用于航天器贮箱的复合材料层合板低速冲击损伤及其渗漏规律研究

得益于优异的力学性能和减质优势，贮箱复合材料化已成为新一代航天器的重要特征之一，而复合材料贮箱的冲击后渗漏问题须要重点关注。针对一种用于航天器贮箱的含表层机织布复合材料层合板，通过依次开展低速冲击试验、C扫描损伤检测和氦质谱渗漏检测，获取不同能量冲击后层合板的内部分层损伤和渗漏率，并对比分析了机织布分别置于冲击侧和背侧时层合板的渗漏规律。结果表明，将机织布层置于冲击背侧时，层合板的冲击渗漏门槛值显著提高，且发生渗漏时出现目视可见损伤。     

复合材料层合板的低能冲击损伤及剩余拉伸强度研究

针对复合材料层合板的冲击及冲击后的拉伸过程提出了一种全程分析方法。该方法应用三维逐渐累积损伤理论对层合板的冲击及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下损伤破坏的全过程进行分析,分析中没有对冲击后层合板的损伤状态做人为假设,而是把冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究,从而不仅提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度、铺层厚度的层合板在冲击载荷及冲击后拉伸载荷下的逐渐损伤破坏过程和最终失效载荷。通过与已有文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。     

复合材料层合板激光烧蚀后的三维逐渐损伤分析

基于ANSYS平台,针对复合材料层合板经激光烧蚀后造成损伤,建立参数化三维逐渐损伤模型对其进行强度分析.采用宏观应力的三维Hashin失效准则,判定层合板材料的损伤模式;对层合板材料性能进行逐步退化,运用总体破坏准则判定其失效.分析过程中,综合考虑了不同损伤模式及其相互关联性.结果表明,该方法能较好预测含损伤复合材料层合板的强度及破坏模式.     

增韧剂含量对国产高强中模炭纤维环氧复合材料耐冲击性能的影响

采用国产CCF800H高强中模炭纤维增强高温固化环氧制备了复合材料,研究了不同热塑粉料含量对复合材料抗低速冲击及冲击后压缩性能的影响。研究表明,采用层间增韧方式,随着聚芳醚酰亚胺含量的提高,层合板的损伤阈值载荷值(DTL)逐步提高,而DTL峰值与谷底之间的载荷差值逐渐降低,内部损伤区域逐渐减少,显示冲击阻抗提高,而损伤形式由大面积的分层逐渐转变为树脂基体开裂与增强纤维断裂的模式,冲击后压缩强度(CAI)获得显著提升,证明采用层间增韧技术获得的高韧相结构能够大幅提升层合板耐低速冲击性能。     

基于FEA的复合材料结构极限承载失效预测

针对复合材料层合板失效分析，基于经典层合板理论与一阶剪切变形理论，通过层合板等效刚度以及各单层板的应力应变建立了一种并行多尺度方法，并基于此方法采用FORTRAN语言编写了子程序，通过与试验结果以及有限元分析 (Finite Element Analysis,FEA)软件内嵌的复合材料失效模型进行对比，证实了并行多尺度方法的可行性，实现了对复合材料层合板在多种工况情况下的渐进损伤分析。     

裂纹间距及铺层角度对复合材料分层的影响

分层问题是复合材料层合板最常见问题,据统计约60%的层合板失效都与分层相关.通过基于虚裂纹闭合技术(VCCT)的重合网格法(S-FEM),分析了不同铺层角度及裂纹间距对应变能释放率的影响.由分析结果可看出,应变能释放率随铺层角度增加而减小;在裂纹尖端距离相对较小时,距离对能量释放率的影响要远大于锗层角度变化的影响.     

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。     

航天器复合材料结构的渐进损伤分析

复合材料结构渐进损伤分析是获取复合材料结构极限承载能力、实现基于可靠性的结构定量设计、评估长寿命航天器损伤容限和耐久性的有效方法。文章介绍了复合材料渐进损伤分析的基本原理与方法、用于分层分析的内聚力模型及相应的强度判据和断裂判据,通过典型的用于表征损伤容限的开孔压缩算例,实现了复合材料层内失效和层间分层失效的渐进损伤分析,分析得到的破坏形貌和极限承载能力与试验值吻合良好。     

复合材料层合板热-力作用下的失效研究

碳纤维复合材料力学性能优异,在航空航天等领域广泛使用,其在热-力联合作用下的损伤失效研究对于结构的损伤破坏和强度预测具有重要意义。发展了热力耦合条件下复合材料结构渐进损伤分析方法,建立了三维有限元热烧蚀模型,并验证了计算模型的可靠性;采用三维Hashin失效准则,结合材料刚度突然退化模式,建立了失效分析模型,仿真分析了热-力联合作用下复合材料层合板损伤演化全过程。结果表明,该方法不仅能够较好地模拟复合材料层合板从局部失效的萌生、扩展直至结构完全失效的全过程,而且可以直观地显示结构的损伤失效模式,预测结构在不同条件下的承载能力。     

