火箭复合材料结构的噪声振动环境复现与特性研究

噪声环境是火箭飞行过程中的主要激励源之一,会引起结构的强烈振动,并对安装的仪器设备的正常工作带来影响。目前火箭结构大量采用复合材料,其厚度薄、重量轻,在噪声环境激励下,不同位置处的随机振动存在很大差别,这给环境条件制定和试验考核带来了困难。根据飞行实测的局部位置随机振动结果,通过调整噪声外激励,预示了在实际飞行过程中复合材料舱段的振动环境,同时对噪声环境激励下不同位置处的随机振动特性开展了研究,为进行力学环境的精细化设计和仪器考核试验的真实模拟提供了参考。     

纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度与渐进损伤分析方法研究

针对纤维增强陶瓷基复合材料热结构力学性能特点,基于Tsai-Wu强度准则,提出了一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度分析的三维实体型渐进损伤分析方法;基于ANSYS软件APDL语言完成了分析方法的程序开发和实现,并通过与文献经典算例及典型热结构强度试验结果的对比分析,验证了本文方法的合理性和正确性。研究结果表明:本文方法可有效分析和预示纤维增强陶瓷基复合材料热结构的承载能力和损伤失效形式,具有很高仿真分析精度,解决了力热综合条件下复杂热结构强度预示与渐进损伤分析评估技术难题。     

热匹配引起的紧固件附加力问题研究

端框加紧固件方式是飞行器常用的舱段连接形式,在连接部位温度变化不大的情况下,这种连接非常可靠,但当温升量较大时,就出现了附加应力问题。以一种飞行器端框在高温情况下其连接紧固件附加了较大热应力问题为研究对象,研究了其附加力和应力产生的原因,提出了一种低附加力的连接结构,并对比分析了两种结构形式附加力大小,解决了设计和装配中的实际问题,取得了较好的应用效果。     

声振预示及试验统计与置信限分析

本文利用统计能量分析 (SEA)原理 ,对噪声引起的仪器舱段振动响应作了预示 ;文中还提出基于噪声试验的试验外推预示公式 ;用加速度级 (参考 lg)对舱段的多次噪声试验引起的结构振动数据及其外推预示结果进行了统计和比较及置信限分析 ,结果是满意的。     

声扭预示及试验统计与置信限分析

本文利用统计能量分析（SEA）原理，对噪声引起的仪器舱段振动响应作了预示；文中还提出基于噪声试验的试验外推预示公式；用加速度组（参考1g）对舱段的多次噪声试验引起的结构振动数据及其外推预示结果进行了统计和比较及置信限分析，结果是满意的。     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

某型飞机机翼Ⅱ梁框检修周期的计算

本文建立某型飞机Ⅱ梁框结构裂纹形成寿命NP 与裂纹扩展寿命N P 之间的可靠度模型 ,将安全寿命设计与损伤容限设计原理有机结合 ,计算了在给定结构可靠度下该型飞机机翼Ⅱ梁框的检修周期     

随机变量和区间变量共存条件下的复合材料可靠性设计

当得不到足够数据的统计信息时,将结构的不确定参数描述为区间变量,结合区间变量的性质,对结构的可靠度进行分析是可靠性分析中的一个新的研究重点.在复合材料的可靠性设计中,考虑5个强度参数为随机变量,纤维方向角和弹性模量为区间变量,将区间变量的取值范围内,区间变量的最差组合下的可靠度定义为结构的可靠度,则混合可靠度的分析可以看成一个双重优化问题.两个算例说明混合可靠度设计在信息不全的情况下,给出了较保守的结果,保证结构的安全可靠.     

复合材料构件安全系数的统计分析

根据纤维增强树脂基复合材料的特点,提出了按照限定应变准则确定复合材料安全系数的方法;讨论了极限应变、应力及弹性模量均服从正态分布时复合材料的安全系数f与可靠度Re之间的关系,对一些常用复合材料的安全系数与可靠度之间的关系进行统计分析.分析结果表明:CFRP和GFRP材料的可靠度和安全系数之间的关系基本相同.如要使可靠度达到0.999 9,B值安全系数应为1.4～1.6.     

