结构比强度及其在优化设计中的应用

本文从结构重量角度推导了比强度(含比模量)表达式,分析了对同一材料不同比强度的关系,给出了比强度在结构动态分析中及结构优化设计中的应用。     

C-C扩张段材料性能设计

在相同的喷管结构中,通过正交试验和喷管结构有限元热应力分析,获得径向弹性模量、母线方向(环向)弹性模量、径向热导率、母线方向(环向)热导率、径向热膨胀系数、母线方向(环向)热膨胀系数、密度和比定压热容等八因素三水平情况下的母线方向拉应力极值、环向压应力极值和层间剪切应力极值。通过极差分析,初步获得优化的材料参数设计方案,然后对试验结果进行方差分析,得出母线方向弹性模量、径向热导率和母线方向热膨胀系数这3个因素是非常显著的;结合喷管扩张段C/C复合材料的应用环境和工艺条件,得出最终的材料优化设计方案,并进行有限元热应力分析,发现应力极值都远小于现有针刺C/C复合材料的许用应力。     

形状记忆四枚缎纹编织复合材料拉伸力学性能试验研究

为研究形状记忆四枚缎纹碳纤维编织复合材料的力学性能,对其进行了单轴拉伸强度试验和低周循环拉伸试验,得到了材料的拉断强力、应力-应变曲线、弹性模量和滞回环面积及力学行为特征。针对具有波纹状表面的编织材料,提出了用每根纱线能承受的拉断强力表征材料强度。分析结果表明:编织密度4.5+4.0,5.5+5.0的两种材料经向纱线拉断强力分别为412.3,403.1牛/根,稳定弹性模量分别为43.9,31.6GPa;纬向纱线拉断强力分别为434.6,539.9牛/根,稳定弹性模量分别为53.1,30.4GPa;材料的拉伸强度、弹性模量与编织密度(即纱线束的卷曲度)有关,同时也与复合材料的成型工艺有关;试验结果具有一定的离散性,对此类有大尺寸结构单胞的编织复合材料,试件制作和试验方法等需与传统层合复合材料有所差异。研究对大尺寸结构单胞编织复合材料的力学性能研究及航天器结构机构工程应用有一定的参考价值。     

铝—锂合金的研究现状与动态

一、前言 新技术革命对材料提出了更苛刻的要求。因为任何一种新的机器、设备或构件的性能都要受到材料性能的限制。因此科学家们预言,未来的一个世纪将是由新材料支撑的产业革命时代。 热塑树脂复合材料虽可以减轻重量15～25％,但有难于克服的缺点,人们寄希望于开发一种具有低成本且比强度高的新型铝基材料。锂的密度为0.53g/cm~3,仅为铝的1/5左右,在铅中的固溶度是3％(重量百分数),     

现代航空航天材料

随着飞行器的使用费用急剧上升,航空航天工业部门正在寻找各种途径来减轻飞行器的重量、延长飞行距离、增加有效载荷重量以及降低起飞的要求。为满足这些要求,材料供应厂商们也在进行广泛的研制,以便向用户提供具有更高性能(例如具有更高的强度、抗疲劳能力和断裂韧性以及更低的密度)材料。对于某些材料的研究早在20年前就已开始,但是由于材料的价格或其制造成本很     

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.     

增强S型波纹管结构耐压强度分析技术

针对某型液体火箭发动机燃料摇摆装置中的增强S型波纹管,采用理论解析和数值仿真技术进行耐压强度分析研究。研究表明:增强S型波纹管耐压强度数值仿真有限元模型必须采用分层波纹管结构型式,简化成单层波纹管模型仿真计算结果误差较大;合理选用波纹管有限元模型的网格密度,不仅可有效保证耐压强度计算结果精度,还可减少计算机仿真计算时间;波纹管的材料、总厚度、波形等参数不变的条件下,适当增加波纹管层数,可提高波纹管的径向刚度,减少波纹管的轴向刚度。     

铍在惯性器件中的应用

铍材作为惯性器件的结构材料,是目前比较理想的一种材料,与惯导系统中常用的结构材料铝合金、镁合金和钛合金相比,具有比重小、比弹性模量高、比刚度大、热膨胀系数小等     

铝锂合金——一种先进的航空航天材料

一、竞争的需要在航空航天工业中,铝合金的应用由来已久,而至本世纪七十年代初,由于对所用铝合金的研究局限在通过精细调整控制显微组织来改进合金性能如断裂韧性或抗应力腐蚀性能,强度的提高却很有限,因而当时得出结论是,铝合金的研制已进入成效渐微的境地,不大可能再出现惊人的进展。但是,随着世界石油危机带来的燃料价格猛涨,以及军用飞机和航天器又迫切要求增加有效载荷,降低结构重量,这就大大促进了研制具有更高性能,特别是更高比强度、比刚度的     

