ Max Principal )的应力分量。这种新方法被认为可用于在复合材料结构(例如航天器中的压力容器和轻质结构)中最佳地使用嵌入式 FOS。人们相信,简化的模型将为有效的数据解释和处理铺平道路,利用航天器上有限的计算资源。
在 2018-2020 年 ESA GSTP 资助下,Bcomp Ltd. 和 RUAG Space 联合设计并建造了航天器结构演示面板,该面板由 ampliTex™ 亚麻纤维增强复合面板 (FFRP) 和铝蜂窝芯 (AHC) 制成,规格与标准铝/AHC 面板相同。参考设计、机械和环境要求灵感来自 Sentinel-1 卫星的二级结构。
Martin 和 Rousseau 比较了 0~ ~ 层界面和玻璃/环氧胶带中 0~ ~ 层界面的 I 型分层增长行为。这项研究的动机是大多数结构性分层发生在不同的层界面,例如 0~ ~,而 ASTM 标准试样分层测试方法均使用单向试样(以尽量减少残余应力和自由边应力)。Martin 和 Rousseau 在他们的实验工作中观察到,两种铺层中的纤维桥接相似(0~ ~ 配置出乎意料),分层以自相似的方式增长(即不会跳转到其他层界面),并且 0~ ~ 铺层的静态临界应变能量释放率 Glc 比单向配置表现出更低的平均值和更高的散射(在小样本量上)。两种样品设计均产生类似的疲劳分层起始结果。这项工作的一个有用的亮点是开发了一种设计多向层压分层试样的通用方法,可最大限度地减少弯曲扭转耦合、自由边和残余应力。
检测水下物体是最关键的技术之一,并且在海军战中开发复杂的声纳系统一直存在着努力。反对这样的努力,隐藏水下车辆,设备和武器的对策是另一个技术挑战。针对潜艇和其他水下物体(例如海军矿山)的声音检测的有效对策之一是使用复合/混合材料来防止易于检测。几何形式,形状和层,以及声学阻抗的调整,通过吸收声波波导致声纳信号大大降低。在这项研究中,开发了多层复合/杂种结构的原始和新颖设计,并在80 kHz-100 kHz频率范围内应用了水下声学测试程序。这项研究中获得的发现表明,具有多孔结构的多层复合/杂化材料的值比钢板的值要低得多,并且可能是潜在的候选物,作为水下矿山的覆盖和/或外壳材料,以减少在检测和识别识别的声学签名。
大型复合材料结构(例如飞机机翼和风力涡轮机叶片)在运行过程中会承受循环载荷。使用过程中的损坏通常会由于材料摩擦而产生过多的热量,这可以通过热成像检测出来。本研究开发了一种基于热成像数据分析定量分析此类结构损伤的方法。当全尺寸复合材料风力涡轮机叶片在实验室中受到循环载荷时,使用被动热成像对其进行检查。从热成像图像中识别损伤区域,并使用图像处理自动跟踪损伤区域。随后在整体和细节层面上表征损伤区域。分析了损伤状态随疲劳循环次数的变化,并提供了有关损伤面积增长和损伤严重程度的信息。根据损伤区域的温度和焓变研究损伤的起始和进展。本研究为在循环载荷下对大型复合材料结构进行有效的结构健康监测和损伤预测提供了一种可行的解决方案。
许多过程参数可能会影响聚合物基质复合结构中粘合键关节的性能。除了与表面制备相关的参数列表外,这些参数还可以包括(但不限于):粘合剂年龄,粘附年龄(可以直接与贴材中的固定水分直接相关),粘合剂的粘合时间和固化特性(包括坡度,包括坡道,气候速率和持有持续时间)。在评估这些潜在关键过程参数的效果方面,就测试方法而言存在几种选项。lap剪切可能是最被考虑的测试方法,这主要是由于其易用性。母体面板的制造很简单,尽管已知粘合区边缘的粘合剂在关节的自由边缘处的应力浓度至关重要[1,2]。此外,测试是具有成本效益的,由于不需要专门的固定,测试持续时间很短,并且数据收集需求最少(通常仅记录故障负载)。然而,膝盖剪切测试仅验证短期键强度,并且是长期耐用性的差[3-6]。
本文对直接能源系统对飞机复合结构的影响的研究进行了全面综述,以对该领域的最先进研究和发展产生良好的了解。审查始于在飞机结构中的复合材料的应用,并突出其特定的应用和局限性领域。给出了定向能源系统的概述。讨论了此类别中的一些常用系统,并描述了激光能量系统的工作原理。详细审查了有关受到定向能量系统(尤其是激光系统的效果)的飞机复合结构的实验和数值研究。尤其是,报告了激光系统的一般影响以及相关的损伤机制针对复合结构的一般影响。审查提请人们注意该领域的最新研究和发现,并有望在未来的理论,数值和实验研究中指导工程师/研究人员。©2020中国军械学会。Elsevier B.V.的发布服务代表KEAI Communications Co. Ltd.这是CC BY-NC-ND许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)下的开放访问文章。
摘要:传统的制备金属—陶瓷复合结构的方法,由于金属与陶瓷材料之间的热膨胀系数等性能差异,容易产生分层、开裂等缺陷。激光定向能量沉积(LDED)技术具有在成形过程中可以改变材料成分的独特优势,该技术可以克服成形复合结构时存在的问题。本研究利用LDED技术制备了多层复合结构,不同的材料采用各自合适的工艺参数进行沉积。先沉积一层Al 2 O 3 陶瓷,再沉积三层NbMoTa多主元合金(MPEA)作为单一复合结构单元。在φ20 mm×60 mm圆柱体上表面成形了由多个复合结构单元组成的NbMoTa–Al 2 O 3 多层复合结构试件,耐磨性较NbMoTa提高了55%。平行成形方向电阻率为1.55×10 − 5 Ω×m,垂直成形方向电阻率为1.29×10 − 7 Ω×m,成功获得了一种电各向异性的新型材料,本研究为智能材料及新型传感器的制备提供了实验方法和数据。
对称信息完整测量 (SIC) 是希尔伯特空间中优雅、著名且广泛使用的离散结构。我们引入了一个由多个 SIC 复合而成的更复杂的离散结构。SIC 复合结构定义为 d 维希尔伯特空间中的 d 3 个向量的集合,可以以两种不同的方式划分:划分为 d 个 SIC 和 d 2 个正交基。虽然当 d > 2 时,它们的存在似乎不太可能,但我们意外地发现了 d = 4 的明确构造。值得注意的是,这种 SIC 复合结构与相互无偏基具有密切的关系,正如通过量子态鉴别所揭示的那样。除了基本考虑之外,我们利用这些奇特的属性来构建量子密钥分发协议,并分析其在一般窃听攻击下的安全性。我们表明,SIC 复合结构能够在存在足够大的错误的情况下生成安全密钥,从而阻止六态协议的推广成功。