-复合材料结构分析与成形原理

树脂基复合材料缠绕成型工艺的研究与应用

姓名：刘伟萍

(西北工业大学机电学院, 陕西西安710072)

摘要：随着我国航空事业的发展，先进材料方面的需求越来越急迫，复合材料各方面的

优秀性能使得它在飞机上的应用越来越广泛。现阶段我国在复合材料方面虽然取得了一

定进展，但在成型工艺方面与欧美等国家还存在一定差距。复合材料的成型工艺方法很

多，本文主要介绍了树脂复合材料缠绕成型工艺的特点、工艺流程、及现阶段还存在的

一些问题和相应的解决办法。

关键字：树脂基复合材料缠绕成型工艺流程

The Research and Application of Winding And Forming Process of Polymer Composites

Abstract:With the development of Chinese aviation industry,the demand in the spects of advanced materials become more urgent.Because of the excellent properties of composites,it is applied more and more widely in the aircraft.Nowadays,China has made some progress in terms of composite materials ,But in terms of composites forming process,there is still a gap between China and westen developed countries like America and UN.There is A lot of methods in c omposites and winding forming process,this paper describes the characteristics、forming process of polimer composites,it also introduces some problems and corresponding solutions.

Keyword:Polymer Composites Winding And Forming Process technological process

1 绪论

1.1复合材料的应用与研究

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料具有质量轻、比强度、比模量高，较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、耐高温、性能可设计性等特点，因此被大量用于航空航天等军事领域和民用领域，是制造飞机、火箭、航天飞行器等的理想材料。

在航空工业中，复合材料的应用越来越广泛，而且成为衡量飞机性能的重要参数。复合材料成型技术在应用过程中不断积累应用经验,提高技术水平, 完善

配套技术, 从非承力构件整流蒙皮逐渐发展到承力构件尾翼、机翼, 从简单结构层合壁板, 逐渐发展到整体复合材料结构尾翼和机翼。先进树脂基复合材料在飞机上的应用可以实现15% ～30%减重, 可有效降低飞机的结构重量, 提高飞机的机动性能和有效载荷等。飞机结构复合材料化已经成为趋势, 先进树脂基复合材料已经成为不可缺少的关键航空结构材料。从上世纪90 年代开始, 先进战斗机大量使用先进树脂基复合材料, 如F - 22飞机复合材料的用量达到约25% , F - 35 复合材料用量达到35% ,主要应用包括机翼、机身、尾翼等主要承力构件。先进树脂基复合材料在民用飞机的应用从2003 年用量得到了跨越发展, 空客公司的A380宽体客机复合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787飞机复合材料用量达到约50% , 空客公司在研究的A350XWB复合材料用量将达到52%。随着国内先进树脂基复合材料性能的提高, 制造技术的不断成熟, 配套无损检测和装配等技术的完善, 国内先进树脂基复合材料在直升机、歼击机和大型飞机得到相当的应用。歼击机复合材料的用量已经达到6% ～9% , 主要包括机翼、平尾、垂尾、前机身、鸭翼、襟副翼、腹鳍等; 直升机复合材料用量达到25% ～33% ,主要包括旋翼系统和机身结构。先进树脂基复合材料机翼、平尾、垂尾、鸭翼、直升机机身、尾段等复合材料构件已经实现批量生产。

1.2树脂基复合材料的应用现状

复合材料按其基体材料的不同可分为聚合物复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料，我们通常所说的树脂基复合材料属于聚合物复合材料，现阶段复合材料的应用以它最广，占所有复合材料总量的90%以上。所以本文主要讲述了树脂基复合材料的成型工艺。

先进复合材料主要指热固性树脂或热塑性树脂为基体、高性能连续纤维为增强体的一类材料，对于飞机承力结构而言，尤其以碳纤维/环氧树脂基复合材料和碳纤维/双马树脂基复合材料用量最大。先进复合材料是通过一定的工艺方法由树脂和纤维复合而成的，与传统的金属材料不同，树脂基复合材料工艺过程具有材料形成和构件成型同时完成的特点，即复合材料形成时其结构尺寸与构件基本一致，只需少量的后加工便可使用。这个特点一方面使得一些对于传统材料难以加工的构件成为了可能，另一方面也决定了工艺过程对于复合材料性能和成本的重要性。目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借其本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。

1.3树脂基复合材料成型工艺

树脂复合材料的成型方法主要包括两部分：热塑性树脂复合材料成型和热固性树脂复合材料成型。热塑性树脂基复合材料的成型方法包括树脂传递模塑成型法、模压成型法、注射成型法、拉挤成型法、弹性体储存成型法和纤维缠绕成型法等：热固性树脂基复合材料成型方法主要包括层压成型法、模压成型法、手糊成型法、拉挤成型法和缠绕成型法等。

1.4 本文研究方向

本文着重介绍了树脂基复合材料缠绕成型工艺及其应用，主要包括缠绕成型的原材料、工艺流程、影响制品的因素、制品容易产生的缺陷和解决办法。

2.树脂基复合材料缠绕成型工艺

2.1树脂基复合材料缠绕成型工艺定义

缠绕成型工艺是一种连续化制备复合材料的方法，将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。

2.2缠绕成型工艺方法分类

根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。

（1）干法缠绕干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸纱（或带）是专业生产，能严格控制树脂含量（精确到2%以内）和预浸纱质量。因此，干法缠绕能够准确地控制产品质量。干法缠绕工艺的最大特点是生产效率高，缠绕速度可达100～200m/min，缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高。其缺点是缠绕设备贵，需要增加预浸纱制造设备，故投资较大此外，干法缠绕制品的层间剪切强度较低。

（2）湿法缠绕湿法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。湿法缠绕的优点为：①成本比干法缠绕低40%；②产品气密性好，因为缠绕张力使多余的树脂胶液将气泡挤出，并填满空隙；③纤维排列平行度好；

④湿法缠绕时，纤维上的树脂胶液，可减少纤维磨损；⑤生产效率高（达200m/min）。湿法缠绕的缺点为：①树脂浪费大，操作环境差；②含胶量及成品质量不易控制；③可供湿法缠绕的树脂品种较少。

（3）半干法缠绕半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中的气泡含量降低。

三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。

2.3缠绕成型工艺特点

纤维缠绕成型的优点①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；②比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40～60%；③可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；④生产效率高：

采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高；⑤成本低：在同一产品上，可合理配选若干种材料（包括树脂、纤维和内衬），使其再复合，达到最佳的技术经济效果。

缠绕成型的缺点①缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特别是表面有凹的制品，因为缠绕时，纤维不能紧贴芯模表面而架空；②缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热炉，脱模机及熟练的技术工人，需要的投资大，技术要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本，才能获得较的的技术经济效益。

2.4缠绕成型工艺的原材料

复合材料缠绕工艺所用的原材料主要有增强材料和基体树脂材料两大类。

（1）增强材料缠绕成型工艺对增强材料的要求是：有较高的强度和模量；对粘结剂有较好的浸润性；成型过程中不起毛、不断头。常用的增强材料有：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维等。可根据制品的性能要求选择。