铺层方式对复合材料壁板热颤振特性的影响

采用分步求解的方法进行复合材料壁板的热颤振分析。先分析热效应产生的壁板附加刚度,再将壁板的热刚度效应引入到壁板颤振模型中进行壁板颤振分析。通过一块四边固支壁板的热颤振分析算例,验证了这种壁板热颤振分析方法的正确性。进而针对高速飞行器结构中的复合材料壁板热颤振问题,分析了三种不同铺层方式的复合材料壁板在受到面内均匀热载荷时颤振临界速度随温升的变化规律。结果显示：(1) 层合复合材料壁板的铺层比例和铺层顺序对壁板的热颤振临界速度都有明显的影响;(2) 温升可导致壁板颤振临界速度明显降低,且铺设方式不同,下降程度不同;(3) 在颤振危险模态不发生变化时,壁板颤振临界速度随温升而下降的趋势近似呈线性关系。     

基于损伤力学的概率疲劳曲线获取方法

文章基于损伤力学方法获得满足疲劳试验的损伤演化方程,推导出一般条件下的理论疲劳曲线以及相对应的理论中值疲劳曲线与理论理想疲劳曲线；然后根据试验数据即可确定理论疲劳曲线中的参量,从而获取疲劳曲线计算公式。通过此计算公式,可以方便地得到一组以初始损伤为参数的疲劳曲线族,继而得到以失效概率为参数的疲劳曲线族,大大降低了所需试验的数量,并为结构抗疲劳设计和寿命估算提供了依据。     

星载电子设备元器件随机振动疲劳分析

星载电子设备通常要经历各种振动环境,在恶劣的随机振动环境中,设备中的元器件管脚及焊点容易出现疲劳问题。文章应用Miner疲劳损伤累积理论及三带宽技术,提出了一种实用有效的分析元器件管脚及焊点进行随机振动疲劳寿命的方法。     

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。     

光电耦合器位移损伤效应研究

文章针对光电耦合器在空间辐射应用中的位移损伤效应,选取了一种典型的光电耦合器4N25进行了1MeV高能电子辐照试验,获得了辐照后器件电流传输比参数（CTR）的退化与电子注量的关系:在试验注量范围（1.3×1012 ~1.5×1013 cm-2）内,nCTR与电子通量成反比。通过位移损伤对器件及材料作用过程的分析,探讨了光电耦合器位移损伤效应作用机理。     

空间模拟电子辐照环境下聚四氟乙烯二次表面镜的损伤和衰退

文章介绍了在实验室模拟空间静电放电环境下聚四氟乙烯二次表面镜所受到的损伤和污染.通过光学和扫描电子显微镜检测出了13种不同类型的损伤;而喷溅表面污染物由俄歇谱仪进行分析.文章进一步阐明了导致聚四氟乙烯二次表面镜的严重衰退的环境条件,评估了损伤与未损伤二次表面镜在太阳光谱范围内的反射特性,并比较了这些试样和标准铝板的热性能.     

基于仿真计算的推力架传动轴损伤分析

某水平推力架传动轴出现断裂故障,根据水平推力架结构组成和工作原理对其传动轴损伤机理进行分析,可得出该断裂为低周疲劳所致.基于ANSYS Workbench平台建立传动轴的模型,对传动轴进行强度分析,给出工作载荷下的应力强度、应变及变形计算结果.通过计算结果分析传动轴薄弱部位,得出与传动轴失效部位状态一致.对其进行改进设计,改进后基于强度分析的一种损伤分析方法对传动轴进行损伤仿真分析,得出了使用寿命次数、安全系数和损伤系数的仿真计算结果.通过对照改进前后仿真数据,结果表明改进后的传动轴安全性提高,强度提高,同时结合应力与屈服强度公式计算出传动轴的许用应力满足传动轴设计要求.     

水泥混凝土路面损坏的原因及防治措施

水泥混凝土路面具有强度高、使用寿命长、稳定性好、不易变形等特点,在建设中广泛采用.但在行车荷载和环境因素的作用下会出现不同类型的损坏,本文据此有针对性地采取了防治措施,以避免水泥混凝土路面损坏.     

水泥混凝土路面损坏的原因及防治措施

水泥混凝土路面具有强度高、使用寿命长、稳定性好、不易变形等特点,在建设中广泛采用。但在行车荷载和环境因素的作用下会出现不同类型的损坏,本文据此有针对性地采取了防治措施,以避免水泥混凝土路面损坏。     

航天器损伤评估和安全管理中的多尺度力学问题

文章指出航天器的安全性涉及到材料、元件、器件、子系统、系统和整机6个层次。虽然预测和防止失效的任务是在整机层次,但是损伤却是起源于材料的微损伤这一最底层。损伤从原子层次到整机层次的在多个尺度层次上的演化诱致了整体的破坏。由此引入多尺度力学,即研究各种不同长度尺度和时间尺度相互耦合现象的科学。文章试图将力学的宏观运动方程和微结构转变的动力学方程组成统一的方程组,从而得到宏观标量损伤D与微损伤数密度n的关系。文章还指出对于航天器的抗辐射加固问题,微损伤成核和发展的特征时间,与宏观特征空间尺度,以及外加载荷的特征时间之间的耦合关系,即德博拉(Deborah)数,是判断这类损伤演化诱致失效问题的一个关键。