激光辐照充压壳体的破坏评价(Ⅰ)——破坏概率分析

时激光辐照充压壳体破坏(失效)的结果进行评价时,对有关物理参量的不确定性进行定量分析是必要的.以充压壳体破坏(失效)的断裂机理为基础,讨论了如何建立壳体结构破坏(失效)的评价方法,问题的核心是建立壳体结构破坏(失效)的概率模型.该模型中,将影响结构破坏的各个物理参量划分为驱动力和抗力两种类型,通过计算驱动力和抗力的均值和标准差,可得到结构的破坏概率.在此基础上,给出了数值算例,得到了不同加载条件下模型壳体的破坏概率.     

基于CRKSPH的炸药巴西压裂仿真研究

使用守恒型再生核粒子(CRKSPH)方法,结合弹脆性损伤本构模型,对PBX9501炸药标准巴西试验断裂过程进行了仿真,并对炸药内裂纹的产生和分布进行了预测。计算中,使用CRKSPH方法,可有效地提高计算精度和避免人工粘性误差;本构模型基于PBX9501炸药材料细观结构特征和破坏模式,并使用损伤参数D(单位面积上微缺陷的密度)来表征材料的破坏程度;计算结果中,试件断裂形式和中心点应力结果与文献中试验结果符合较好,而且加载速率对试件的断裂形式和断裂时间均有一定的影响。研究表明,CRKSPH方法在计算PBX9501炸药断裂损伤及裂纹扩展问题上有一定的工程实用价值。     

固体发动机壳体用D406A钢锻件的断裂韧度KIC测试研究

对固体发动机壳体用D406A超高强度锅锻件,进行了平面应变断裂韧度K_(IC)测试研究,获得了壳体重要部位实用锻件的K_(IC)值;找到了材料强度和断裂韧度合理匹配的碳含量范围,为壳体设计与安全使用及断裂分析提供了试验依据。     

复合固体推进剂双参数断裂准则研究

针对复合固体推进剂裂纹尖端的损伤特性,基于Dugdale模型建立了一个复合固体推进剂双参数断裂准则。通过单轴拉伸试验和单边断口断裂试验求得了双参数断裂准则中的两个材料参数。利用该准则对含有不同长度裂纹试件的破坏载荷进行预估,其结果与试验结果吻合得很好。
     

固体发动机壳体工作状态塑性流动数值模拟

采用二维轴对称模型及有限元数值计算方法，对固体火箭发动机壳体在高压下的应力分布进行了分析和计算，获得了发动机壳体在工作条件下的塑性形变及应力场的分布。其结果可供基于塑性形变的壳体评估及可靠性设计参考。     

固体发动机金属壳体的低应力破坏问题

在板体发动机壳体设计中,需选用强度高的材料。但随着钢的强度的提高,其抗裂纹扩展的能力(即断裂韧度)就相应降低。即使壳体上存在较小的缺陷,也可能发生低应力破坏。文章在统计分析了两种406钢制壳体发生低应力破坏情况的基础上,就强度与韧度、无损探伤、断裂韧度测试、壳体安全使用、以及应力腐蚀和氢脆等问题作了论证,探讨了提高壳体安全可靠性的途径。     

飞行器运动辨识的复杂假定及其贝叶斯检验方法

提出了利用贝叶斯 (Bayes)理论对飞行器运动辨识的复杂假设进行检验的方法 ,推导了检验规则及实现算法。该研究对于大型复杂仿真系统的置信度评估和提高仿真结果的正确性及减少仿真工作量具有一定的参考价值     

碳纤维复合材料壳体轴压稳定性分析与试验验证

针对碳纤维复合材料壳体轴压稳定性问题,提出了理论推导、数值模拟和试验验证相结合工程计算方法,获得了铺层相关参数对轴压稳定性的影响规律。基于层合板理论,计算了碳纤维复合材料壳体的等效弹性常数;以150 mm碳纤维复合材料圆筒为研究对象,通过壳体破坏性轴压试验,验证了理论计算和有限元数值模拟的正确性;计算了碳纤维缠绕角及增加0°铺层对复合材料弹性常数的影响规律。研究结果表明,通过引入修正系数k=0.4,理论计算结果与实际轴压破坏载荷较为接近;通过增加0°铺层数,能够大幅度地提高壳体刚度,且对刚度提升的贡献远大于所引起的重量增加。复合材料刚度是决定壳体临界轴压载荷的关键因素,固体发动机设计过程中增加材料刚度可有效提升其轴压稳定性。     