(2)基体树脂对基体树脂的要求是：能满足制品的性能要求（如力学性能、耐热性能、耐老化性能、介电性能等）；对增强材料有良好的浸润和粘接性，有较低的固化温度。常用的树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂等。

在干法缠绕成型工艺中采用浸渍无纬带作为原材料。

2.5缠绕成型工艺流程

缠绕成型工艺流程图如下图所示

其工艺过程有如下工序组成：胶液配制、纤维烘干及热处理、芯模或内衬制造、浸胶、缠绕、固化、检验、修正、成品。选择合理的缠绕工艺参数，是充分发挥原材料特性、制造高质量缠绕玻璃钢制品的重要条件。影响缠绕玻璃钢制品性能的主要工艺参数包括玻璃纤维的烘干和热处理、玻璃纤维浸胶、缠绕速度和环境温度等。这些因素彼此之间存在有机联系，因此将他们结合在一起研究。

（1）纤维的烘干和热处理

玻璃纤维表面含有水分，不仅影响树脂基材和玻璃纤维之间的粘结性能，同时将引起应力腐蚀，并使微裂纹等缺陷进一步扩展，从而使制品强度和耐老化行下降。因此，玻璃纤维在使用前最好经过烘干处理。

当用石蜡型浸润剂的纤维缠绕时，使用前应先除蜡，以便提高纤维和树脂

基材之间的粘结性能。

（2）玻璃纤维浸胶含量的分布

在玻璃纤维的生产和应用过程中，浸润剂起着不可替代的关键作用。浸润剂含量是玻璃纤维成品纱中一项重要的理化指标，它不仅直接影响成品纱的外观质量，而且更会影响成品纱的性能质量。浸润剂含量过低，就会出现严重的毛丝、散丝等现象，并显著降低纤维的抗拉强度;浸润剂含量过高，虽然在一定程度上会提高纤维的抗拉强度，但一般会降低纤维在树脂中的浸透速率，影响纤维与基体的界面结合程度。此外，浸润剂还是玻璃纤维工业中成本价格比例较高的主要原料之一，成品纱的浸润剂含量越高，其生产成本越大，因而会降低经济效益。由此看来，玻璃纤维的生产要想同时达到既降低生产成本而又提高产品质量，就必须加强对浸润剂含量的控制。在现行玻璃纤维行业标准中，对成品纱的浸润剂含量指标要求为0.5%-2%，这只是在玻璃纤维没有品种分类、浸润剂技术指标参差不齐情况下概括性的大范围全容标准。随着玻璃纤维分类的细化、浸润剂技术的发展，各厂家在实际生产中都对某一种类玻璃纤维或某一浸润剂配方都有一个相对较小的控制范围，以利于生产的稳定和产品质量的稳定。一般缠绕型、拉挤型等纱的浸润剂含量大致在0.5%-0.9%范围内，而纺织型纱大多在1%以上。

纤维胶含量是在纤维浸胶过程中进行控制的。浸胶过程可分为两个阶段，首先是树脂胶液涂敷在增强纤维表面，之后胶液向增强纤维内部扩散和渗透。这两个阶段常常是同时进行的，缠绕工艺的浸胶通常采用浸渍法和胶辊接触法，如下如所示：

图（a）图（b）

（4）缠绕张力

缠绕张力是缠绕工艺的重要参数。张力大小、各束纤维之间张力的均匀性以及个缠绕层之间纤维张力的均匀性，对制品力学性能、密实度和含胶量有较大影响。

（5）固化制度和环境温度

玻璃钢固化有常温固化和加热固化两种，这由树脂体系决定。固化制度是保证制品充分固化的重要条件。直接影响玻璃钢制品的物理性能和其他性能。对不同性能要求的玻璃钢制品，即使采用相同的树脂系统，固化制度也不完全一样，不同树脂系统的固化制度不一样。对各种树脂配方没有一个广泛适用的固化制度，只能根据不同树脂的配方、制品的性能要求，并考虑制品的形状、尺寸、及构造情况，通过实验确定出合理的固化制度，才能提高制品的质量。

树脂系统的粘度随着温度的降低而增加。为了保证胶纱在制件上进一步浸渍，要求缠绕制品的周围温度高于15度。用红外线加热制品表面，其温度在40度左右，这样可以有效提高产品质量。

3.缠绕成型工艺中常见缺陷及解决办法

3.1 国产先进复合材料无法完全满足缠绕成型制造的需求

我国先进复合材料存在的问题为：生产规模小、质量差、价格高、应用基础研究薄弱等。深层次上表现为原材料供应的“瓶颈”效应，即国产复合材料的性能、质量、规格、价格以及供货能力等方面达不到高性能铺放成型制品的要求，无法满足国防、航空航天及民用领域对复合材料的迫切需要。国外预测我国将成为最大的复合材料制造商和用户，需求量将占世界的1/4。基于复合材料的基础性、先导性、战略性特点，从源头解决好复合材料的供应问题，才能使我国缠绕、成型制造技术的快速发展成为可能。

3.2低成本复合材料缠绕成型制造技术

复合材料缠绕成型普遍存在制造成本问题。在缠绕成型过程中，所用设备专一，制造工艺复杂。要使复合材料缠绕成型制造真正进入到产业化阶段，还需作更深一步的研究，发展制造过程优化及工艺控制技术，降低制造成本，拓展缠绕成型制造技术应用领域。

3.3复合材料缠绕成型制造技术的相关理论与方法

通过对复合材料缠绕成型制造技术数十年的研究和成功应用，人们对其有了更深刻的认识。近年来，欧美等发达国家缠绕、铺放成型制造技术在航空、航天及民用领域的大量应用，这其中的原因是多方面的，科学合理的理论与方法是其中的重要因素之一。鉴于此，我国需要建立并不断完善缠绕成型制造技术的相关理论与方法。

3.4复合材料缠绕成型制品的规范与标准。

将复合材料缠绕、铺放成型制品规范化、标准化，使试验和分析更好地结合起来，形成生产和评价的统一指标，可促进全行业的技术发展，显著改进制品的一致性。建立复合材料缠绕、铺放成型制品有效性能实验表征与评价体系，定量化评价成型制品的可靠性和安全性，对于减少风险，降低成本有着不可忽视的作用。

3.5 工艺过程的检验与管理

CAD/CAM与缠绕、铺放成型工艺的结合，有助于缩短产品设计周期、减少废品率、提高制品的质量，提高自动化水平及生产柔性。国内外均有一些实用化的软件问世，但与传统CAD/CAM技术相比，复合材料成型CAD/CAM技术的研究才刚刚起步，研究成果有限。

