三维五向编织复合材料宏细观力学性能分析

基于三维五向编织复合材料的细观结构胞元,采用细观有限元方法建立了材料宏观等效弹性性能的力学分析模型。模型数值结果与拉伸试验数据基本吻合,说明模型可用于该材料的宏观力学性能预测。经分析其细观应力分布及变形,表明基于胞元分析的力学模型能有效预测含周期性结构材料的细观力学响应。由于该模型能给出较为合理的细观应力应变场,为进一步开展三维五向编织复合材料的失效分析奠定了基础。
     

基于蜂窝纸板的系留平台缓冲分析与试验

为保证系留气球平台在空投着陆中的安全,必须对其中的压力气瓶进行缓冲分析与实验。文章采用蜂窝纸板作为气瓶缓冲材料,采用LS-DYNA软件,并依据蜂窝纸板实际参数处理材料模型,仿真分析了在不同蜂窝纸板厚度、不同跌落速度和不同着陆姿态下的缓冲过程。根据仿真结果,设计了蜂窝纸板缓冲结构和加速度检测模块,采用吊车起吊跌落进行了实验验证。仿真分析和实验结果均表明,蜂窝纸板厚度为500mm,跌落速度低于10m/s时,气瓶缓冲后加速度低于20gn,可满足空投着陆应用要求。文章基于LS-DYNA的蜂窝纸板缓冲有限元分析是可行的,研究结果对于气瓶类装备的着陆缓冲结构设计有参考价值。     

Kevlar／Nomex蜂窝夹层结构微带阵天线电气板的研制

微带天线广泛应用于星载合成孔径雷达天线.文章对Kevlar/Nomex蜂窝夹层结构微带天线的材料、制造技术进行了分析.结果表明,微带天线采用Kevlar/Nomex蜂窝夹层结构制造工艺,能够满足设计要求.     

T800碳纤维/PEEK热塑性复合材料的拉伸与剪切失效行为研究

采用T800碳纤维/聚醚醚酮(T800/PEEK)预浸料，以高温、模压方式制备了热塑性单向复合材料，通过拉伸、面内剪切试验方法对其模量和强度进行了测试分析，得到了不同载荷形式作用下的宏观失效破坏模式。针对T800/PEEK复合材料的微细观结构特点，建立了有限元代表性体积单元模型(RVE)和碳纤维、PEEK基体以及纤维/基体界面三种材料的本构关系，基于渐进损伤失效模型和内聚力模型得到了单轴拉伸/压缩、面内剪切载荷作用下单元模型的应力应变曲线和微细观失效模式。相比于试验测试结果，有限元模型预测得到的拉伸模量/强度相差最大为11%,剪切模量/强度相差最大为5%。     

基于优化的蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板具有较高的比强度和比刚度,在航空航天领域得到广泛应用。用三明治等效方法计算蜂窝板等效材料参数,在MSC.Patran中建立有限元模型计算蜂窝板基频,通过分析设计变量和目标函数在NASTRAN中对蜂窝板基频进行优化,利用优化结果确定等效剪切弹性模量计算公式中修正系数γ并重新计算修正后模型基频,以试验所测基频值为标准对蜂窝板有限元模型进行修正。修正后模型计算基频值与实测值之间的偏差明显减小,证实了模型修正的有效性。     

带隔热层蜂窝夹层结构的超高速撞击特性研究

带隔热层的蜂窝夹层结构是航天器常用的结构材料。针对带隔热层蜂窝夹层结构开展了超高速撞击试验研究和数值模拟。通过试验获得了带隔热层蜂窝夹层结构的弹道极限方程,并利用该方程计算了带隔热层前板的等效厚度;同时采用光滑质点流体动力学(SPH)和有限元(FE)耦合的方法,对蜂窝夹层结构的超高速撞击过程进行了数值模拟,模拟结果表明:蜂窝芯限制了碎片云的径向膨胀,碎片云轴向流的导流和分流作用。     

