超声波焊接热塑性复合材料波纹夹芯结构的工艺力学与失效机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902031
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 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

Owing to their high strength-to-weight ratio, light-weight thermoplastic composite sandwich structures with corrugated cores are increasingly attractive to aerospace and automotive industries. However, composite sandwich structures present a low interfacial strength between the face sheet and the core, which significantly limits the application of thermoplastic composites on light-weight structures. The current joining techniques, such as adhesive bonding and mechanical fastening, are not able to provide high-strength joints in thermoplastic composite structures. To tackle this problem, this project proposes a novel joining technology, namely ultrasonic welding, for the assembly of thermoplastic composite corrugated sandwich structures. A series of research, regarding of process simulation, welding experiments and static/dynamic mechanical characterization, is systematically carried out. First, a thermal-mechanical coupled model is developed about the interface of thermoplastic composite corrugated structures during the welding process, demonstrating the effects of welding and geometric parameters on thermal-mechanical behaviour of the interface. Subsequently, the methodologies of process mechanics and quality evaluation for ultrasonic welding of thermoplastic composite corrugated structures is proposed. The relationship between the welding process and mechanical behaviour of the structure is implied. Finally, quasi-static compressive and low-velocity impact tests are performed on the welded thermoplastic composite corrugated structures, to investigate their static/dynamic mechanical response and the failure mechanism. This research is aiming at gaining some innovative achievements on design, manufacturing and mechanical characterization of thermoplastic composite sandwich structures with corrugated cores, thus providing guidance for their engineering applications.
轻量化热塑性复合材料波纹夹芯结构由于质量轻、承载强等特点,受到航空、汽车等领域的广泛关注。然而,当前夹芯结构面板与芯层的界面强度较低,极大地限制了热塑性复合材料轻量化结构的应用。目前已有的面芯连接技术,如胶接、铆接等,难以在热塑性复合材料结构中形成高强度界面连接。针对这一问题,本项目创新性地提出采用超声波焊接技术连接热塑性复合材料波纹夹芯结构,开展过程模拟、结构制造以及静动态力学性能表征的系统性研究。建立热塑性复合材料波纹夹芯结构超声波焊接界面处的热-力耦合模型,阐明工艺参数与结构构型对界面热力学行为的影响;发展热塑性复合材料波纹结构超声波焊接的工艺力学及质量评价方法,揭示焊接工艺与结构强度之间的内在响应规律;开展面外压缩与落锤冲击实验表征焊接波纹结构的力学性能,并揭示结构的失效模式与破坏机理。研究期望在热塑性复合材料夹芯结构设计制造与力学性能表征方面获得原创性成果,为其工程应用提供指导。

结项摘要

热塑性复合材料(Thermoplastic composites, 简称TPC)波纹夹芯结构由于质量轻、承载能力强等特点,在航空航天等高端装备领域具备极为优异的应用潜力。然而,传统的机械连接或胶接技术无法为高性能热塑性复合材料波纹夹芯结构提供可靠的面芯连接强度,从而导致结构发生面芯脱粘而过早失效,严重限制了热塑性复合材料轻量化结构的应用。本课题提出了基于超声焊接技术的热塑性复合材料轻量化波纹结构的设计制造方法,发展了面向热塑性复合材料波纹结构焊接界面的力-热耦合模型,揭示了超声焊接过程中波纹面芯界面的熔融演化机理,并采用有限元技术提出了面向大型复合材料焊接结构的连接设计及优化方法;在此基础上,发展了面向大尺寸复合材料结构的超声焊接工艺力学方法,分析了不同焊头对工艺的影响机制,同时建立了基于微焦点CT技术的超声焊接工艺质量评价方法;基于轻量化复合材料波纹结构,开展了静动态力学试验,表征了波纹夹芯结构在静动态载荷条件(压缩、冲击、振动等)下的力学响应特性,揭示了结构的失效机理。.基于项目的支持,研究在《Composites Part B: Engineering》、《Composite Structures》、《Thin-walled Structures》、《航空学报》等期刊发表论文9篇,申请发表专利2项,参加国内外学术会议4次,并做学术报告。基于项目发展的复合材料结构设计与焊接制造技术已经拓展至航空航天构件,形成工艺规范,部分进入考核阶段。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Design, fabrication and stiffness analysis of a novel GFRP sandwiched pipe with stiffened core
新型带加强芯的 GFRP 夹层管的设计、制造和刚度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Thin-Walled Structures
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Yangxuan Zhu;Zhaoyue Chen;Yongbo Jiang;Tian Zhao;Ying Li;Jianzhong Chen;Daining Fang
  • 通讯作者:
    Daining Fang
Deformation and failure modes of aluminum foam-cored sandwich plates under air-blast loading
泡沫铝夹芯板在空气冲击载荷作用下的变形与破坏模式
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Ying Li;Xianben Ren;Xiaoqiang Zhang;Yanfei Chen;Tian Zhao;Daining Fang
  • 通讯作者:
    Daining Fang
The scaling laws of cabin structures subjected to internal blast loading: Experimental and numerical studies
内部爆炸载荷作用下的舱室结构的缩放定律:实验和数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.dt.2021.04.001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Defence Technology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Xianben Ren;Zhixin Huang;Yongbo Jiang;Zihao Chen;Xiaofei Cao;Tian Zhao;Ying Li
  • 通讯作者:
    Ying Li
高性能航空复合材料结构的关键力学问题研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵天;李营;张超;姚辽军;黄怿行;黄治新;陈诚;汪万栋;祖磊;周华民;裘进浩;邱志平;方岱宁
  • 通讯作者:
    方岱宁
Enhancing weld attributes in ultrasonic spot welding of carbon fibre-reinforced thermoplastic composites: Effect of sonotrode configurations and process control
增强碳纤维增强热塑性复合材料超声波点焊的焊接属性:超声波焊极配置和过程控制的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Composites Part B: Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tian Zhao;Quanyue Zhao;Wenwang Wu;Li Xi;Ying Li;Zhishuai Wan;Irene Fern;ez Villegas;Rinze Benedictus
  • 通讯作者:
    Rinze Benedictus

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Oct 4在牦牛卵母细胞及早期胚胎发育过程中的表达
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    畜牧兽医学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵天;李谷月;潘阳阳;李月琴;陈平;温泽星;崔燕;余四九
  • 通讯作者:
    余四九
基于光传输矩阵方法对EFFP传感器的参数优化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    光学与光电技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈潇潇;赵天;龚元
  • 通讯作者:
    龚元
航天器轻量化多功能结构设计与制造技术研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    宇航材料工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷红帅;赵则昂;郭晓岗;陶然;李营;黄怿行;赵天;方岱宁
  • 通讯作者:
    方岱宁
食蚊鱼对罗非鱼仔鱼捕食一例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚达章;陈国柱;赵天;林小涛
  • 通讯作者:
    林小涛
竞争环境下风险规避的航班动态定价
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    运筹与管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡玉生;李金林;冉伦;赵天
  • 通讯作者:
    赵天

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

赵天的其他基金

热塑性复合材料超声焊接界面导能项的柔性设计与力学性能评价
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

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

        graph TD
          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]
      
关闭
close
客服二维码