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人力资源结构分析理论介绍

人力资源结构分析 人力资源规划首先要进行人力资源结构分析。所谓人力资源结构分析也就是对企业现有人力资源的调查和审核，只有对企业现有人力资源有充分的了解和有效的运用，人力资源的各项计划才有意义。人力资源结构分析主要包括以下几个方面： （一）人力资源数量分析 人力资源规划对人力资源数量的分析，其重点在于探求现有的人力资源数量是否与企业机构的业务量相匹配，也就是检查现有的人力资源配量是否符合一个机构在一定业务量内的标准人力资源配置。在人力资源配置标准的方法运用上，通常有以下几种： 1、动作时间研究。动作时间研究指对一项操作动作需要多少时间，这个时间包括正常作业、疲劳、延误、工作环境配合、努力等因素。定出一个标准时间，再根据业务量多少，核算出人力的标准。 2、业务审查。业务审查是测定工作量与计算人力标准的方法，该方法又包括两种： （1）最佳判断法。该方法是通过运用各部门主管及人事、策划部门人员的经验，分析出各工作性质所需的工作时间，在判断出人力标准量。 （2）经验法。该方法是根据完成某项生产、计划或任务所消耗的人事纪录，来研究分析每一部门的工作负荷，再利用统计学上的平均数、标准差等确定完成某项工作所需的人力标准。 3、工作抽样。工作抽样又称工作抽查，是一种统计推论的方法。

它是根据统计学的原理，以随机抽样的方法来测定一个部门在一定时间内，实际从事某项工作所占规定时间的百分率，以此百分率来测定人力通用的效率。该方法运用于无法以动作时间衡量的工作。 4、相关与回归分析法。相关与回归分析法是利用统计学的相关与回归原理来测量计算的，用于分析各单位的工作负荷与人力数量间的关系。 有了人力标准的资料，就可以分析计算现有的人数是否合理。如不合理，应该加以调整，以消除忙闲不均的现象。 （二）人员类别的分析 通过对企业人员类别分析，可现实一个机构业务的重心所在。它包括以下两种方面的分析： 1、工作功能分析。一个机构内人员的工作能力功能很多，归纳起来有四种：业务人员、技术人员、生产人员和管理人员。这四类人员的数量和配置代表了企业内部劳力市场的结构。有了这项人力结构分析的资料，就可研究各项功能影响该结构的因素，这些因素可能包括以下几个方面：企业处在何种产品或市场中，企业运用何种技能与工作方法，劳力市场的供应状况如何等。 2、工作性质分析。按工作性质来分，企业内部工作人员又可分为两类：直接人员和间接人员。这两类人员的配置，也随企业性质不同而有所不同。最近的研究发现，一些组织中的间接人员往往不合理的膨胀，该类人数的增加与组织业务量增长并无直接联系，这种现象被称为“帕金森定律”。

SVC&TCSC的原理及应用

Chapter23 Improvement of system stability margins using coordination control of Static Var Compensator(SVC)and Thyristor Controlled Series Capacitor(TCSC) Venu Yarlagadda,K.R.M.Rao and B.V.Sankar Ram Abstract The Thyristor Controlled Series Compensator(TCSC)and Static Var Compensator(SVC)are variable impedance Flexible AC Transmission Systems (FACTS)Controllers.A combination of the TCSC and the SVC installation is proposed to acquire superior performance for the power system.The coordination between the two pieces of equipment is designed with the SVC treated as the supplement of the TCSC.When operation of the TCSC is constrained by the inherent limitation of equipment,such as due to the?ring-angle limitation of the thyristors,the adjustable SVC can supply the auxiliary support to improve the overall performance.The voltage and angle stability margins can be greatly improved with the compatible control schemes of the TCSC and the SVC. Keywords TCSCáSVCáCo-ordination control of SVC and TCSCáDesign of small scale TCSC modeláVariable impedance FACTS controllersáSingle machine two bus systemáVoltage stabilityáP–V curves and P-d curves V.Yarlagadda(&) EEE Department,VNR VJIET,Hyderabad,India e-mail:venuyar@https://www.sodocs.net/doc/9515697346.html, K.R.M.Rao EEE Department,MJCET,Hyderabad,India B.V.Sankar Ram EEE Department,JNTUH,Hyderabad,India 207 V.V.Das(ed.),Proceedings of the Third International Conference on Trends in Information, Telecommunication and Computing,Lecture Notes in Electrical Engineering150, DOI:10.1007/978-1-4614-3363-7_23,óSpringer Science+Business Media New York2013

(完整word版)飞机夹层结构复合材料零部件的损伤形式及修理方法

常见飞机蜂窝板损伤形式及修理方法 航空器复合材料中的蜂窝板是由薄而强的两层面板中间胶接蜂窝材料而成的一种新型复合材料，也称蜂窝层合结构(见图1)。其面板选材有金属板、玻璃纤维、石英纤维、碳纤维等；夹心材料主要有芳纶、玻璃纤维、铝合金及发泡型结构。蜂窝可制成不同的形状。飞机上的蜂窝结构是由耐腐蚀夹心、面板、衬垫、隔板（假梁）、边肋等零件胶合而成。面板与夹芯之间用胶膜胶接，蜂窝夹芯用芯子胶和耐腐蚀胶根据实际需要形状施加真空压力后加温胶接成型。 图1 蜂窝夹心板结构 一、航空复合材料蜂窝结构损伤种类 根据航空复合材料蜂窝结构部件在使用过程中可能出现损伤的情况，我们可以大致将胶接蜂窝结构部件的损伤分以下5类： 1、表面损伤 图2 典型表面凹坑 此类损伤一般通过目视检查发现，包括表面擦伤、划伤、局部轻微腐蚀、表面蒙皮裂纹、表面小凹坑和局部轻微压陷等。这类损伤一般对结构强度不产生明显的削弱。 2、脱胶及分层损伤

该损伤是指纤维层与层之间或面板与夹芯之间的树脂失效缺陷，主要通过敲击检查、超声波检测等手段发现。此类损伤一般不引起结构外观变化，大多是在生产过程中造成的初始缺陷，并在反复使用过程中缺陷不断扩展而导致的。脱胶或分层面积过大会引起整体复合材料强度的削弱，应及时予以修补。 3、单侧面板损伤 这类损伤包括单侧面板局部压陷、破裂或穿孔，一般通过目视检查即可发现。该类型损伤能使一侧面板和蜂窝夹芯都受到损伤（表面塌陷），对气动性能和结构强度影响较大。一旦发现该类损伤必须经过修理和检验确认后方能能重新使用。 4、穿透损伤 该类型损伤是指蜂窝部件出现穿透性损伤、严重压陷和较大范围的残缺损伤等。此类损伤对结构性能和强度有严重的影响，根据受损情况立即予以修理或按需更换新件。 5、内部积水 该损伤原因主要由于蜂窝结构边缘或蜂窝材料对接边缘密封不严或密封失效，在长期使用过程中由于雨水渗透、油液浸泡以及水汽冷凝而造成蜂窝夹芯出现积水。虽然一般情况蜂窝内部积水不会造成严重影响；但在冬季日夜气温变化较大的情况下，由于积液结冰膨胀将会会造成复合材料部件内部树脂基体脱胶；同时在积液的长期浸泡下也会使复合材料的树脂基体的胶接强度大幅降低而降低部件的整体性能；特别是各类复合材料制备的舵面、襟翼、翼身整流罩及发动机部件等，均应及时检查其内部蜂窝结构的积水情况并作出相应修理措施。目前该类损伤主要通过红外热成像、X-射线检测仪等手段进行检测。 二、蜂窝结构的检查方式 1、目视检查 目视检查法是使用最广泛、最直接的无损检测方法。主要借助放大镜和内窥镜观测结构表面和内部可达区域的表面，观察明显的结构变形、变色、断裂、螺钉松动等结构异常。它可以检查表面划伤、裂纹、起泡、起皱、凹痕等缺陷；尤其对透光的玻璃钢产品，可用透射光检查出内部的某些缺陷和定位，如夹杂、气泡、搭接的部位和宽度、蜂窝芯的位置和状态、镶嵌件的位置等。 2、手锤敲击法 用于单层蒙皮蜂窝结构。用手锤敲击蜂窝结构的蒙皮，根据不同的声响来判断蜂窝结构是否脱胶。敲击时，注意锤头与蒙皮垂直，力度适当，以能判断故障不损坏蒙皮表面为宜。为使判断准确，可先在试件上试验。敲击回声清脆是良好，沉闷是脱粘。 3、外场在位检测的便携式相控阵超声波C扫描检测系统