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。     

碳纤维环氧压力容器封头加强研究

本文提出用环向缠绕的复合材料垫片对封头进行局部加强,使发动机在圆筒段的螺旋/环向设计应力比提高,最大限度地降低螺旋层材料重量,使压力容器的PV/W值达到最大。本文对最佳封头垫片的加强技术进行了研究和验证。利用试验容器和有限元模型,比较了封头加强的许多方法,得到了最能提高封头强度的加强形式。试验表明,采用这些加强方法封头强度可比未加强的提高17％,而重量增加极小。     

低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究

以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm~3和1.211 g/cm~3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m·K)和0.476 W/(m·K),200℃热导率分别为0.340 W/(m·K)和0.599 W/(m·K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

针刺预制体参数对C/C复合材料力学性能的影响（英文）

通过针刺与化学气相沉积分别制备碳纤维预制体与碳基体,获得针刺C/C复合材料。研究了针刺密度、针刺深度、网胎面密度等预制体成型工艺参数对C/C复合材料力学性能的影响,并探讨了预制体体积密度与C/C复合材料力学性能关联关系。结果表明,针刺密度在20~50针/cm2之间时,C/C复合材料拉伸强度先增后减,而层间剪切强度一直上升;针刺深度在10~16 mm之间时,拉伸强度和层间剪切强度随针刺深度的提高而增加;网胎面密度在100~300 g/m2之间时,拉伸强度和层间剪切强度随网胎面密度的提高而降低;当只改变针刺密度、针刺深度、网胎面密度其中一个成型参数时,拉伸强度和层间剪切强度受预制体密度影响显著,预制体密度可作为预测C/C复合材料力学性能的一个宏观成型参数。     

美国研制石墨/环氧发动机壳体

最近,美国对一种六十年代空间飞行器的火箭发动机进行改进,作为两级空射导弹的顶级使用。这种发动机采用石墨/环氧发动机壳体。性能研究结果表明,这种壳体具有很大的优越性。如在承受导弹的较高速度,较大射程和较大飞行高度方面,比现在应用的玻璃纤维/环氧发动机壳体具有更大强度和刚度。用 T300型石墨纤维代替 S901玻璃纤维缠制的发动机壳体,重量减轻     

针刺预制体参数对C/C复合材料力学性能的影响

通过针刺与化学气相沉积分别制备碳纤维预制体与碳基体,获得针刺C/C复合材料.研究了针刺密度、针刺深度、网胎面密度等预制体成型工艺参数对C/C复合材料力学性能的影响,并探讨了预制体体积密度与C/C复合材料力学性能关联关系.结果表明,针刺密度在20～ 50针/cm2之间时,C/C复合材料拉伸强度先增后减,而层间剪切强度一直上升;针刺深度在10～16 mm之间时,拉伸强度和层间剪切强度随针刺深度的提高而增加;网胎面密度在100～300 g/m2之间时,拉伸强度和层间剪切强度随网胎面密度的提高而降低;当只改变针刺密度、针刺深度、网胎面密度其中一个成型参数时,拉伸强度和层间剪切强度受预制体密度影响显著,预制体密度可作为预测C/C复合材料力学性能的一个宏观成型参数.     

三维编织复合材料细观结构参数对有效弹性模量影响

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效性能进行预测是研究编织复合材料宏观性能的重要途径。细观结构参数决定编织体内纤维束的结构形态特征及复合材料的各种性能。根据作者提出的三维四向编织复合材料代表单元模型 ,文章应用选择平均法 (SAM)详细的分析了主要细观结构参数(单步步长、纤维束弯曲半径 )与编织体有效弹性模量之间的变化关系 ,分析了细观结构参数对编织体有效弹性模量的影响 ,为材料优化设计奠定基础     

一种耐高温的轻型喷管材料

纤维材料公司(FMI)已验证了加工轻型、抗氧化的用于卫星姿控系统的复合材料推力室的可行性。此部件的优点是减轻了系统重量、提高了有效载荷;由于较高的温度容限及较低的加工成本,使之成为一个更加简单、可靠且性能优良的系统。增强材料采用高强度、高弹性模量的碳纤维,基体材料为碳化硅。借助于轴向编织型坯的致密化过程加工碳纤维增强碳化硅基推力室。由化学气相渗透法(CVI)对编织部件进行致密化处理,最终密度约为2.1g/cc 及开口孔隙率为14%。致密的部件周向抗拉强度超过100MPa(15KSI)     

采用混杂复合材料的止裂设计及其剩余强度分析

本文用理论分析和试验研究证实了混杂复合材料构成的软化带可用以控制碳/环层板中的裂纹扩展,以较小的重量代价,提高其剩余强度。文章还分析了裂纹尺寸和软化带的材料、参数对碳/环层压板的损伤容限特性的影响。     

三维编织复合材料细观结构参数对有效弹性模量影响

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效性能进行预测是研究编织复合材料宏观性能的重要途径。细观结构参数决定编织体内纤维束的结构形态特征及复合材料的各种性能。根据作者提出的三维四向编织复合材料代表单元模型，文章应用选择平均法(SAM)详细的分析了主要细观结构参数(单步步长、纤维束弯曲半径)与编织体有效弹性模量之间的变化关系，分析了细观结构参数对编织体有效弹性模量的影响，为材料优化设计奠定基础。