力热联合载荷下炭纤维缠绕壳体轴压稳定性分析

为了研究炭纤维缠绕壳体在力热联合载荷下的轴压稳定性,通过试验测试了炭纤维复合材料单层板在不同温度下的弹性常数,计算出炭纤维复合材料壳体在不同温度下的等效弹性常数。基于层合板理论计算了炭纤维复合材料壳体的临界轴压,设计了力热联合载荷下炭纤维缠绕壳体试验方案,测试了壳体在不同温度下的轴压破坏载荷。结果表明,炭纤维复合材料壳体的临界轴压随温度升高逐渐降低;当使用温度超过树脂玻璃化温度后,壳体轴压破坏载荷呈指数级下降;在临界轴压理论计算公式的基础上取修正系数为0.04,可准确预示炭纤维复合材料壳体的轴压破坏载荷。相关结论和方法可为固体发动机复合材料壳体和外防热结构设计提供依据。     

纤维缠绕壳体水压试验的声发射技术

本文阐述了声发射技术的特点、主要参数及其对损伤缺陷的鉴别。利用声发射技术监测了纤维缠绕壳体水压试验过程。分析了随着水压增加从基体开裂、层间分层及纤维断裂到最终破坏与声发射信号的关系；研究了水压过程中出现的两次声发射峰所对应的压强与壳体爆破压强的关系。     

炭纤维壳体封头设计的几个问题

讨论了炭纤维壳体封头低压破坏的原因及3种破坏模式,即靠近赤道附近部位的封头发生断裂,极孔部位在环向应力作用下断裂和封头沿接头肩部外缘被剪(弯)断;得到了3种破坏模式的强度校核公式.给出了防止封头破坏宜采取的有效措施,对开孔很大的后封头,宜采取补强措施;给出了补强层厚度和补强范围的确定方法.     

强激光辐照下充压壳体损伤特征温度分析

提出了损伤特征温度的理论表述,该物理量表征的是材料结构达到强度极限时的温升大小,同时其对应的是壳体出现开裂损伤时满足的最低能量条件。通过建立有限元模型,给出了激光加载下损伤特征温度的计算方法及结果,对加载功率密度和内压的影响关系进行了讨论,并预估了不同功率密度加载时壳体的损伤时间。结合数值模拟结果,开展了相关试验研究,并进行了讨论。研究表明,激光功率密度和壳体内压对损伤特征温度有不同的影响关系,该物理量对试验设计具有重要参考价值。     

基于性能退化数据的可靠性评估

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据，对于高可靠长寿命产品，很难通过寿命试验和加速寿命试验获得失效寿命时间，这种情况下产品的性能退化数据可提供可靠性评估的重要信息。在基于失效数据可靠性评估及性能可靠性评估方法的基础上，提出了基于退化轨迹与基于性能退化量分布两种可靠性评估方法，以对具有退化失效机理的高可靠长寿命产品进行可靠性评估。基于退化轨迹的可靠性评估方法首先选取合适的退化轨迹模型，利用退化数据对退化轨迹进行模型拟合得到模型参数，然后根据退化轨迹外推得到伪失效寿命，最后根据完全寿命试验数据的统计分析方法进行统计分析得到产品可靠性信息。基于性能退化量分布的可靠性评估方法首先计算不同测量时刻产品性能退化量的统计特征，对其进行曲线拟合得到统计特征随时间变化的函数，即性能退化量分布参数，最后利用可靠性与性能退化量分布的关系评估产品的可靠性。本文最后给出了两种可靠性评估方法的应用案例，验证了方法的正确性与有效性。     

大型薄壁缠绕型复材壳体的振动特性研究

为研究大型薄壁缠绕型复材壳体的结构振动特性,基于复合材料层合板理论,采用有限元方法建立了某型号整流罩壳体结构细观分析模型,开展了整流罩壳体的模态仿真,以工程中常用的随机振动输入条件进行了振动特性分析研究,并进一步仿真分析了铺层方式、壳体厚度等关键参数对于整流罩壳体结构振动特性的影响规律。结果表明:壳体厚度对整流罩壳体呼吸模态的影响较大,随着模态阶数的升高,在同一振型情况下,厚度对材料结构的性能影响愈来愈大,在工程中常用的随机振动输入条件作用下,厚度变化对结构低频振动响应的影响较小;铺层方式对整流罩壳体的振动特性影响显著,当0°、45°和90°铺层同时存在的情况下,其低频振动特性相对较好,故通过优化铺层方式来提高整流罩壳体刚性是更为有效的措施。     