复合材料结构分析总结

复合材料结构分析总结 说明：整理自Simwe论坛，复合材料版块，原创fea_stud，大家要感谢他呀 目录 1# 复合材料结构分析总结（一）——概述篇 5# 复合材料结构分析总结（二）——建模篇 10# 复合材料结构分析总结（三）——分析篇 13# 复合材料结构分析总结（四）——优化篇 做了一年多的复合材料压力容器的分析工作，也积累了一些分析经验，到了总结的时候了，回想起来，总最初采用I-deas，到MSC.Patran、Nastran，到最后选定Ansys为自己的分析工具，确实有一些东西值得和大家分享，与从事复合材料结构分析的朋友门共同探讨。 （一）概述篇 复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成，其主要优点是具有优异的材料性能，在工程应用中典型的一种复合材料为纤维增强复合材料，这种材料的特性表现为正交各向异性，对于这种材料的模拟，很多的程序都提供了一些处理方法，在I-Deas、Nastran、Ansys中都有相应的处理方法。笔者最初是用I-Deas下建立各项异性材料结合三维实体结构单元来模拟（由于研究对象是厚壁容器，不宜采用壳单元），分析结果还是非常好的，而且I-Deas强大的建模功能，但由于课题要求要进行压力容器的优化分析，而且必须要自己写优化程序，I-Deas的二次开发功能开放性不是很强，所以改为MSC.Patran，Patran 提供了一种非常好的二次开发编程语言PCL（以后在MSC的版中专门给大家贴出这部分内容），采用Patran结合Nastran的分析环境，建立了基于正交各项异性和各项异性两种分析模型，但最终发现，在得到的最后结果中，复合材料层之间的应力结果始终不合理，而模型是没有问题的（因为在I-Deas中，相同的模型结果是合理的），于是最后转向Ansys，刚开始接触Ansys，真有相见恨晚的感觉，丰富的单元库，开放的二次开发环境（APDL 语言），下面就重点写Ansys的内容。 在ANSYS程序中，可以通过各项异性单元（Solid 64）来模拟，另外还专门提供了一类层合单元（Layer Elements）来模拟层合结构（Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191）的复合材料。 采用ANSYS程序对复合材料结构进行处理的主要问题如下： （1）选择单元类型 针对不同的结构和输出结果的要求，选用不同的单元类型。 Shell 99 ——线性结构壳单元，用于较小或中等厚度复合材料板或壳结构，一般长度方向和厚度方向的比值大于10； Shell 91 ——非线性结构壳单元，这种单元支持材料的塑性和大应变行为； Shell 181——有限应变壳单元，这种单元支持几乎所有的包括大应变在内的材料 的非线性行为； Solid 46 ——三维实体结构单元，用于厚度较大的复合材料层合壳或实体结构；

蛋白质结构分析原理及工具-文献综述

蛋白质结构分析原理及工具 （南京农业大学生命科学学院生命基地111班） 摘要：本文主要从相似性检测、一级结构、二级结构、三维结构、跨膜域等方面从原理到方法再到工具，系统地介绍了蛋白质结构分析的常用方法。文章侧重于工具的列举，并没有对原理和方法做详细的介绍。文章还列举了蛋白质分析中常用的数据库。 关键词：蛋白质；结构预测；跨膜域；保守结构域 1 蛋白质相似性检测 蛋白质数据库。由一个物种分化而来的不同序列倾向于有相似的结构和功能。物种分化后形成的同源序列称直系同源，它们通常具有相似的功能；由基因复制而来的序列称为旁系同源，它们通常有不同的功能[1]。因此，推测全新蛋白质功能的第一步是将它的序列与进化上相关的已知结构和功能的蛋白质序列比较。表一列出了常用的蛋白质序列数据库和它们的特点。 表一常用蛋白质数据库 网址可能有更新 氨基酸替代模型。进化过程中，一种氨基酸残基会有向另一种氨基酸残基变化的倾向。氨基酸替代模型可用来估计氨基酸替换的速率。目前常用的替代模型有Point Accepted Mutation (PAM)矩阵、BLOck SUbstitution Matrix (BLOSUM)矩阵[2]、JTT模型[3]。 序列相似性搜索工具。序列相似性搜索又分为成对序列相似性搜索和多序列相似性搜索。成对序列相似性搜索通过搜索序列数据库从而找到与查询序列相似的序列。分为局部联配和全局联配。常用的局部联配工具有BLAST和SSEARCH，它们使用了Smith-Waterman 算法。全局联配工具有FASTA和GGSEARCH，基于Needleman-Wunsch算法。多序列相似性搜索常用于构建系统发育树，这里不阐述。表二列举了常用的成对序列相似性比对搜索工具

ANSYS结构分析指 复合材料

ANSYS结构分析指南第五章复合材料 5.1 复合材料的相关概念 复合材料作为结构应用已有相当长的历史。在现代，复合材料构件已被大量应用于飞行器结构、汽车、体育器材及许多消费产品中。 复合材料由一种以上具有不同结构性质的材料构成，它的主要优点是具有很高的比刚度(刚度与重量之比)。在工程应用中，典型复合材料有纤维和叠层型材料，如玻璃纤维、玻璃环氧树脂、石墨环氧树脂、硼环氧树脂等。 ANSYS程序中提供一种特殊单元--层单元来模拟复合材料。利用这些单元就可以作任意的结构分析了(包括非线性如大挠度和应力刚化等问题)。对于热、磁、电场分析，目前尚未提供层单元。 5.2 建立复合材料模型 与铁或钢等各向同性材料相比，建立复合材料的模型要复杂一些。由于各层材料性能为任意正交各向异性，材料性能与材料主轴取向有关，在定义各层材料的材料性能和方向时要特别注意。本节主要探讨如下问题： 选择合适的单元类型； 定义材料层； 确定失效准则； 应遵循的建模和后处理规则。 5.2.1 选择合适的单元类型 用于建立复合材料模型的单元类型有SHELL99、SHELL91、SHELL181、SOLID46和SOLID191 五种单元。但 ANSYS/Professional 只能使用 SHELL99 和 SHELL46 单元。具体应选择哪一类单元要根据具体应用和所需计算结果类型等来确定。所有的层单元允许失效准则计算。 1、SHELL99--线性层状结构壳单元 SHELL99 是一种八节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。该单元主要适用于薄到中等厚度的板和壳结构，一般要求宽厚比应大于10。对于宽厚比小于10的结构，则应考虑选用 SOLID46 来建立模型。SHELL99 允许有多达 250 层的等厚材料层，或者 125 层厚度在单元面内呈现双线性变化的不等材料层。如果材料层大于 250，用户可通过输入自己的材料矩阵形式来建立模型。还可以通过一个选项将单元节点偏置到结构的表层或底层。 2、SHELL91--非线性层状结构壳单元 SHELL91 与 SHELL99 有些类似，只是它允许复合材料最多只有 100 层，而且用户不能输入自己的材料性能矩阵。但是，SHELL91 支持塑性、大应变行为

