平面整体冲破式易碎盖结构设计及有限元分析

针对发射筒/箱盖的轻质、结构紧凑等新的性能需求,设计了一种凹槽式薄弱区结构的平面整体冲破式复合材料易碎盖。对于承压工况,建立了静态有限元数值分析模型,分析了易碎盖应力和变形的分布,讨论了盖体厚度和薄弱区凹槽宽度对其最大变形的影响;对于冲破工况,基于三维Hashin失效准则,建立了静态渐进损伤有限元模型,研究了易碎盖冲破的损伤失效机理,探讨了易碎盖设计参数对其冲破性能的影响。结果表明:盖体厚度、凹槽宽度与易碎盖最大变形之间均为非线性关系,且盖体厚度的变化对易碎盖的刚度和强度影响明显,而薄弱区凹槽宽度的变化对其影响较小。有限元分析结果可为进一步试验研究及制备提供技术支持。     

轴压载荷作用下全复合材料裙与壳体搭接区的结构分析

对轴压载荷作用下固体火箭发动机复合材料裙与壳体搭接区的受力变形情况及承载能力进行了有限元分析,应用板壳理论对搭接区进行了分析,证明有限元计算结果合理可信;对裙搭接长度在40~60 mm范围内进行了寻优计算。结果说明,搭接区裙外铺层是搭接区最薄弱的环节;影响搭接区承载能力的主要结构因素有裙尖厚度、裙外铺层厚度、直段橡胶长度;随裙搭接长度的增大,搭接区承载能力呈现先增大后减小的趋势,存在搭接区承载能力的极大值。该分析方法和结果可供搭接区分析设计参考。     

炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头拉伸失效实验

对炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头的拉伸失效损伤进行了实验研究,分析了搭接长度、粘接体厚度、胶层缺陷、层合板铺层方式对失效载荷、接头强度和失效模式的影响。实验结果表明,失效载荷随着搭接长度的增加而增大,接头强度随着搭接长度的增加而减小;粘接体厚度增大2倍时,接头强度与粘接体厚度并不成正比关系。在胶层内设置微小缺陷对接头强度影响较小,随着搭接长度的增加,影响变得越来越小;增加层合板单向纤维的铺层数,可提高接头的失效载荷和接头强度;各类型试件主要的失效模式为分层失效,有时并伴随有胶层失效和纤维撕裂现象。     

整体冲破式复合材料薄膜盖的设计与试验研究

以复合材料层合板为基本材料设计了一种结构新颖的整体冲破式复合材料薄膜盖,薄膜盖在导弹引擎产生的气流冲击下整体飞出,提高了导弹的发射效率。通过对薄弱区形式的设计分析以及基本材料的力学性能试验,确定了薄弱区结构形式;通过薄膜盖整体、局部应力分析结合相应的强度理论,确定了带薄弱区薄膜盖的设计方案;然后制作了一批实物并进行了薄膜盖冲破实验,结果表明结构设计合理,理论预测方法准确。该文所建立的方法和研究结果为这类箱盖的设计应用提供了依据。     

高压金属软管应力及参数敏感度分析

某型号发动机热试车考核中高压金属软管多次出现破坏。通过建立软管有限元模型,采用非线性有限元分析了软管应力分布和各部分承载特点,判断波峰处轴向应力是影响软管结构强度的主要因素,有限元计算结果和试验破坏部位一致,表明有限元模型的合理性。在此基础上,通过参数化建模、设计中心复合实验和进行参数敏感度分析,得出影响波峰处最大轴向应力的敏感参数,为结构参数优化提供了依据。     

新型穿透式复合材料薄膜盖的设计、制作与实验

以复合材料层合板为基本材料设计了一种结构新颖的穿透式薄膜盖,在导弹与薄膜盖初始接触区域预制薄弱区,导弹顶破时以四瓣形式开裂,提高了导弹的发射效率.通过强度分析确定了设计方案,然后自行制作了实物,并进行了实验验证,结果表明结构设计合理,理论预测和实验方法准确.本文所建立的方法和研究结果为这类箱盖的设计应用提供了依据.     

星箭分离减冲击环结构优化设计

针对星箭分离过程，建立了减冲击环结构模型，并分析了该结构的减冲原理。利用冲击响应谱的时域合成算法计算获得符合冲击谱规范的时域载荷，并以此作为结构优化设计中动力学模型的输入载荷工况。以减冲击环的连续层数、单层支撑块数、连续层厚度、支撑块层高度以及环的外半径和内半径6个结构参数为设计变量，以减冲效果和结构强度、刚度为约束，以质量最轻为目标，建立减冲击环的结构优化设计模型，这是一包含离散变量和连续变量的混合优化问题。为了在跨平台下求解该混合优化问题，采用代理模型策略和自适应模拟退火算法求解，并在最优点处开展结构性能对设计变量的敏度计算，对计算结果进行了分析评估。本研究对强冲击动力学环境下的航天器结构分析与设计有一定的指导意义。     

缝合连接三维编织复合材料弯曲性能试验研究

研究了缝合密度、搭接长度和编织角对缝合连接三维编织复合材料弯曲性能的影响.实验结果表明,搭接长度和缝合密度对弯曲性能影响较大,不同缝合密度试件的弯曲强度均与搭接长度成正比;搭接长度25、40、55 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而增大,但编织角35°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而减小,编织角20°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增大呈现先增大后减小的规律;编织角对搭接长度70 mm试件的弯曲性能影响显著,对于中密度和高密度缝合试件,编织角20°的试件弯曲强度大于编织角35°的试件,而在低密度缝合试件中表现出相反的规律.     

复合材料壳体挂机飞行一体化结构 优化设计分析

针对固体火箭发动机复合材料壳体挂机飞行一体化结构优化设计问题,提出了基于拓扑优化和多参数目标驱动优化相结合的两步设计法。首先针对挂机飞行金属结构进行拓扑优化,优化后结构质量由8.6 kg降低至6.0 kg,实现了结构轻量化设计目的;然后针对复合材料挂机飞行一体化结构进行多参数目标驱动优化并进行参数敏感性分析,结构整体质量由6.0 kg进一步降低至5.94 kg。参数敏感性分析结果表明,挂飞连接支座上肢板厚度为关键尺寸,而挂飞结构外缠绕层宽度对整体结构强度贡献较小。静力载荷试验结果表明,壳体及挂机结构应变在10～140 k N前应变与载荷基本呈线性增长,当超过140 k N后挂机结构外部环向纤维开始断裂,挂机结构出现破坏,载荷设计值与实验值相对误差为15.6%,这是由于载荷试验采用单一吊耳加载而导致结构受力过于集中而相对容易发生破坏。     

火箭弹卷弧尾翼结构优化设计

为使火箭弹卷弧尾翼在承受特定气动载荷情况下的自身结构质量最小,对其进行了结构优化设计.以包括尾翼弦长、厚度、前缘后掠角等在内的6个几何参数作为设计变量,对应的强度和变形量为约束,以有限元法为分析工具,以非线性规划为搜索算法在整个设计空间里进行优化计算,取得了较好结果,卷弧翼减重效果明显.随后对优化结果进行权重分析,得到了对优化目标和约束影响较大的设计变量,分别是卷弧的圆心角和翼片厚度.最后,讨论了包括气动优化在内的进一步研究方向.