基于气动(气动噪声)/结构耦合仿真研究

声振综合力学环境是航空航天飞行器的重要环境之一。航天飞机或运载火箭、飞船在起飞段产生强噪声环境,这种强噪声会激发局部结构振动,损伤飞行硬件,所以飞行器强噪声环境和随机结构振动预示受到了各航空航天大国的重视。综述了国内外综合力学环境研究现状,提出了气动(气动噪声)/结构耦合思想,即基于物理声学、结构动力学以及空气动力学的三场耦合,对飞行器综合力学环境进行预示。分析了气动(气动噪声)/结构耦合综合力学环境仿真的关键技术,提出的仿真基本思路是在已有气动弹性研究的基础上引入噪声载荷,建立三场耦合平台。以舱段为研究对象,进行了气动/结构/声学(CFD/CSD/CAA)耦合建模及仿真,获得舱段时域结构响应,验证了方法的可行性。研究目的是拟开发空间飞行器结构/热/气动/气动噪声多力学耦合分析的仿真环境分析软件。为研究用于高超声速飞行器复杂力学环境预示积累理论基础。     

2D-C/SiC复合材料螺栓连接结构可靠性分析

耐高温C/SiC陶瓷基复合材料因加工制造的复杂工艺,其性能参数存在明显的分散性。为了提高复合材料螺栓连接结构的可靠性建模精度,采用渐进损伤分析方法进行强度分析,采用不含交叉项二次响应面函数进行可靠性分析。采用改进的Hashin失效准则与Ye分层失效准则进行渐进损伤分析,分别对结构纤维与基体采用不同的刚度损伤模型,通过有限元仿真获得螺栓连接结构的拉伸极限承载能力,与试验值之间相对误差较小。将2D-C/SiC复合材料的刚度性能参数与强度参数作为随机变量,采用响应面法拟合结构功能函数,通过分析得到结构在拉伸载荷下的失效概率函数,并分析了各材料力学性能参数的灵敏度,发现面内剪切强度对结构可靠性影响较大。     

结构破坏概率预示技术

在宇航工程中，预示结构的破坏概率、计算结构的可靠性是型号设计中的重要任务。传统的结构设计和强度计算方法都是针对确定性结构和载荷环境参数的，无法直接考虑材料性能、结构几何参数的分散性，本文将随机摄动技术、传递函数理论和有限元程序结合在一起，提出了一种预示结构破坏概率、计算结构可靠度的途径。简单的实全表明，这种途径是走得通的。     

针刺纤维复合材料单胞模型构建及力学性能研究进展

三维针刺纤维复合材料有独特的网状结构,变形能力强,同时针刺技术可设计性强,能制造大型复杂结构,常用于航空刹车盘、固体发动机喷管喉衬及其扩张段等结构中。在工艺成型过程中,受纤维铺层结构和针刺工艺参数等因素影响,材料针刺区域的纤维体积含量和纤维偏转路径不规则分布,容易引起应力集中,导致损伤发生,同时其内部细观结构极其复杂,导致材料的力学性能难以预报和分析。因此,本文从三维针刺纤维预制体成型工艺、三维针刺复合材料单胞建模方法和力学性能分析三个方面入手,重点介绍了预制体工艺成型过程仿真技术和复合材料工艺参数化建模方法在力学性能分析方面的应用,概述和评价了材料考虑针刺预制体成型工艺过程的细观单胞建模方法和基于实验、数值模拟的刚度、强度及损伤行为等力学性能分析方法的研究现状,同时对扩张段针刺复杂结构的性能分析进行论述。在针刺复合材料及其复杂结构的力学性能分析中,仍面临一些困难和挑战,如何建立针刺预制体成型工艺参数与针刺复合材料力学性能之间的映射关系,从材料细观结构到针刺复合材料复杂结构力学性能的分析方法,优化针刺复合材料制造工艺,是推进针刺复合材料和复杂结构在航空航天领域应用的关键。     

一种新型舱段连接方式一偏心销

偏心销作为一种新型的舱段连接方式,最早见于俄制导弹（如P．27空空导弹）上运用,在工程设计过程中,由于结构设计的需要,需要对该舱段连接方式的物理性能进行了解,因此安排了偏心销连接的舱段结构强度,结构刚度和可靠性方面的摸底试验,通过与环齿连接方式的对比力学试验,掌握偏心销连接方式的连接原理和优缺点。同时掌握偏心销舱段连接加工工艺方面的细节问题,为工程设计总体方案报告提供强有力的支撑。     