结构功能分析法

结构功能分析法 结构功能分析方法是社会研究中常用的一种理论分析方法。它的理论依据来源于社会学的一大理论流派——结构功能理论。在现代社会调查研究中，结构功能分析已成为一种广泛应用的理论分析方法。 结构功能理论认为，任何社会事物都是由一定组成部分或要素构成的，这些部分或要素组成了一个社会系统，它们之间的相对稳定的联系就是这一系统的结构。每一个系统要存在和发展下去，就必须满足一些基本的条件或需求，这些条件或需求是由系统的某一特定部分来满足的，换句话说，系统组成部分担负着特定的社会功能。例如，在民族国家这个社会大系统中，生产组织的主要功能是提供物质产品；军事组织的功能是对外保卫国家、对内维持社会的稳定；政治组织的功能是确定国家的基本目标并组织各种力量以实现这些目标，等等。并且每一个民族国家的生存和发展，也离不开它的这些组成部分所发挥的社会功能。 总之，结构是构成事物各个要素之间所固有的相对稳定的组织方式或联结方式。功能是指构成事物的各个要素之间所发生的相互作用和影响。结构功能法就是通过考察事物的结构和功能来认识事物和分析事物的方法。 结构功能分析法的实施步骤： [1] 明确结构和功能的承载物，即分析对象 如犯罪问题中犯罪团伙，人事管理制度改革问题中的人事管理制度等等，并且应该进一步明确是就哪些方面进行分析。 [2]内部结构分析 即考察各组成要素间在形式上的排列和比例。例如分析犯罪团伙的内部结构，就要弄清谁是骨干，谁是随从；谁是唆使者，谁是被唆使者；谁是策划者，谁是执行者，考察罪犯在团伙中的地位排列，分清犯罪轻重，据此绳之以法。 [3]内部功能分析 即考察各组成要素之间的相互影响和相互作用。包括三项基本内容：一是稳定功能关系的性质，即分析一下有没有相互影响和作用，如果有，是一方影响和作用另一方，还是双方相互影响和作用。例如犯罪团伙的成员之间有没有相互间的利益满足，相互的制约和影响。 二是挖掘功能存在和建立的必要条件，即分析在满足什么样的条件时，要素间的相互影响和作用才能存在和建立起来。例如犯罪团伙之间的相互利益满足是在怎样的社会条件和犯罪团伙的内部条件的前提下才发生的。 三是找出满足功能的机制，即分析促使各个要素之间相互影响和作用的手段和方法。例如犯罪团伙中唆使者往往以许愿、表扬、斥责、恐吓等心理手段和分赃、赏赐、殴打、杀害等行为手段对被唆使者进行控制。 [4]外部功能分析 即考察现象整体对社会的影响和作用，也就是把研究对象和现象放在社会之中，考察

电饭锅的构造与工作原理

电饭锅的构造与工作原理 电饭锅可分为自动保温式电饭锅、定时保温式电饭锅、压力电饭锅等三种。各类电饭锅的常见规格和工作能力见表1。 (一)自动保温式电饭锅图1是一种双层自动保温式电饭锅的结构图，主要由锅盖、外壳、 内胆、开关、发热板和温度控制装置组成。下面介绍它的主要部件：1．内胆内胆系采用纯铝板拉伸成型，底部加工呈球面状，使与发热板很好吻合，以提高热效率。胆的内壁上有刻度，可指示出放米量和放水量。内胆的边向外翻口，既可增加强度，又可使溢出的饭水流到壳外，以防损坏内部电器零件。2．外壳外壳是用冷轧薄钢板拉伸成型，外面喷涂装饰性漆层。外壳与内胆之间有一层空气间隔，起保温作用，同时可以安装开关、发热板和温度控制装置。3．锅盖有的锅盖中央部位嵌有一块玻璃，能观察烹饪情况；有的装有压紧锅盖用的手柄，兼具便携作用。4．发热板发热板是将环形金属管状电热元件铸造在铝合金体中，再经加工而成，它具有较好的热传导性能和较大的机械强度，板面形状要求与锅底相吻合，在其中心处装有磁性温度控制元件，如图2所示。 5．温度控制装置电饭锅所以能够自动断电和保温，是因为它内部装有磁钢限温器和热双金属片恒温器两个自动装置。 磁钢限温器的动作原理，见图3。它是利用感温磁钢(软磁体)的磁性

随温度的高低而变化的特性来设计的。当低温时，感温磁钢是顺磁性物质，具有磁性；当温度升到某一界限时，感温磁钢变成逆磁性物质，因而失去磁性。这个温度界限，叫做居里点。通常，居里点的温度略高于。在饭煮熟前，锅内有水，所以电饭锅的内胆温度不会超过，感温磁钢仍然具有磁性。当饭熟后，内胆没有水，温度便会上升超过。此时，紧贴于内胆底面的感温磁钢温度，也随之上升到居里点而失去磁性。这样，永磁体在重力或弹簧弹力的作用下，使感温磁钢不能继续吸住它而跌落。下跌时，永磁体通过连杆作用把触点分离，于是电饭锅断电，表明米饭已经煮熟。热双金属片恒温器的动作原理，见图4。它由两种膨胀系数不同的金属片制作，当电饭锅的温度升向时，热双金属片受热，使它向膨胀系数小的一面弯曲。弯曲时，它把两个触点分离，于是电饭锅断电，温度下降。而当温度下降到一定程度时，双金属片就收缩回复原状，两个触点重新闭合通电，如此反复作用，使电饭锅的温度，能够自动维持在65±的范围。 图5是单按键开关的自动保温电饭锅的电气线路，这种电饭锅的工作程序：①插上电源插头，双金属片保温器接通电路，指示灯亮，加热器升温，但不能升到煮饭所需要的温度。②揿下按键开关，磁钢限温器按通电路，温度上升，开始煮饭；当饭煮熟后，磁钢限温器动作把电路切断，电饭锅处于自动保温状态。③若不需要保温，可拔下电源插头，切断电路。图6是双开关自动保温式电饭锅控制线路。K1为煮饭开关；K2为限温器，即磁性温控元件，动作温度为103±；K3 为保温开关，K4为恒温器，即双金属温控元件，调定为65±煮饭时，

