三维机织复合材料异型构件残余应力形成机制及分析方法研究

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基本信息

  • 批准号：
    11902030
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    刘凯
  • 依托单位：
    北京理工大学
  • 学科分类：
    A0807.复合材料与结构力学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The application of three-dimensional (3D) woven composites in aerospace and aviation industries shows a trend from simple revolving bodies to complex heterotypic structures. 3D woven composite heterotypic components usually show more severe residual stress than simple revolving bodies, which has a direct influence on the quality and performance of products. How to accurately predict the residual stress distribution within the composite material, find the major control factors, and reduce the concentration of residual stresses provides a theoretical guidance for the profile and performance control of the heterotypic composite components. This project focuses on the twisted heterotypic structure of aero-engine blades. Yarn reorientations, configuration changes and intrinsic stresses caused by yarn interactions when the preform is shaped by molds are characterized experimentally, in order to reveal the yarn deformation mechanism within the preform. The forming mechanism of residual stresses in 3D woven composite heterotypic structures is analyzed. Then a model is proposed to predict residual stresses by solid model reconstruction and the element embedding method, considering the effects of yarn configurations, yarn orientations and intrinsic stresses. The influence of meso-structure changes in heterotypic components on their residual stresses is illustrated. Finally, the control scheme of residual stresses is established. This project will become a theoretical and technical support for the structural design and process optimization of 3D woven composite heterotypic components.
三维机织复合材料在航空航天领域的应用，表现出从简单回转体到复杂异型结构的发展趋势。相对于简单回转体，三维机织复合材料异型构件制造过程中残余应力更加严重，直接影响构件的成型质量和服役性能。如何能够准确预测复合材料内部的残余应力分布，找到主要控制因素，减少残余应力的集中，将对异型复合材料构件控形和控性设计提供理论指导。本项目针对航空发动机叶片异型结构为对象，实验表征纤维预制体合模赋形时产生的纱线形态、走向的变化以及纱线之间相互作用引发的内禀力，揭示预制体的纱线变形机理；分析三维机织复合材料异型构件残余应力的形成机制，采用实体模型重构和单元嵌入法，提出一种考虑纱线形态、走向和预制体内禀力作用的复合材料残余应力预报模型，阐述异型构件细观结构变化对残余应力的影响规律，建立残余应力的控制方法，为三维机织复合材料异型构件的结构设计和工艺优化提供理论和技术支撑。

结项摘要

三维机织复合材料在航空航天领域的应用，表现出从简单回转体到复杂异型结构的发展趋势。相对于简单回转体，三维机织复合材料异型构件制造过程中纤维变形、固化残余应力及变形问题更加严重，直接影响构件的成型质量和服役性能。如何能够准确预测复合材料纤维走向分布，对复合材料异型构件固化残余应力及变形进行分析预报，具有重要的理论价值和工程意义。本项目针对航空发动机叶片异型结构为对象，表征纤维预制体赋形时产生的纱线形态、走向的变化，揭示预制体的纱线变形机理；分析三维机织复合材料异型构件的全场细观纱线变形情况，在此基础上建立三维机织异形复合材料结构的残余应力及固化变形预报模型，阐述异型构件细观结构变化对固化的影响规律，建立固化变形控制方法，为三维机织复合材料异型构件的结构设计和工艺优化提供理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Design and mechanical property studies of 3D re-entrant lattice auxetic structure
3D凹入晶格拉胀结构的设计与力学性能研究
  • DOI：
    10.1016/j.ast.2021.106998
  • 发表时间：
    2021-08-20
  • 期刊：
    AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Shen, Jianbang;Liu, Kai;Liang, Jun
  • 通讯作者：
    Liang, Jun
Study on the shear-pretension coupling behavior of 3D uniform and variable thickness woven fabrics
3D均匀变厚机织物剪切-预拉耦合行为研究
  • DOI：
    10.1016/j.polymertesting.2023.107963
  • 发表时间：
    2023-02
  • 期刊：
    Polymer Testing
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Mengran Li;Binbin Zhang;Kai Liu;Zengfei Liu;Jianwei Qiao;Jian Huang;Jun Liang
  • 通讯作者：
    Jun Liang
纱线规格对3D机织复合材料拉伸性能的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    航空学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘增飞;刘凯;张斌斌;李雪枫;葛敬冉;黄建;李超;孙新杨;孙煜;梁军
  • 通讯作者：
    梁军
复合材料机翼结构热校形工艺实验及数值模拟
  • DOI：
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20210202.004
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    复合材料学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王海雷;刘凯;张博明;叶金蕊
  • 通讯作者：
    叶金蕊
A novel modeling method for the mechanical behavior of 3D woven fabrics considering yarn distortion
考虑纱线变形的 3D 机织物机械行为的新颖建模方法
  • DOI：
    10.1016/j.compscitech.2022.109691
  • 发表时间：
    2022-09
  • 期刊：
    Composite Science and Technology
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Mengran Li;Kai Liu;Jingran Ge;Junbo Xie;Zengfei Liu;Binbin Zhang;Jian Huang;Jun Liang
  • 通讯作者：
    Jun Liang

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一种基于冲击响应的装配式板梁桥铰接缝病害动力评估方法
  • DOI：
    10.15951/j.tmgcxb.2018.06.011
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    土木工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    战家旺;王冬冬;高胜星;刘凯
  • 通讯作者：
    刘凯
基于半自动编码器的协同过滤推荐算法
  • DOI：
    10.19678/j.issn.1000-3428.0056700
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    计算机工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张浩博;薛峰;刘凯
  • 通讯作者：
    刘凯
南海西北部沉积盆地晚新生代沉降、沉积特征:对深部异常过程的响应
  • DOI：
    10.6038/cjg2019l0757
  • 发表时间：
    2019-02
  • 期刊：
    地球物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈梅;施小斌;任自强;徐子英;刘凯;刘航
  • 通讯作者：
    刘航
Calcium precursor from stirring processes at room temperature for controllable preparation of nano-structure CaO sorbents for high-temperature CO2 adsorption
室温搅拌过程中的钙前驱体用于可控制备用于高温 CO2 吸附的纳米结构 CaO 吸附剂
  • DOI：
    10.1016/j.jcou.2018.04.012
  • 发表时间：
    2018-05
  • 期刊：
    Journal of CO2 Utilization
  • 影响因子：
    7.7
  • 作者：
    赵博生;马良;史会虎;刘凯;张建斌
  • 通讯作者：
    张建斌
空间聚合物基体表面原子氧防护技术研究进展
  • DOI：
    10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.004
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    表面技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘凯;慕慧峰;李中华;满彦汝;高原
  • 通讯作者：
    高原

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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