一种新型舱段连接方式——偏心销

偏心销作为一种新型的舱段连接方式,最早见于俄制导弹(如P-27空空导弹)上运用,在工程设计过程中,由于结构设计的需要,需要对该舱段连接方式的物理性能进行了解,因此安排了偏心销连接的舱段结构强度,结构刚度和可靠性方面的摸底试验,通过与环齿连接方式的对比力学试验,掌握偏心销连接方式的连接原理和优缺点。同时掌握偏心销舱段连接加工工艺方面的细节问题,为工程设计总体方案报告提供强有力的支撑。     

复合材料的安全系数统计分析

为了解决纤维增强树脂基复合材料(Fiber-reinforced plastics．FRP)结构设计中安全系数的取值问题,本文利用强度服从三参数Weibull分布。应力服从Gumbel分布时复合材料结构安全系数厂与可靠度之间的关系，对一些常用的FRP的安全系数与可靠度之间的关系进行了统计分析。给出了几种常用类型复合材料在不同应力变异系数和不同可靠度要求下的安全系数的统计取值范围。得到了应力变异系数为0．1,0.15和0.2时这些FRP的安全系数分散带。对于应力变异系数不等于0．1,0．15和0．2的情况，可以采用文中方法进行具体分析或进行插值计算。并得出了材料强度和应力的分散性对安全系数具有很大影响的结论。这对于复合材料结构设计有重要的参考价值。     

螺栓强度的随机可靠性与模糊可靠性分析

螺栓是工程装备中重要的连接结构件,其可靠性至关重要。本文介绍了结构强度的随机可靠性和模糊可靠性分析方法,并以一种典型螺栓为例演示了这些方法的应用,同时给出了螺栓的随机可靠度和模糊可靠度。     

低速风洞试验模型轻量化设计

风洞试验模型的设计和制造直接关系到风洞试验数据的准确性，对飞行器研制的周期和成本具有重要的影响。对低速风洞试验模型进行轻量化设计是获得可靠风洞试验数据和降低风洞试验成本的关键环节。采用复合材料蒙皮加框梁及增材制造结构，以某民机模型为研究对象，开展整体化、轻量化设计，应用有限元分析软件对设计结果进行强度校核和振动分析。结果表明，通过优化设计，与传统金属模型相比，模型设计重量降低50%以上；机翼采用复合材料蒙皮和复合材料加强筋结构，其强度可满足设计要求；对异形零件进行面向增材制造的轻量化设计，与基于复合材料制造的设计相比，可减重20%，制造周期缩短50%以上；模型轻量化设计后可提高模型-支撑系统固有频率。     

复合材料结构机械连接设计分析与试验研究

以某型机复合材料机身与主减后接头局部连接结构为研究对象,针对结构承面外载荷较大的特殊受载形式进行复合材料-金属接头机械连接技术研究。通过有限元仿真分析,确定了复合材料-金属接头的连接形式,并对复合材料机身结构连接区的局部铺层进行了优化,随后开展复合材料-金属接头连接结构的力学试验。结果表明,在给定载荷下,复合材料-金属接头机械连接结构具有足够的强度和刚度,满足设计要求。     

钉头型式对复合材料层合板机械连接强度的影响

通过3种不同铺层比例的复合材料层合板机械连接接头的挤压强度测试，研究了钉头型式对复合材料层合板机械连接挤压力学性能的影响，获得了沉头螺栓挤压强度修正系数。试验数据表明：采用沉头螺栓的复合材料机械接头 的挤压强度，可达到采用凸头螺栓的复合材料机械连接挤压强度的90%左右，但接头刚度仅为采用凸头螺栓的复合材料接头刚度的40%~50%。研究采用Hashin失效准则和Tan-Camanho损伤扩展方法，对两种钉头型式的复合材料层合板机械连接接头的挤压失效过程进行了有限元分 析，预测了复合材料层合板机械连接接头的偏移挤压强度和极限挤压强度，模型预测值与试验值的误差不超过15%。