提高金属内衬容器承载能力的预外压法

具有金属内衬的复合材料容器的承载能力很大程度上取决于金属内衬的弹性变形范围和稳定性。基于三维弹性理论。并结合第四强度理论。研究了在施加外压力时保证金属内衬不失稳的条件下,具有金属内衬的纤维缠绕容器的应力分布情况和承载能力的改善情况。结果表明,给金属内衬施加预外压力,可以提高容器的极限承载能力,更好地发挥纤维层的承载能力。     

轴压载荷作用下全复合材料裙与壳体搭接区的结构分析

对轴压载荷作用下固体火箭发动机复合材料裙与壳体搭接区的受力变形情况及承载能力进行了有限元分析,应用板壳理论对搭接区进行了分析,证明有限元计算结果合理可信;对裙搭接长度在40~60 mm范围内进行了寻优计算。结果说明,搭接区裙外铺层是搭接区最薄弱的环节;影响搭接区承载能力的主要结构因素有裙尖厚度、裙外铺层厚度、直段橡胶长度;随裙搭接长度的增大,搭接区承载能力呈现先增大后减小的趋势,存在搭接区承载能力的极大值。该分析方法和结果可供搭接区分析设计参考。     

C/C复合材料开孔强度研究及典型连接应用

针对C/C复合材料热结构的开孔和连接问题进行了相关研究。测试了开孔板的强度性能并分析了点应力准则的适用性,结果表明直接采用孔边应力来评估开孔和连接强度将明显偏于保守。测试了C/C开孔的挤压强度特性,对不同的影响参数进行了分析。在此基础上完成了典型连接的开孔设计和强度试验。     

接管弯矩作用下筒体-补强圈补强区局部应力的试验研究

本文对接管弯矩作用下压力容器开孔-补强区的局部应力进行了试验研究。研究范围包括三台具有不同d/D比及补强圈补强的试验容器。试验结果表明,在接管弯矩作用下,容器筒体在补强圈补强范围内的局部应力,特别是孔边的应力集中明显降低,但由于几何形状的不连续及焊缝的作用,在补强圈外边缘特别是容器横向截面内出现了较大的不连续性应力,试验结果同时表明,接管横向弯矩M。在容器横向截面内产生的应力比接管纵向弯矩M_L在容器纵向截面内产生的应力要大得多。     

复合材料容器最佳预压力的研究

具有金属内衬的纤维缠绕复合材料压力容器的承载能力在很大程度上取决于金属内衬的弹性变形范围。根据三维弹塑性理论,并结合强度条件,提出了自增强处理提高金属内衬弹性变形范围的方法,并研究了最佳预压力的求解方法及承载能力的提高情况。结果表明,通过对容器施加预压力,使内衬达到最佳塑性状态,可提高容器的极限承载能力。     

大型玻璃纤维/环氧复合材料壳体开孔补强工艺技术研究

简要介绍了壳体开孔处的补强方法,采用补强环对某大型玻璃纤维/环氧复合材料壳体前封头开孔进行合理补强。试验结果表明:对壳体开孔部位采用补强环补强比用补强布补强的效果好,壳体纤维铺层设计与补强有机地结合是带有多喷管壳体优化设计的重要方法。壳体在前封头开孔进行合理补强后,纤维发挥强度提高约12%;壳体水压爆破时封头、筒身段同时破坏,纤维强度得以充分发挥。     

螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷下的破坏形式与承载能力

对螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷作用下的接头区破坏形式及其对整体破坏和承载能力的影响进行了试验研究,对不同材料、不同铺层、不同厚度及接头区几何参数对破坏形式和承载能力的影响进行了研究,发现了特有破坏形式——端边分层和主要的影响因素。     

多开孔容器直接缠绕成形工艺

针对中、大型固体火箭发动机纤维缠绕燃烧室壳体反向喷管接座孔直接缠绕成形的工艺而提出。主要意图是解决纤维缠绕多开孔容器的留孔问题。途径是在现在的缠绕工艺路线基础之上,在原有芯模上增设小型工艺设施(定位架、金属按嘴、分纱锥帽、扯纱桩等),加之配合扩孔法或缩孔法,就可以实现设计所要求的孔。     

纤维体积含量对开孔层压板拉伸性能的影响

本文主要研究了碳纤维织物增强复合材料的纤维体积含量V_f对开孔层压板的抗拉强度σ、断裂伸长率ε的影响。采用T300碳纤维平纹织物为增强材料,经树脂传递模塑法(RTM工艺)复合而成T300/环氧TDE-85层压板,用岛津强力测试机进行拉伸性能测试。     

纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析方法及应用

提出了一种固体发动机纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析的工程方法。针对某发动机燃烧室纤维缠绕壳体材料,利用NOL环试样测定了不同温度下的强度保持率,计算了其热承载能力,并结合缩比容器的高温强度试验对其进行了验证,理论分析结果与试验结果误差为7%;最后,利用所提方法预估了某发动机壳体结构的高温承载安全系数,该发动机通过了飞行试验考核,验证了该分析方法的有效性。     

