零泊松比蜂窝结构一维变形行为

为满足柔性蒙皮的变形需求,针对一种适用于柔性蒙皮的零泊松比蜂窝结构开展了一维变形行为的研究。首先通过考虑蜂窝胞壁轴向变形及弯曲变形,基于能量法建立了零泊松比蜂窝结构的等效弹性模量理论模型,并分别应用数值分析和试验方法验证了理论模型的正确性。然后分别以铝合金和钢材为基体材料,利用数值分析方法进一步分析了零泊松比蜂窝结构的非线性变形行为,并获得了蜂窝结构的变形量与残余应变的关系。结果表明:蜂窝变形过程中的力学行为与结构的几何参数以及母材的选择有关。因此,可以通过改变蜂窝结构的几何参数,实现蜂窝结构驱动力及残余应变的调节;同时,在选择基体材料时,为兼顾"面内"刚度和"面外"承载能力,不仅应该选用杨氏模量小的材料,减少其驱动力,还应该选用弹性段大的材料,减小残余变形。     

用于变体机翼的零泊松比胞状结构面内和面外力学性能（英文）

零泊松比（Zero Poisson’s ratio,ZPR）胞状结构等智能结构因其重量轻、有效模量低的突出特点,在变形翼等领域的应用逐渐兴起。本文研究了ZPR胞状结构的面内和面外力学性能,提出了计算ZPR胞状结构的面内拉伸模量、面内剪切模量和面外弯曲模量的理论方法,分析了蜂窝结构几何构型对其面内、面外力学性能的影响。在有限元模拟的基础上,系统地研究了面内拉伸、剪切模量和面外弯曲模量。实验验证了理论分析和有限元分析的可行性和有效性。结果同时表明,通过设计胞体几何参数可以控制ZPR胞状结构的面内和面外力学。     

空间智能天线夹芯结构热变形力学分析

空间智能天线夹芯结构是一种集承载、维形和微波通讯于一体的多功能结构。该结构将微带天线阵列植入复合材料夹芯结构蜂窝芯体中,既满足了结构力学和热力学性能要求,又满足了被植入天线的电性能要求,实现了空间结构的多功能化,降低了系统综合质量。本文针对低地球轨道的空间热环境,选取低热膨胀系数、低密度、高强度、高模量、耐高温及透波性好的复合材料,基于复合材料力学经典理论分析设计了面内热膨胀系数接近于零的复合材料蜂窝夹芯结构面板,并且对空间智能天线夹芯结构在低地球轨道典型空间环境下的结构热力学响应进行了有限元分析。结果表明,该空间多功能智能天线夹芯结构可以满足在轨空间温度环境下结构变形指标要求。     

变体机翼后缘多学科设计与优化

变体飞机能够改变自身外形适应不同的飞行状态,提高飞行性能,其设计涉及气动、材料、结构等多个学科。本文采用零泊松比蜂窝结构的材料作为柔性蒙皮,设计了一种具备机翼参考面积不因弯度改变而缩减的特点的机翼后缘无缝偏转机构,研究了变体机翼后缘机构多学科设计与优化方法。优化结果表明,优化后的机翼巡航和起降状态都具备良好的气动性能,不但柔性蒙皮可产生大尺度拉伸变形,而且后缘结构均能满足刚度、强度等性能指标,同时机翼结构质量相比初始设计减轻了18%。文中研究的变体机翼多学科优化设计方法,能够快速有效地完成变体机翼无缝偏转后缘优化设计。     

复合材料蜂窝夹层进气道结构优化设计方法

研究了一种以全局响应面算法为基础的复合材料蜂窝夹层结构进气道优化设计技术。该技术以复合材料蜂窝夹层进气道结构为研究对象,以结构重量最轻为目标,结合工程实际生产工艺和复合材料结构设计一般原则,使面板各方向角铺层厚度和蜂窝芯材厚度均选用离散变量,同时约束复合材料蜂窝夹层结构的各种失效模式以及进气道工作环境的频率需求。最后通过算例验证了此优化设计方法的可行性。     

MTPS金属蜂窝夹芯结构尺寸效应的数值分析

金属蜂窝夹心结构是可重复使用金属热防护系统的主要子结构,优化其结构参数,是提高设计质量的重要环节。根据修正Gibson公式与最小势能、余能原理推导出蜂窝夹芯层的9个等效弹性参数。考虑金属蜂窝夹心结构总质量与沿厚度方向的挠度值多指标要求,采用有限元正交数值迭代模拟方法,对结构的尺寸效应进行分析,并优选出良好的结构参数。分析结果表明：影响最大的结构参数依次为金属蜂窝的高度、蜂窝的壁厚、面板厚度及蜂窝内切圆直径。     

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤扩展特性

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯板低速冲击试验及冲击后面内单向压缩试验,并采用解析解方法对含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯板在面内单向压载作用下的损伤扩展过程进行了预测与分析,分析结果与试验结果吻合较好.研究进一步扩展了解析解模型,使之能够预测和分析在面内双向拉压载荷作用下含低速冲击损伤的复合材料蜂窝夹芯结构的损伤扩展特性.分析结果表明,施加面内横向拉伸载荷会延迟复合材料蜂窝夹芯结构在面内纵向压载作用下低速冲击损伤扩展过程,从而提升结构在纵向的残余压缩强度.     