碳纤维/铝蜂窝太阳翼基板热变形分析

以某卫星的碳纤维/铝蜂窝太阳翼基板为对象,研究了碳纤维层合板和铝蜂窝芯层弹性常数和热膨胀系数的等效计算。分别采用等效参数和I-deas软件中的Laminate铺层模型等方法,分析了高温和低温状态下太阳翼基板的热变形,并对计算结果进行了比较,初步说明热变形分析是可行的。面板铺层材料参数对基板的热变形影响很大,在建立分析模型时不能将其等效为各向同性的均匀材料。     

蜂窝夹层板强度分析模型对比研究

在蜂窝夹层板强度设计中,为了降低计算成本,并得到准确的计算结果,需要对蜂窝夹层板进行有效的等效建模。以简化的仪器安装板为例,对比研究了等效板、三明治夹芯板、三明治实体夹芯板和蜂窝体夹芯板4种强度分析模型,并基于蜂窝体夹芯板计算模型,对4种强度分析模型下的变形、应力和频率计算结果分别进行了对比研究,得到计算精度、适用范围等工程结论,同时形成相关软件应用界面,指导飞行器结构设计。     

柔性接头弹性件压缩剪切联合加载试验研究及数值分析

通过单轴拉伸与平面拉伸试验,得到了柔性接头弹性件橡胶材料“三阶五项式”超弹本构模型参数,通过有限计算证明了该模型的优越性.为了获得柔性接头弹性件材料剪切模量随容压的变化规律,设计了双轴加载试验装置和征柔性接头弹性件的三重片试件,进行了压缩剪切联合加载试验及有限元数值模拟,发现橡胶材料的剪切模量随压强的高略有增加.数值模...     

航天器蜂窝夹层板局部弯曲变形特性分析与验证

为了解决航天器蜂窝夹层板局部变形以致局部平面度易超差问题,文章基于克希霍夫(Kirchhoff)薄板弯曲理论和矩形板(Rectangular Plate)弯曲理论对蜂窝夹层板局部弯曲变形特性分析和挠度计算,提出减小局部变形的控制方法,经局部平面度试验验证,结果表明:理论分析与试验结果一致性好,选择较小均布载荷、减小热管宽度或热管与蜂窝芯的拼缝间隙、增大矩形板厚度以及缩小蜂窝芯与热管间的高度阶差均可有效减小局部变形,进而降低局部变形对航天器内部功能仪器导热的影响。可为航天器蜂窝夹层结构设计提供参考。     

吸波外热流模拟装置等效热分析模型

吸波材料可用于微波载荷无线功能测试。在微波载荷的真空热试验条件下,容器壁安装由大量四棱锥尖劈阵列而成的吸波结构,其兼具外热流模拟功能。为简化热分析以指导工程优化设计,文章基于体积平均思想,为吸波结构建立等效热分析模型,并与真实结构模型的分析结果进行对比,研究吸波装置的瞬态温度变化和外热流模拟精度以及对于复杂结构的温度场控制精度,验证了等效模型的精度与工程实用性。     

SPC在芳纶纸蜂窝质量控制中的应用

芳纶纸蜂窝作为复合材料构件的主要芯材,被广泛用于飞机的机翼、发动机罩、机舱门,列车的地板、窗框、行李架,以及各种运动器材中。芳纶纸蜂窝制作工艺复杂,其产品质量的稳定性直接影响复合材料构件的性能。因此,对芳纶纸蜂窝制造过程的质量控制特别是质量稳定性的控制尤为重要。SPC是一种行之有效的过程控制管理工具,针对芳纶纸蜂窝的生产特点,提出将SPC技术应用于芳纶纸蜂窝的质量控制的过程和方法,提高了产品质量的稳定性和一致性。     

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。     

蜂窝芯层非线性等效弹性参数

考虑蜂窝壁板面内荷重对壁板弯曲的影响,对Gibson公式进行了修正,提出了一种蜂窝芯层的非线性等效拉伸弹性模量的拟合方法.讨论了蜂窝层合板的非线性响应,给出了x向拉伸和压缩、y向拉伸时的参数计算公式,以及某结构的应力一应变关系拟合结果,建立了蜂窝芯层非线性等效泊松比的计算模型.为蜂窝层合板的非线性动力响应分析提供了参考.     