夹芯 复合材料夹心材料

【夹芯】夹芯材料简介 一、原理 自二十世纪四十年代低密度的夹芯材料就已用于复合材料，它可提高弯曲强度、降低重量。具有相同负荷能力的夹层结构要比实体层状结构轻好几倍。夹芯材料能够降低单位体积的成本、削弱噪音与震动、增加耐热、抗疲劳和防火性能等。夹芯材料的作用机理是将剪切力从表皮层传向内层，使两个表皮层在静态和动态载荷下都能保持稳定，并且吸收冲击能来提供抗破坏性能。 二、分类 用于复合材料夹层结构的夹芯材料主要有：硬质泡沫、蜂窝和轻木三类。 ①硬质泡沫主要有聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚醚酰亚胺（PEI）和丙烯腈-苯乙烯（SAN或AS）、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）、发泡聚酯（PET）等。 ②蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等。蜂窝夹层结构的强度高，刚性好，但蜂窝为开孔结构，与上下面板的粘接面积小，粘接效果一般没有泡沫好。 ③轻木夹芯材料是一种天然产品，市场常见的轻木夹芯主要产自南美洲的种植园，由于气候原因，轻木在当地生长速度特别快，所以比普通木材轻很多，且其纤维具有良好的强度和韧性，特别适合用于复合材料夹层结构。 三、应用领域 夹芯材料的应用领域广阔，涉及能源、航空航天、船舶、交通运输、建筑等领域。 航空航天 飞机的主要部件，如机身，机翼和尾翼可采用PVC泡沫夹芯材料复合结构，同时使用丁二烯。在生产中不必进行高压高温处理。飞机的重量得以减轻。直升飞机最新一代复合螺旋桨叶采用密度较低、可耐大多数溶剂且可经受高压蒸煮温度和压力的PMI泡沫夹芯材料。它采用传统预浸工艺制造。这种新型复合螺旋桨

叶的寿命可达10000h/L，是先前金属桨叶寿命的十倍。今天超轻型竞赛飞机、飞机模型和现代"超级风车"的桨叶都使用了轻质木质夹芯材料。 船舶 常规的交联PVC泡沫己在船舶中广泛应用。瑞士海军的护卫舰使用了28、13.5、0.09m片状构造的丁二烯蜂窝夹芯材料。聚氨酯（PU）发泡夹芯材料也常用于船舶的建造。80kg/m3高密度泡沫可应用于承载部件如船舷等；80～120kg/m3的泡沫专门用作甲板和上部构造的芯材。硬质PU泡沫广泛用于水槽、绝缘板、结构性填料和充空填料。大型冷藏拖网鱼船很多是整体成型的夹芯构，用玻璃布制作内外蒙皮，夹芯材料的厚度为100mm。该类船具有轻质、高强、耐海水腐蚀、抗微生物附着以及吸收撞击能。很多游艇的船底、表面使用了标准的轻质木，以保证最大的剪切和挤压强度；船前部和甲板使用了密度较低的轻质木；隔壁面板室内地板和家具也使用了轻质木夹芯材料。 在多杂物（浮木等）漂浮的巴拿马运河中营运的快速渡轮，其抗破坏能力应是首先考虑的，其次是总重量轻以保证渡轮的速度。由于这些原因，一种线型PVC 泡沫芯材被选作船壳底材，另一类型的PVC泡沫芯材作船壳侧面材料和舷侧突出部。部件使用玻纤增强表皮层和真空袋膜工艺；甲板和船舱侧面使用横纹轻质木夹芯材料，其表面用交联环氧树脂/玻纤板材做舱房表皮层，以保证渡轮达到ABS标准。 交通运输 交联的PVC夹芯材料在铁路运输中得到广泛应用，并用于公共汽车和有轨电车及摩托车等。一级方程式赛车模仿自然蜂窝结构，使用空心六边形管相互作用增强原理制作芯材。赛车具有高的抗冲击强度和能量吸收能力。比赛用自行车也采用这种蜂窝结构芯材。法国制造的铁路冷藏车采用PVC泡沫夹芯材料提高隔热效果。其它夹芯材料用于运输车辆主要是利用它们的绝缘性，如聚异氰酸酯绝缘泡沫塑料等。 建筑 夹芯材料在建筑上的应用十分广泛。在内外墙上使用纤维板、胶合板等各种夹芯材料，使墙壁具有隔音、隔热、轻质、高强等优点。由于顶棚强度要求不太高，只要求重量轻、刚性好，有一定防火、保温性能，其次是美观和价格便宜，安装方便，因此通常采用各种纤维芯材和PE钙塑泡沫芯材等。其它夹芯材料用在建筑上主要是利用它们的绝缘性。

国网考试总结-高等电力系统分析

电力系统静态安全分析的基本概念 电力系统静态安全分析是电力系统规划和调度的常用手段，用以判断在发生预想事故（输变电设备强迫退出运行）后系统是否会过负荷或电压越限的功能。 电力系统动态安全分析用于判断在发生预想事故后系统是否会失稳的功能。 静态安全分析的基本方法：补偿法，直流潮流法，灵敏度分析法。 直流输电的基本原理及稳态数学模型 1、直流输电线路输送的电流和功率由线路两端的直流电压所决定，与两端的交流系统的频率和电压相位无关。直流电压的调节是通过调节换流器的触发角和交流系统的电压来实现的，换流器输出直流电压的改变，将决定直流电流的大小。（直流潮流的控制） 2、由于交流变压器等值电感的存在，相电流不能突变，因而换流器的供电电源从一相换到另一相时不能瞬时完成，需要经过一个换相期，换相期所对应的电角度称为换相角。（换相角定义，范围） 3、由于换相角的存在，直流电压的平均值将随直流电流的增大而减小；换流器正常工作的触发角的变化范围减小。（换相角对直流系统的影响） 4、换相电流中包含两个分量，分别为常数分量和正弦分量。其中，常数分量随着触发角的增大而减小，正弦分量滞后于换相电压90°。常数分量是短路电流中的自有分量，其产生机理是电感回路中的电流不能发生突变；正弦分量是短路电流中的强迫分量，由于短路回路是纯电感回路，所以正弦分量的相位滞后于电源电压90度。因此，换流器的稳态工况是在换相期使交流系统两相短路，在非换相期使交流系统单相断线。（换相电流的理解） 5、直流潮流的基本方程：整流器、逆变器、交流基波电流和直流电流、直流电压和交流电压的关系。 6、直流稳态运行方程中引入了等值换相电阻，等值换相电阻并不具有真实电阻的全部意义，它不吸收有功功率，其大小体现了直流电压平均值随直流电流增大而减小的斜率。等值换相电阻是一个网络参数，不随系统运行状态的改变而改变。由于等值电阻的引入，换相角不显含在直流潮流公式中，换相效应完全由换相电阻与直流电流的乘积表征。（等值换相电阻，表达式） 7、多桥换流器通常采用偶数个桥在直流侧相串，在交流侧相并的接线方法。双桥换流器采用YY接线和Y△接线，使交流侧电压相位相差30°。（多桥换流器） 8、一般的控制过程是，首先由自由控制系统调整触发角（整流侧为触发角，逆变侧为熄弧超前角）而使整个电力系统快速地达到合适的运行状态；然后通过调整换流变压器的变比使换流器的触发角运行在合适的值域；最后通过交流系统的优化调整（电压）使全系统运行在理想状态。（换流器的控制） 9、直流系统稳定运行控制注意事项：（1）交流系统电压的微小变化会引起直流电流的巨大变化，为防止直流电流的波动，快速调整换流器的触发角以跟踪交流电压的变化是直流系统正常运行的必要条件；（2）换流器的稳态运行调整应尽可能使其直流电压在额定电压附近，过低的直流电压将伴随较大的直流电流，较大的直流电流直接增大直流线路上的功率损耗，同时还增大交流系统的功率损耗。此外，直流电流越大，电流衰减越慢，导致换相角越大，大的换相角会使触发角的变化范围减小；（3）

关于概念结构理论与构式语法说比较分析.