钛合金蜂窝壁板隔热性能试验研究

针对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究。试验中研究了在300 ℃稳态条件下,蜂窝芯格尺寸、芯格高度和芯格壁厚等参数对隔热性能的影响规律;分析了各几何参数对隔热性能的敏感度;测试了不同温度条件下钛合金蜂窝夹层结构壁板的等效导热系数。试验结果表明：增大蜂窝芯格尺寸和芯格高度,减少芯格壁厚均有利于提高蜂窝壁板的隔热效果;不同几何参量对钛合金蜂窝夹层结构隔热效果的影响敏感程度从大到小依次为：芯体高度、芯格尺寸和芯体壁厚;钛合金蜂窝壁板的等效导热系数随温度的升高而增大,相同温度下钛合金蜂窝壁板的等效导热系数约为钛合金材料的3%~5%。     

月球着陆器着陆性能及多因素影响分析

以某型号月球着陆器铝蜂窝缓冲软着陆腿为对象,研究了月球着陆器月面软着陆性能.采用非线性有限元方法,建立了月壤和着陆腿结构有限元模型,进行了单腿着陆冲击非线性动力学仿真分析,将仿真结果与试验及多刚体系统动力学分析结果比较.文中还研究了月壤模型和主辅支柱结构弹性对月球着陆器着陆性能的影响.结果表明:非线性有限元分析结果与实验结果吻合较好,优于多刚体系统动力学分析结果;着陆腿主支柱的结构弹性对着陆性能影响较大;月壤有限元模型的离散化对分析结果有一定影响.     

非均匀Winkle地基上非均质变截面Timoshenko圆拱梁结构面内振动的传递矩阵解法

考虑到曲梁面内振动的二维特性,并计及转动惯量和剪切变形对结构振动特性的影响,本文用传递矩阵法研究非均匀Winkle地基上非均质变截面Timoshenko圆拱梁结构的面内自由振动,导出了频率方程的具体计算公式,方法对任意的非均匀Winkle地基上的各种圆拱梁结构均适用,并可编制成通用程序在小型微机上分析大型复杂圆拱梁组合结构的面内振动特性。本文最后还给出了一些数值算例。     

均匀化有限元法预测双向纤维增强复合材料力学性能

采用一个3D代表体积单元(RVE)微观模型并结合均匀化有限元的方法预测了双向连续纤维增强复合材料的力学性能。假设纤维和基体在其应力达到抗拉强度之前满足线弹性规律。分别分析了纤维/基体弹性模量比、泊松比及其纤维含量的对复合材料宏观力学性能的影响;以及采用内聚力模型分析界面性能对整体力学性能的影响。结果显示:纤维泊松比对复合材料力学性能影响很小;纤维模量对复合材料抗拉强度及面外方向的弹性模量影响较小,但对面内方向的弹性模量影响较大;随纤维含量的增加,宏观弹性模量及面内抗拉强度随之线性增加,而面外抗拉强度有减小趋势;界面的存在会降低复合材料的抗拉强度。     

含缺陷铝蜂窝道面板弯曲和疲劳特性

为了研究面板厚度及不同类别、不同程度的先天缺陷对铝蜂窝夹芯结构道面板疲劳性能的影响,对7组铝蜂窝夹芯道面板试样进行三点弯曲静载试验和三点弯曲疲劳试验。结果表明:面芯脱焊缺陷对铝蜂窝道面板的疲劳性能影响最大,含10%和30%面芯脱焊缺陷的试件疲劳性能分别降低了76%和92%,说明防止面芯脱焊缺陷至关重要。经分析,铝蜂窝道面板弯曲疲劳特性服从威布尔分布,相关系数超过0.95以上。对完好试样和含不同类别、不同程度先天缺陷的试样分别建立了反映应力水平和疲劳性能关系的威布尔方程。     

新型碳纤维格栅夹层结构模拟研究

新型飞行器机体构件的设计要求在所允许的有限重量下实现结构超轻型化。格栅夹层结构是当前国际上最有前景的新一代材料结构之一,已开始应用于航天结构。为分析三角形点阵格栅结构的受力性能,本文通过解析分析,用连续体模型模拟平板状格栅结构,得到各种不同尺寸下格栅结构的解析通解。经与ABAQUS有限元软件模拟试验对比,这种方法可将误差控制在较小范围内。与在相同重量条件下传统的蜂窝夹层结构相比较,进行三点弯曲模拟试验,三角形格栅结构具有更高的抗弯性能。     

半柔壁喷管机构动力学仿真技术研究

基于刚柔耦合动力学仿真软件ADAMS,设计了半柔壁喷管的机构动力学仿真流程.在此基础上,针对柔性壁板的大挠度变形以及螺钉联接接触等非线性问题,综合分段线性化、等效刚度等处理方法,建立了半柔壁喷管机构动力学仿真模型.经与NASTRAN软件非线性有限元计算以及柔壁力学试验等结果比较,表明该半柔壁喷管机构动力学仿真模型具有较高的合理性和正确性.最后,检查了柔壁型面与气动型面之间的吻合度,并且分析了推杆驱动位移对试验段静压的影响关系.     