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。     

固体火箭发动机复合材料燃烧室外压稳定性研究

为了研究固体火箭发动机的外压承载能力,采用非线性有限元分析方法,对未填充药柱复合材料壳体、带药燃烧室的外压承载能力进行了仿真分析,并采用试验方法对仿真结果进行校验。研究结果表明,带药燃烧室的外压承载能力明显高于未填充药柱的复合材料壳体,药柱对燃烧室的承载能力有增强效果。此外,燃烧室内部充压能够有效提高其外压承载能力,且内部压强与燃烧室外压承载能力几乎呈线性关系。同时,还发现对于环槽加中孔药型,当药柱模量较低时,筒段为外压承载的薄弱部位,药柱模量增加有利于提高燃烧室失稳外压临界值;但是当药柱模量增加至一定程度时,封头由于环槽部位药柱肉厚较薄而转变为新的薄弱部位,药柱模量增加燃烧室失稳外压临界值并不增加。     

复合材料易碎盖薄弱区结构的参数化设计

针对复合材料易碎盖薄弱区结构进行力学性能分析,提出了薄弱区结构参数化设计方法。对发射箱盖整体进行数值模拟,确定了薄弱区局部模型分析的边界条件和载荷。计算薄弱区结构模型在11种拉弯耦合载荷作用下的承载能力,绘制强度包络线,分析了薄弱区内外侧搭接布条的长度与厚度对其性能的影响。根据最大主应力强度准则,计算得到薄弱区结构在不同拉弯比例下的强度随结构参数变化的曲线,进而对薄弱区结构进行参数化设计。根据参数化设计方法,设计了2种易碎盖进行冲破实验。结果表明,搭接长度主要影响薄弱区结构的剪切强度,而搭接厚度主要影响薄弱区结构的拉伸强度;设计结果与实验结果差距在10%左右,验证了设计方法的可行性。     

固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力研究

为解决某型固体火箭发动机复合材料壳体承载轴压与弯矩能力不足问题,依据原壳体实体及其在轴压与弯矩联合载荷作用下的静力试验,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了静力计算和稳定性分析。计算分析表明,原壳体破坏的原因是层间剪切强度失效,复合材料基体开裂,局部屈曲和后屈曲破坏发生在铝裙尖端部位。提出用S-2玻璃纤维代替F12纤维做为裙外铺层改进原壳体结构,有效地约束了屈曲波形,提高了结构承载能力,解决了工程难题。     

L型复合材料机械连接接头承载能力与失效行为研究

L型复合材料连接结构已应用于运载火箭结构的端框设计,但目前对于该结构的承载能力和破坏模式缺乏研究。将典型的L型连接端框简化为无弧度的平直L型接头片段,通过单向对拉试验,对6 mm和8 mm两种厚度L型机械连接接头的承载能力和破坏模式进行了研究。由承载能力试验结果表明:L型接头在拉力作用下呈现出明显的A、B、C三个阶段,其中A阶段的拉力最大值可作为该类接头结构的极限承载能力。采用有限元方法分析接头的破坏模式,仿真与试验结果的误差为2.5%,取得了较好的一致性。由数值分析表明:拉力作用下L型接头的承载能力主要取决于螺栓压紧区附近和直角拐角区域的层间强度和基体强度;在原铺层信息基础上增加0°层数和降低90°层数,对接头承载能力提升效果不明显。研究结果可为L型复合材料连接结构的设计提供参考。     

载人航天器光壳结构用胶接支座设计与强度分析

针对载人航天器密封舱的光壳结构,设计了一种变厚度的胶接支座,并对其胶接强度进行了仿真分析和试验验证,得出了胶接支座的承载能力,为在光壳结构上使用胶接的形式进行安装孔设计时提供了设计参考。     

被孔削弱的变厚度各向异性壳体静力学问题的解

在现代技术中广泛使用多层复合材料壳体,在设计和使用这些结构元件的过程中,研究这种材料特有的变形性质:各向异性和剪切柔性对应力状态的影响具有重要意义。考虑到这些特性的开孔壳体问题已在文献[2,4]中作过研究。下面提出有关变厚度、正交壳剪切柔性开孔周围应力分布问题解决的途径,研究结果一     

等强度椭球封头椭球比分析

采用极坐标系研究了各向同性等强度椭球封头的椭球比和厚度变化规律，并导出用于计算随球比的迭代计算公式，给出了相应的计算结果，对于中心对称单开孔等强度椭比球封头，可求出使开孔处与赤道处厚度相等的随球比。     

整体冲破式复合材料薄膜盖的设计与试验研究

以复合材料层合板为基本材料设计了一种结构新颖的整体冲破式复合材料薄膜盖,薄膜盖在导弹引擎产生的气流冲击下整体飞出,提高了导弹的发射效率。通过对薄弱区形式的设计分析以及基本材料的力学性能试验,确定了薄弱区结构形式;通过薄膜盖整体、局部应力分析结合相应的强度理论,确定了带薄弱区薄膜盖的设计方案;然后制作了一批实物并进行了薄膜盖冲破实验,结果表明结构设计合理,理论预测方法准确。该文所建立的方法和研究结果为这类箱盖的设计应用提供了依据。     

双股气流对流体控制矢量喷管的影响

利用有限体积法求解三维雷诺平均N-S方程,对激波诱导矢量控制方案下的二元收敛-扩张喷管全流场进行了数值模拟,同时与试验结果进行了对比,进一步讨论了开孔位置对喷管矢量性能的影响。研究表明,要获得较好的矢量性能,必须减小壁面反射激波的作用,因此应该调整开孔位置使得第一道斜激波延伸至喷管出口附近;严重过度膨胀状态下,较好的双股气流方案下喷管获得的矢量效率要优于单股气流方案;而在设计状态附近,两种方案下获得的矢量效率和推力损失基本相同。