关于概念结构理论与构式语法说比较分析 作者：夏晓蓉时间：2010-1-19 11:19:00 论文关键词：概念结构理论构式语法论元结构体验哲学 论文摘要：本文在比较概念结构理论与构式语法说的基础上，指出：作为认知语言学的两个理论体系，它们有着各自鲜明甚至对立的观点，但是认知的共性使得它们解释语言现象时具有一定的相似之处。因此，两大理论并非截然对立，存在着合作的可能性。 1.引言 Jackendoff(1990)的词汇概念结构理论与Goldberg(1995)的构式语法是上个世纪九十年代认知语言学的重要理论体系，都运用了论元结构来说明语言中的一些特殊现象，动词和句式之间的关系是他们讨论和研究的中心。Jackendoff并没有明确提出“动词中心”的说法，但从他对句子的论元结构的描述不难看出，他的概念结构并没有摆脱生成语法的影子，句子的生成依然是论元插入动词的概念结构，再转化为句法结构的结果。与Jackendoff不同的是，Goldberg以构式(construction)的论元结构为研究中心，认为动词不能决定句子的生成，构式的意义才是构式生成的关键。 虽然他们研究的内容不同，一个是动词概念，一个是构式概念，但是这两者之间的关系是非常紧密的，在一定程度上，动词可以选择它能够出现的构式，同样构式也可以选择满足它的动词。而且，表明句子中动词和名词关系的论元结构在概念结构理论和构式语法中的运用都颇有新意。因此，本文想通过比较Jackendoff和Goldberg的理论方法和哲学基础，讨论这两个分别代表概念语义学和构式研究的理论之间的关系。 2．理论方法 Jackendoff用形式化的语言描述内在概念的空间关系，在生成语法学派中对语义的研究做出了很大的贡献。他的概念结构相当于语义结构，与句法和音系结构并行。Jackendoff摈弃了由表层结构映射到音系和语义结构的句法中心说，认为这三个层次是自主的结构，都具有同等的创造性，不存在从一个层次到另一个层次的派生，它们之间是对应关系而非派生关系，由对应规则(correspondence rules)联系起来。 构式是形式-意义的对应，不依赖动词，基本的句型都是构式的实例。每个

《灵活输电系统》教学大纲

《灵活输电系统》教学大纲 课程编号：2002302 学时数：24 适用专业：电气工程及其自动化学分：1.5 编写者：郎兵编写日期：2002。5 一、课程的性质及主要任务 《灵活输电系统》是“电气工程及其自动化”专业的一门重要专业课，其主要任务是使学生了解并掌握灵活性输变电系统的基本概念以及灵活性输变电技术的应用对现代电力系统重大意义、掌握灵活性输变电技术中几种主要元件的结构、工作原理及其对电力系统的调控作用。从而使学生对灵活性输变电技术的应用有较深刻的认识。 二、课程内容 第一章电力系统稳定概述 内容： 1、提高电力系统静态稳定及暂态稳定的原理及主要措施； 2、传统串补电容器、并联电容器对提高电力系统稳定所起的作用； 3、传统移相器的结构、工作原理及对改变系统参数所起的作用； 目的要求： 1、加强对电力系统稳定概念的理解，掌握提高电力系统稳定的原理及主要措施； 2、掌握一些主要的电力系统控制元件（如串补电容器、并联电容器、移相器等）的 工作原理及作用； 第二章灵活性输变电系统（FACTS）的概念及其应用 内容： 1、灵活性输变电技术产生的背景，灵活性输变电系统的概念及其研究的新进展； 2、灵活性输变电技术的基本术语、定义及其控制器分类； 3、静止无功补偿器（SVC）的结构及工作原理； 4、可控硅控制的串联补偿器（TCSC）的结构及工作原理； 5、可控硅控制的移相器（TCPS）的结构和工作原理； 6、统一潮流控制器（UPFC）的结构和工作原理； 目的要求： 1、重点掌握灵活性输变电系统的基本概念及发展概况； 2、重点掌握灵活性输变电系统中的几种主要元件（SVC、TCSC、TCPS及UPFC等）的 结构和工作原理； 第三章含灵活性输变电系统元件的电力系统潮流计算 内容： 1、TCPS在潮流计算中的模拟方法； 2、UPFC在潮流计算中的模拟方法； 目的要求：掌握含灵活性输变电系统元件的电力系统潮流计算方法。 第四章灵活性输变电系统元件在电力系统中的作用 内容： 1、灵活性输变电系统元件对电力系统潮流的控制作用； 2、UPFC对电力系统暂态稳定的控制作用； 3、TCSC对电力系统次同步振荡的抑制作用； 目的要求：掌握灵活性输变电系统元件对电力系统的调控作用；

复合材料夹层结构基本原理

复合材料夹层结构基本原理 前言我国复合材料工业的发展起始于20世纪50年代，经过50余年的发展，由于“轻质高强”的优异性能，其应用领域已由最初的航空航天和国防业渗透到了当今国民经济的各个领域，如化工管罐，运动器材，汽车部件，建筑，船艇，轨道交通，风力发电叶片等等。随着复合材料应用领域的扩展，产品的尺寸不断变大，夹层结构的应用也越来越广泛。 1 复合材料夹层结构基本原理 复合材料夹层结构由强度很高的面层和强度较低的轻质夹芯材料组成，在弯曲荷载下，上下面层承担主要的拉应力和压应力，芯材主要承担剪切应力。芯材的力学作用机理是连接面层使之成为整体构件，让薄而强的面层在承担较高拉压应力的同时不发生屈曲，并将剪切力从面层传向内层。以面层厚度相等的单夹层结构在弯曲载荷作用下的响应为例，来说明夹层结构的基本原理。 1.1 面层和芯材的拉、压应力分布 在弯曲载荷作用下，假设面层和芯材的界面没有损坏，即在界面处的变形是连续的，且材料处于线弹性范围内，则夹层结构产生的拉压应变分布如图1所示。 由于面层和芯材的弹性模量不同，所以其应力分布会发生突变，面层的拉、压应力远大于芯材的拉、压应力，如图2所示。 图2 截面拉、压应力分布 根据材料力学梁的弯曲理论，根据夹层结构的几何数据和各部分材料的弹性模量可以算出结构的等效刚度（EI）eq，则面层和芯材部位产生的拉、压应力如下： （1）

