基于改进离散材料插值格式的复合材料结构优化设计

针对采用离散材料优化(DMO) 模型优化复合材料纤维分布时角度优化结果收敛率低的问题,将连续化惩罚策略与Heaviside惩罚函数引入传统DMO模型中,提出了一种改进的HPDMO (Heaviside Penalization of Discrete Material Optimization)模型,从而提高结构的收敛率。建立了复合材料单层板基于最小柔顺性设计的优化列式,给出了多种离散材料构成结构的灵敏度信息求解方法。分析比较了DMO模型、连续化惩罚模型和HPDMO模型对最终优化结果收敛率、目标函数、迭代历史的影响。数值算例表明,改进的离散材料惩罚模型不但可以显著地提高优化结果的收敛率,给出清晰的优化构型,而且可以通过较少的优化迭代步数实现这一结果,为纤维增强复合材料的优化设计在工程中的应用提供了新的技术手段。     

An iterative approach for modal analysis of solid rocket motor incorporating frequency dependent modulus

The modulus of viscoelastic materials varies with excitation frequency.However,during modal analysis of frequency dependent materials,a material evaluation frequency is necessary because stiffness cannot be modified during eigenfrequency procedure.As a result,only those vibration modes are accurate,of which eigenfrequency is close to the material evaluation frequency.In order to obtain vibration modes of solid rocket motor (SRM) using material modulus based on frequency which is the same as the eigenfrequency,an iterative approach was proposed.Results of the iterative technique show that frequency modes obtained from the method are in complete agreement with the eigenfrequency and material evaluation frequency.      

复合材料蜂窝夹芯结构单面贴补弯曲性能的分析模型与试验研究

复合材料蜂窝夹芯结构作为一种轻质结构已经被广泛应用于飞机舵面及各类整流罩等部件,而弯曲性能可以综合表征其力学性能.基于此,对复合材料蜂窝夹芯板单面贴补试件进行了试验研究及数值分析.首先对单面贴补试件进行了三点弯曲试验,得出结构的破坏载荷及强度恢复值,并分析了芯层压溃以及补片脱胶两种破坏模式及其机理.数值分析中,结合Hill准则、Hashin Fabric准则以及粘聚单元技术,以二次应力准则和能量释放率准则作为失效判据,建立了基于梯形本构关系的修补结构三维有限元分析模型.对蜂窝夹芯板单面贴补结构的弯曲强度及破坏机理进行计算与分析,计算结果表明,基于梯形本构关系的胶层模型可以较好地模拟实际脱胶情况,与试验结果能够较好吻合,验证了分析模型的正确性.最后,分析了补片直径以及补片厚度对修补效果的影响,结果表明,随着补片直径与厚度的增加,修补结构承载能力呈现先增加后减小的趋势.     

耐烧蚀材料结构重构及其内部流动与传热研究

为了研究耐烧蚀材料内部的输运现象,论文使用多点统计方法中的Snesim重构了三种2D多孔介质,并使用格子Boltzmann方法(LBM)模拟了不可压条件下2D多孔介质内的流动与传热现象。模拟结果表明:Snesim方法能够获得耐烧蚀材料的孔隙结构,且资源消耗少;多孔介质内的流动与传热现象与多孔介质结构相关,简单多孔介质中,速度和温度的分布相对比较均匀,复杂多孔介质中,不均匀的流动对温度分布有显著影响。      

面向柱面结构的自动铺带四轴联动成形研究

 根据柱面的结构特点,提出了面向柱面复合材料结构的自动铺带四轴联动成形方案,并以卧式自动铺带机为例进行分析。以保证铺放头压力线平行于曲面在铺放点的法线和保证铺放速度恒定为原则,根据D-H理论建立柱面固定角度铺放成形时铺带机各关节运动量的计算方法。应用逆运动学理论,对四轴联动铺带成形进行了运动学分析。从四轴联动铺带机的机构与控制、铺放速度、成形效率、方案可行性4个方面进行了深入分析,并进行可视化仿真和实验验证。结果表明应用本文方法,可实现用四轴联动铺带机完成柱面复合材料自动铺放成形,对于铺放成形效率要求不苛求的小批量实验或生产,具有低成本的突出优势。     

复合材料主轴设计及应用进展

航空发动机复合材料主轴工作环境复杂,承受多种载荷,了解不同辅层对其力学性能的影响可以为开展复合材料主轴方案设计提供借鉴。综述了国内外在复合材料轴方面的研究进展及应用情况,分析了不同铺层设计对复合材料轴的疲劳载荷、损伤以及振动的影响。在总结复合材料轴设计一般原则的基础上,提出了后续开展航空发动机复合材料主轴设计时的研究工作建议。     

热真空环境对常用胶接材料性能的影响

空间的热真空环境是造成光电子器件胶接材料性能退化和放气污染的重要因素.为此,考察了几类典型胶接材料的热真空老化和热真空挥发特性,分析了热真空老化后的力学性能变化及真空挥发产物的主要来源,并对热真空挥发预处理方法进行了验证.结果表明软质的硅橡胶与硬质的环氧树脂胶和丙烯酸树脂胶相比有着更大的质量损失,且含有端羟基的缩聚型硅橡胶和环氧树脂胶真空老化后的模量变化较大.通过真空预处理可以作为降低固化胶真空挥发产物来源的一种有效手段.可为宇航用光电子器件胶接材料的设计选型提供参考依据.     

Adiabatic demagnetisation refrigerators for future sub-millimetre space missions

Space worthy refrigeration capable of providing a 100 mK and below heat load sink for bolometric detectors will be required for the next generation of sub-millimetre space missions. Adiabatic demagnetisation refrigeration (ADR), being a gravity independent laboratory method for obtaining such temperatures, is a favourable technique for utilisation in space.We show that by considering a 3 salt pill refrigerator rather than the classic single salt pill design the space prohibitive laboratory ADR properties of high magnetic field (6 Tesla) and a<2 K environment (provided by a bath of liquid⁴He) can be alleviated, while maintaining a sufficient low temperature hold time and short recycle time. The additional salt pills, composed of Gadolinium Gallium Garnet (GGG) provide intermediate cooling stages, enabling operation from a 4 K environment provided by a single 4 K mechanical cooler, thereby providing consumable free operation. Such ADRs could operate with fields as low as 1 Tesla allowing the use of high temperature, mechanically cooled superconducting magnets and so effectively remove the risk of quenching.We discuss the possibility of increasing the hold time from 3 hours, for the model presented, to between 40 and 80 hours, plus reducing the number of salt pills to two, through the use of a more efficient Garnet.We believe the technical advances necessitated by the envisaged ADRs are minimal and conclude that such ADRs offer a long orbital life time, consumable free, high efficiency means of milli-Kelvin cooling, requiring relatively little laboratory development.     

复合材料结构设计的使用安全系数

 飞机结构设计使用安全系数的研究已有50多年的历史。虽然美国在1934年以后定安全系数为1.5,各发达国家也都先后统一为1.5,但由于航空科技的发展,使用材料的变化,这个问题一直争论到现在。 本文从飞机结构设计安全系数的发展历史及其变化根据出发,阐述其选用的原则,并结合当前碳纤维增强树脂基复合材料在航空结构上的应用情况,提出安全系数选用的一些分析和看法。     

连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构承扭特性分析

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参数作为输入,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学分析模型.计算与对比分析不同材料方案下纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的变形量及承扭能力,当纤维体积分数一定时,方案4的变形量最小,方案2的临界屈曲转矩最大.