大口径高精度复合材料反射器制造技术

为满足星载碳纤维蜂窝夹层结构天线反射器的大口径、高精度要求,提出了一种基于设计、工艺和测量的高精度反射器制造方法。该方法通过高热稳定性、高精度模具来提高反射面形面精度,通过蜂窝拼接来降低反射面固化时残余应力,通过高低温时效来降低固化后反射器部件残余应力,通过优化测量方法来提高反射器测量精度。实测结果表明,该技术能有效提高反射器制造精度和改善反射器热变形。     

高精度二维数字图像相关测量系统应变测量精度的实验研究

作为一种简单有效的非接触、全场光学测试方法,二维数字图像相关法(2D-DIC)已在不同领域广泛用于平面物体表面的面内位移和应变测量。为避免实际成像系统固有的(如镜头畸变)以及测量过程中不可避免出现的各种不利因素(如物面离面位移、相机自热)带来的变形测量误差,建立了使用高质量双远心镜头的高精度2D-DIC测量系统。为验证该系统的应变测量精度,对铝合金进行了弹性小变形范围内拉伸实验,并用所建立的2D-DIC测量系统和使用直角应变花的电测法同时测量每级载荷下的横向和纵向应变。实验结果显示建立的2D-DIC测量系统与修正横向效应后的应变电测结果的平均绝对偏差小于10με,由2D-DIC测得的弹性模量和泊松比也与应变片测量结果吻合良好。实验结果表明建立的高精度2D-DIC测量系统可用于工程中材料或结构表面面内小应变的准确测量。     

快速装拆机场道面结构力学行为分析

为解决机场改扩建不停航施工过程中所需的飞机临时滑行通道问题,需要设计建造技术性能可靠和施工便捷的临时场道结构。为满足临时场道结构技术性、工艺性和经济性等要求,研究了直接铺筑于压实地基上的可快速装拆式型钢-预应力混凝土板块组合道面的力学性能。分别研究了不同位置加载情况下板块各部位的应力和应力变化规律,利用ABAQUS有限元软件模拟了B737-800单轮轮载作用下复合结构板体的变形规律。分析结果表明,飞机荷载作用位置对快速装拆道面结构受力和变形的影响显著,荷载作用于板角位置时的结构稳定性最差,道面板侧边容易产生较高的局部应力集中,板块边沿的局部强化对于结构稳定具有关键作用,道面板块的钢框架与内部混凝土之间连接部位为结构的薄弱环节,需要合理地分布预应力钢筋增强效应来保障结构承载能力和结构完整性,多板块的铰接衔接组合具有较明显的板体联动效应与荷载分散效应,从而有助于约束板块的局部竖向变形。     

新复合材料全高度变厚度夹芯组合结构等参元分析

新复合材料结构的发展要求用较精确的计算方法代替过去较粗裢的工程计算法分析结构的应力应变。本文结合 X-X 改型飞机操纵面的改进,针对全高度变厚度 Nomex 纸蜂窝芯、碳纤维面板夹芯翼面与实心碳纤维梁、空心前缘组合结构,讨论了计算原理、分析方法、介绍了计算模型和程序编制方法,并编制了计算程序,按用于微机 IBM-PC 及其兼容机编制,使计算费用大为降低。此程序可广泛应用于复合材料平面或曲率不大的夹芯结构,如翼面、地板、舱盖等。文中以调正片为例进行了计算,与原试验结果对比表明,应力、应变和变形分布正确,精度达到航空工程实用要求。     

大展弦比复合材料机翼气动剪裁设计新方法研究

根据机翼气动载荷和机翼弹性变形之间存在的关系,以机翼的总升力不变和结构强度作为约束条件,提出一种新的气动/结构耦合的刚度设计方法。该方法首先通过数值实验设计研究机翼扭转变形和弯曲变形对机翼气动载荷的影响,并用主成分回归方法构建了机翼变形和气动载荷之间的响应面模型。然后以该模型为基础,构建气动/结构一体化设计模型,此模型仅考虑强度约束和总升力不变的要求,放弃了传统优化设计模型中的挠度和扭转约束。通过2种优化模型的对比,说明应用该方法设计出的机翼结构,重量减轻1.23%,机翼总体扭转变形减小33%,刚度设计更为合理。     

蜂窝夹层结构等效动力学建模方法对比研究

轻质蜂窝夹层板的构造较为复杂,其芯层由大量的蜂窝胞元组成,且蜂窝壁较薄,进行动力学分析时,通常需要利用等效方法对蜂窝夹层板进行简化,来建立有效的蜂窝壁板结构动力学模型,以实现高效率高精度的动特性预测。本文针对3种常用的蜂窝夹层结构动力学等效简化方法:三明治夹心板法、Hoff等刚度法和改进Allen法,采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法进行对比研究,研究了三种简化建模方法的特点和建模适用性,寻求最优的适用于蜂窝夹层结构的动力学等效建模方法。