（2） 式中，M：夹层结构承受的弯矩 y：离中性轴的距离 Ef：面层的弹性模量 Ec：夹芯材料的弹性模量 1.2 面层和芯材的剪应力分布 根据材料力学梁的弯曲理论，夹层结构中的剪应力分布如图3所示。 图3 剪应力分布图4简化后的剪应力分布 在工程实践中，为便于计算，可以对其进行线性简化，如图4所示。那么剪应力可按下式进行简化计算： （3） （4） 式中，Q：截面承受的剪力 b：夹层结构梁的宽度 c：芯材的高度 1.3 面层和芯材的匹配 从上面的分析可以看到，面层承担了大部分的拉、压力，芯材承担了大部分的剪力。而面层的强度和刚度都远大于夹芯材料，对于夹层结构设计人员来说，如何能够使这两种力学性能大相径庭的材料完美的结合在一起，充分发挥各自的优点，即满足使用要求，又不浪费材料？ 在夹层结构受弯情况下，夹层结构主要是靠芯材的剪切来传递直接施加在面层上的力，在复合材料夹层结构中，FRP面层的模量和强度都很高，只有高剪切强度和大剪切断裂延伸率的芯材才适用，如常用的PVC、PET、SAN、PEI、PMI等泡沫芯材。要根据夹层结构在使用中可能的受力状况，选用适当种类和密度的芯材，合理设计面层和芯材的厚度，按照前面介绍的应力计算方法，或用相关的有限元分析软件，进行反复的计算验证，最终达到较优的设计方案。 若选用剪切强度低，或是剪切断裂延伸率小的芯材，则芯材破坏时，面层可能只发挥了1%不到的强度，则会造成材料的浪费。

基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析

国　防　科　技　大　学　学　报 第32卷第2期 JOURNA L OF NA TIONA L UNIVERSITY OF DEFE NSE TECHNO LOGY V ol.32N o.22010文章编号:1001-2486(2010)02-0046-05 基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析Ξ 周鹏展1,2,3,肖加余1,曾竟成1,王　进2,杨　军2 (1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙　410073; 2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲　412007; 3.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙　410076) 摘　要:基于ANSY S软件,对某款应用于G L3A风场的1500kW大型复合材料风力机叶片进行了结构分析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,其频率分别为0186H z和1159H z;在极限挥舞 载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为81445m,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载 荷作用下的叶尖挠度为8112m,计算值与试验值的误差只有318%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力 分别为228MPa和201MPa,而该叶片玻纤Π环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为720MPa和 380MPa,其计算最大应力只有对应实测极限强度的3117%和5219%。 关键词:复合材料;风力机叶片;结构分析;极限挥舞载荷 中图分类号:TK8 文献标识码:A Structural Analysis of Large2scale Composite Wind Turbine B lade B ased on ANSYS ZH OU Peng2zhan1,2,3,XI AO Jia2yu1,ZE NGJing2cheng1,W ANGJin2,Y ANGJun2 (1.C ollege of Aerospace and M aterial Engineering,National Univ.of Defense T echnology,Changsha410073,China; 2.Zhuzhou T imes New M aterial T echnology C o.Ltd.,Zhuzhou412007,China; 3.C ollege of Energy and P ower Engineering,Changsha Univ.of Science&T echnology,Changsha410076,China) Abstract:Based on the ANSY S s oftware,the structural analysis of a kind of1500kW large2scale com posite wind turbine blade which applied in G L3A wind farm was carried out.The analysis results show that the vibration m odes of this blade are mainly presented as first flapwise m ode and first edgewise m ode,the frequencies of the vibration are respectively0.86H z and1.59H z.At the action of ultimate flapwise loads,the FE M analysis results show that the blade tip deformation is8.445m,while the blade tip deformation of the full scale blade under static test is8.12m,s o the deviation between the calculated and tested value of the blade tip deformation is only 3.8%.M oreover,the calculated maximum tensile stress and the com pressive stress are228MPa and201MPa,while the tested tensile strength and com pressive buckling strength of the glass2fiberΠepoxy com posite are720MPa and380MPa,respectively.C onsequently,the percentages of the calculated maximum stress and the tested ultimate strength are respectively31.7%and52.9%. K ey w ords:com posite;wind turbine blade;structural analysis;ultimate flapwise load 风力机叶片是风力发电机组的关键部件之一,随着世界风力发电机组向大功率方向发展,风力机叶片的长度越来越长,目前世界最长的复合材料风力机叶片是丹麦LM公司生产的,其长度已达6115m,单片重约18t,从而对叶片结构的强度、刚度、重量等的设计提出了更高的要求[1-3]。复合材料具有比强度高、比刚度高、重量轻、可设计性强、承力性能好等特点[4-5],因而在大型风力机叶片中获得了广泛应用。风力机叶片的结构分析作为风力机叶片结构设计的技术基础之一,开始在大功率风力机叶片结构的校核与优化设计中发挥着日益重要的作用。 由于大型复合材料风力机叶片的外形结构和铺层结构都非常复杂,其外形由不同翼型构建而成,属Ξ收稿日期:2009-09-22 基金项目:国家863计划资助项目(2007AA03Z563);中国博士后科学基金资助项目(20070420832);湖南省科技资助项目(2008RS4033) 作者简介:周鹏展(1973—),男,博士后。

复合材料泡沫夹层结构的材料和应用

复合材料夹层结构芯材 夹层结构的最初应用从上世纪初的航空航天业开始，逐步发展到今天的船舶、交通运输、运动器材、风力发电、医疗器材等领域。德固赛（中国）投资有限公司上海分公司的胡培先生全面综述了各种芯材的特性、应用、市场分布及前景。

常用芯材及其应用 玻璃钢/复合材料中常用的芯材有泡沫、巴萨木和蜂窝等多孔固体材料。 巴萨木目前主要的用途集中在风电、船舶、铁路车辆等行业。相对而言，因为其密度选择范围小，面层破坏以后，吸水腐烂的缺点，已经逐步被PVC泡沫取代。但是因为其价格优势，目前还有一定的市场。 蜂窝主要有NOMEX纸蜂窝和铝蜂窝，蜂窝材料具有各向异性的特点。另外，因为蜂窝存在开孔结构，不适用一些湿法工艺或树脂注射工艺，例如船舶和风电等领域。铝蜂窝因为和碳纤维面板之间存在电腐蚀的问题，一般不能和碳纤维一同使用。另外，蜂窝结构在使用过程中，会因为面层破坏，发生渗水问题。 玻璃钢/复合材料中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚醚酰亚胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）等。 硬质聚氨酯PUR泡沫与其他泡沫相比，其力学性能一般，树脂/芯材界面易产生老化，从而导致面板剥离。作为结构材料使用时，常用作层合板的纵、横桁条或加强筋之芯材。有时PUR泡沫也能用于受载较小的夹层板中，起到隔热或隔音的作用。该类泡沫的使用温度为150℃左右，吸声性能良好，成型非常简单，但是机械加工过程中易碎或掉渣。PUR泡沫价格相对便宜，发泡工艺也比较简单，采用液体发泡。目前主要在运动器材，例如网球拍、冰球棒中用做工艺芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在冲浪板中也普遍使用PUR泡沫或EPS泡沫作为芯材。