高低温循环-湿度-荷载耦合作用对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

研究环氧树脂基碳纤维增强复合材料（EP-CFRP）在荷载及恶劣环境共同作用下的耐久性能。环境因素为-40～40℃/-40～25℃2种区间的高低温循环以及湿度(有水浸泡及无水)的影响,荷载为极限荷载的30%和60%。结果表明：“高低温循环-湿度”双因素耦合作用后及“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用对EPCFRP的耐久性影响较大,拉伸强度随高低温循环周期的增加整体呈现先降低再升高再降低的变化趋势,但是峰谷值出现的时间周期相差较大;湿度和荷载水平对EP-CFRP的拉伸模量影响较小;树脂基体与纤维界面产生的微裂纹被证明是导致复合材料后期强度降低的主要原因;湿度-荷载的耦合作用促进裂纹的扩展,加剧了EP-CFRP的损伤。根据损伤分析,采用非线性拟合的方法给出了“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用后EP-CFRP的剩余强度损伤模型。     

舵机滚珠丝杠在内部热源作用下响应特性

舵机滚珠丝杠在运行过程中由于摩擦作用和电机运行产生的内部热源会导致其结构温度上升和变形,是影响滚珠丝杠副运行精度的因素之一。本文基于有限元理论建立舵机滚珠丝杠副模型,并通过在ANSYS Workbench中插入命令流的方式实现了在滚珠丝杠上施加移动摩擦热载荷,获得了滚珠丝杠副在内部热源作用下的温度、变形和应力响应特性。结果表明:滚珠丝杠轴向热流密度呈双峰趋势,且其高温区域主要集中在螺母行程范围内的中间区域;随着转速的增加,滚珠丝杠各处温度及其波动幅度加大;丝杠最大热应力位于与轴承配合的轴肩最外侧处。     

纱线规格对3D机织复合材料拉伸性能的影响

为研究纬纱规格对3D层-层斜纹机织复合材料细观结构和力学行为的影响,开展了系统的实验研究。采用光学显微镜观察了不同纬纱规格复合材料的细观纱线结构变化。开展了不同纬纱规格复合材料的拉伸实验,采用数字图像相关法获得了拉伸试样的表面应变场,结合断口形状分析了复合材料的拉伸失效机制。研究表明,随纬纱规格增大,经纱卷曲率增大,经向纤维体积分数减少,经向拉伸力学性能减弱;纬纱卷曲率减小,纬向纤维体积分数增大,纬向拉伸力学性能增强。此外,3D机织复合材料拉伸应力-应变曲线表现出了明显的“台阶”效应,承载纱线的卷曲率越大,“台阶”效应越明显。     

液体火箭发动机涡轮泵用机械密封温度场及热载变形研究

基于ANSYS数值计算软件,建立了液体火箭发动机涡轮泵用机械密封的二维稳态传热模型,依靠经验公式确定了模型的对流换热系数。计算了密封环的温度场和热载变形,分析了密封端面比压、回流流量以及不同材质对密封温度场的影响规律。结果表明:密封端面最高温度发生在靠近密封环内径处,且密封端面比压越大密封环温度梯度越大;密封环热载变形呈收敛间隙,最大变形发生在动环端面的外径处,其值约为2.2μm;密封环端面最高温度随回流流量增加而减小,当回流流量从0.1~0.6 kg/s变化时,密封环端面最高温度可降低18%(从100℃降至82℃);当回流流量增大到0.3 kg/s时,继续提高对密封环端面温升的控制不再显著;采用高导热系数的摩擦副材料能够显著降低端面温升和温度梯度,提高密封工作可靠性。     

确定结构几何变形关系的简便方法

本文对工程结构（无论是静定的还是超静定的结构）的几何变形关系进行分析和讨论,指出了传统几何作图法的繁琐与不足,提出了建立在逆向思维方式和高等数学基础上的解析方法,比之几何法更中简便,易于掌握。     

复合材料尾减管加载变形仿真分析与试验验证

复合材料尾减管发挥着支撑直升机尾减速器和尾桨的重要作用。由于受尾桨的推力作用尾减管在使用过程中会沿推力方向产生变形,若变形过大会影响尾桨的正常运行进而对直升机安全产生威胁。为掌握复合材料尾减管在限制载荷作用下的变形情况并评估仿真分析的准确程度,对尾减管变形状况进行了有限元仿真和试验验证,仿真与试验的边界条件设置均模拟产品的真实装机状态。研究表明,复合材料尾减管变形位移的试验结果最大值为9.22mm,仿真结果比试验结果的最小值相比高出0.69mm,仿真与试验结果的偏差较小,吻合程度较高。     

数字图像相关法在平板热屈曲试验中的应用研究

将基于非接触全场光学测量方法的数字图像相关法应用于网格加筋平板热屈曲试验。为了减小结构热屈曲试验中石英灯辐射加热设备和高温物体自身热辐射的影响,采用单侧加热单侧测量并通过光学滤光技术成功获得了瞬态气动加热环境下典型网格加筋平板的全场热变形,分析得到网格加筋平板在特定力载荷和支持边界条件下的热屈曲临界温升,此种非接触式高温数字图像测量方法可以作为判定结构热屈曲的重要手段。试验结果表明,数字图像相关法适用范围广、抗干扰能力强、测量精度高,在结构热屈曲试验领域具有重要的应用前景。