混杂复合材料的成型工艺及在固体发动机上的应用

介绍了混杂复合材料的类型和混杂纤维与基体的相容性，分析了纤维混杂对复合材料性能的影响，通过实验论述了混杂复 材料固体发动机壳体和裙的设计方法、成型工艺及试验结果，对几种新型壳体缠绕成型工艺进行了讨论，提出了在固化发动机上应用混杂复合材料的建议     

芳Ⅲ编织绳动态拉伸性能研究

芳Ⅲ编织绳是常见的降落伞伞绳材料，在开伞过程中承受较大的冲击载荷，为研究其动态拉伸性能，文章以3.5-750芳Ⅲ编织绳为例，进行了动态拉伸试验及仿真模拟。首先使用万能强力机对3.5-750芳Ⅲ编织绳开展了4个不同应变率工况下的动态拉伸破坏试验，获得拉力-等效应变曲线，研究发现随拉伸应变率的增加，编织绳的断裂强力和弹性模量均增大，而断裂应变和韧性均减小。随后利用ABAQUS软件，建立了芳Ⅲ编织绳的纱线级有限元模型，依据试验结果对Johnson-Cook动态本构模型进行拟合及参数修正，并应用于编织绳动态拉伸破坏仿真，得到不同应变率下的仿真结果。与试验对比，研究表明，拟合、修正得到的Johnson-Cook动态本构模型可有效地模拟柔性编织绳动态拉伸行为，为柔性编织绳的动态力学性能研究提供了仿真手段。     

三维六向编织复合材料拉伸性能的实验研究

通过三维六向编织T700/TDE86复合材料的纵向拉伸实验,从宏观角度研究了其力学行为,获得了这些材料的主要力学性能参数及破坏规律.实验结果表明,影响三维六向编织复合材料力学性能的最主要参数是编织角,材料的拉伸弹性模量和拉伸强度受编织角的影响显著;编织角较小时,拉伸应力-应变曲线接近于线性,材料表现为脆性特征.本文还利用OLYMPUS体视显微镜对试件断口进行了观察,并对三维六向编织复合材料的破坏机制进行了分析.所得结论为进一步研究三维六向编织复合材料的刚度和强度预报奠定了实验基础.     

国内外航天器密封舱主结构材料的选用

介绍了国内外航天器密封舱主结构常用的铝合金材料,并对其常规力学性能、断裂韧度、焊接性能、抗应力腐蚀性能等进行了比较。同时,结合不同的使用环境及条件对可选材料进行了分析,给出了目前及未来密封舱主结构材料的选择建议。文章研究结果可为大型航天器密封舱主结构研制提供参考。     

平流层飞艇蒙皮材料撕裂性能分析方法

针对平流层飞艇蒙皮材料初始损伤对于其撕裂破坏的影响,分析了国内外现阶段研究柔性层压织物材料双向撕裂扩展的四种方法及对应的经验公式,通过与某平流层飞艇蒙皮材料双轴向拉伸实验得出的试验结果比较,得出各个方法的优缺点及其应用范围,并指出泰勒公式对于蒙皮材料撕裂性能的研究较为适用。同时,针对不同初始损伤切口形状的蒙皮材料进行试验值与经验公式的对比,指出不同初始损伤切口形状可等效为切断同等尺寸的经向纱线所产生的影响,并分析了蒙皮材料撕裂强度的主要影响因素,对平流层飞艇高性能蒙皮材料撕裂性能的研究提供参考。     

航天飞机纤维缠绕壳体的抗压强度研究:第一部分—试验

航天飞机起飞的瞬间,其主发动机的点火给予固体火箭助推发动机的纤维缠绕壳体一个很大的弯矩,使复合材料壳体的尾部受到了很大的压缩载荷。由于连接的需要,复合壳体尾部具有很复杂的设计,涉及到嵌入的布带和螺旋层减薄问题。为了研究发射瞬间加载状态下的纤维缠绕壳体性能,开始了试验和分析的综合研究。本文将叙述试验计划的研究结果,包括几台全尺寸和300多台缩比壳体的试验。该计划从短期研制工作开始,其目的是要确定适合的缩比试验样品,以便测定材料的抗压强度。一旦缩比样品确定之后,就开始实施更全面的试验计划来确定缠绕壳体的工艺和设计参数变化对强度的影响。为了验证分析预测的有效性,在模拟发射瞬间的弯曲状态中进行了全尺寸壳体试验。在所有的试验中特别注意观察壳体破坏的顺序,即载荷从螺旋层薄弱部位传递到坚固布带终止部位的复杂过程。