星载高精度反射面模具型面补偿设计方法

为满足高通量卫星对反射面高精度型面和低成本要求，从碳纤维蜂窝夹层结构反射面在固化成型过程中的固化收缩变形角度出发，根据模具型面补偿原理，提出了反射面模具型面补偿设计方法，并基于六面体单元有限元模型和三维正交各项异性材料属性及三点边界约束方法进行了试验验证。试验结果表明，通过型面补偿后的铸铁模具加工得到的两米口径反射面型面精度达到0.096mm均方根（root mean square,RMS），为模具型面补偿和高精度反射面提供了参考。     

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。     

KOREX芳族聚酰胺蜂窝夹芯

美国杜邦公司最近研制成功的KOREX芳族聚酰胺蜂窝夹芯具有优良的剪切和压缩模量,高的剪切强度和压缩强度,因此可大大减少高性能蜂窝夹芯结构的重量。另外这种材料的热膨胀系数很低,其湿热性能和耐疲劳性能也比常用的蜂窝夹芯提高不少,故它是较有潜力的蜂窝夹芯材料。     

动态异面压缩下铝蜂窝平均坍塌应力分析与试验验证

为研究铝蜂窝在动态异面压缩下的平均塑性坍塌应力，在铝蜂窝准静态压缩的理论研究基础上，考虑铝蜂窝应变率效应对材料力学性能的影响，采用Cowper Symonds模型，以基本折叠单元为研究对象，采用等效周长方法求取应变率，给出了两个动态异面压缩下铝蜂窝平均塑性坍塌应力的理论计算公式。落锤冲击试验结果与仿真结果显示，Tresca屈服准则下的动态平均塑性坍塌应力与试验及仿真结果的相关系数均在98%以上，验证了理论推导的正确性。本文给出的理论计算公式对研究动态冲击下铝蜂窝的异面压缩性能具有一定的工程指导意义。     

高温合金热防护系统设计与分析

金属热防护系统是高超飞行器热防护系统的理想候选方案。给出了一套高温合金 金属热防护系统的初始设计方案,进行了金属热防护系统各功能层选材;给出了金属蜂窝材 料的宏观力学性能和导热性能等效方法;建立了金属热防护系统简化的一维有限元传热分析 模型,提出了采用迭代分析方式说现的金属热防护系统隔热层尺寸优化方法;建立了金属热 防护系统的三维有限元分析模型,实现了金属热防护系统的热弹性分析;最后通过典型算例 验证了上述方法的有效性。     

用超声波刀切割复合材料

人们对复合材料的加工进行了许多研究。过去除采用钻头、郁金香形铣刀等“传统”加工方法外,还利用水喷射法进行复合材料的切割。而今天,人们发明了超声波。美国一公司(Energy and Minerale Research Co d′ Exton en Pennsy Lvanie)研制出一种微型工具——超声波刀,这种刀可切割硬度很高或易碎的材料,不管是干纤维还是浸渍过的纤维均可,例如armide纤维,玻璃,石墨。这套微型工具还可对蜂窝状铝材料和Nomex材料进行钻孔和型面加工。值得注意的是,大部份试验是在DuPont de Nemous公司生产的纤维和复合材料上进行的(主要是Kevlar和Nomex材料)。超声波刀不仪适于切割和型面加工青铜夹层板,同样适于切割氯丁橡胶,未硫化橡胶,Kevlar增强橡胶,铝板,惰性固体推进剂,