复合材料径向和轴向螺栓连接失效预测方法及失效模式分析

大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成,设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件,并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后,选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测,并将预测结果与试验结果进行比较,结果表明：采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法,15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3%;4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4%;预测的失效形式与试验结果接近,为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。     

一种基于显微图像分析的光波导加工表面粗糙度估计方法

为进一步提高光波导器件加工的可靠性,降低废品率,提出一种非接触式基于共聚焦显微图像分析的光波导加工表面粗糙度估计方法.首先采用共聚焦相机对光波导感兴趣区域进行拍摄,提取非缺陷图像区域;其次,采用粗糙度测量设备测量器件的表面粗糙度,利用图像处理方法计算提取图像区域的纹理特征,并建立二者结果间对应关系;最后,一旦建立上述关系后,便可采用相机拍摄的图像去估计待测光波导器件表面的粗糙度指标.与传统采用精密光学仪器测量光波导表面粗糙度的方法相比,本文方法不需要在线使用光学测量仪器或昂贵的后处理商业软件,具有低成本、使用方便的特点.实际应用证明了本文所提方法的正确性和有效性.     

由摩擦阻尼铰实现桁架结构的被动减振研究

研究利用一种摩擦力随振动幅值的增大而增大的阻尼铰进行结构振动的被动控制。首先分析了含干摩擦约束铰结构单体梁的振动特性,并给出了系统随振动幅值变化的等效固有频率和粘性阻尼的定量表达式,然后建立了在桁架结构中设置此种摩擦铰的振动方程,分析了系统的动力特性,由计算结果发现,这种摩擦铰具有良好的阻尼特性;通过这种非线性元件,不仅通过滑移时消耗能量,而且可以将能量由低阶模态转移到高阶模态来加速振动衰减。     

几种金属材料自冲铆接头的静态失效机理

利用自冲铆连接系统、材料试验机及扫描电子显微镜等设备来研究钛合金、铝锂合金及铝合金自冲铆接头的力学性能与静态失效机理。结果表明:TA1钛合金接头平均最大拉剪载荷(6 285.0 N)在3种接头中最大,8090铝锂合金接头(5 478.3 N)次之,5052铝合金接头(3 217.7 N)最小;不同金属材料自冲铆接头的静态失效模式有很大的区别,TA1钛合金接头出现铆钉从沿晶断裂向韧性断裂转变的失效过程,8090铝锂合金接头出现材料被擦伤与解理断裂的失效过程,5052铝合金接头仅出现材料被擦伤的失效过程。     

GH150氩弧焊接头组织和力学不均匀性研究

研究了ＧＨ１５０合金对接氩弧焊接头显微组织和力学性能的不均匀性，用金相分析和微型剪切试验等方法得到了该焊接接头各区域的微观组织和力学性能分布特性。结果表明，该焊接接头中存在着比较严重的微观组织和力学性能不均匀性，其不均匀程度在熔合线附近最为严重。因而认为熔合区是该焊接接头力学性能最薄弱的部位。同时，由微型剪切试验所得到的力学性能梯度曲线还表明，ＧＨ１５０合金是一种高强度材料，其韧塑性却偏低；在焊接接头各区域中的强度指标变化不大，但是焊缝和热影响区的韧塑性比母材降低较多。其中，焊缝的剪切变形率降低２１．８％，剪切功降低２５．５％。     

基于波束分离技术的空间时延补偿方法研究

针对深空测控通信任务中,空间时延和地球自转使大型地面天线窄波束不能覆盖对应的轨道区域导致的通信链路质量恶化甚至中断的问题,提出了在波束波导馈电的多反射面天线中,通过改变收发馈源位置使上下行波束峰值分离并指向不同的位置实时改善通信链路质量的方法,给出了波束波导馈电系统中馈源位置与波束分离以及增益损失的关系。该方法可以准确地预计并通过改变上行发射馈源的相对位置,使上下行波束按照要求指向不同的位置以减小天线上行链路增益损失。以35 m深空测控通信天线为例进行仿真,在Ka波段34 GHz频率,当上下行链路波束分离达0.032 72°时,增益损失小于4.25 dB。该方法也可用于确定馈源的位移量来修正由于反射面天线结构变形或复杂的多反射面系统镜面位置误差等造成的天线波束误差。     

脉冲子结构与有限元刚-弹混合连接的子结构方法

航天器结构的日益复杂庞大对系统级的动力学建模仿真以及进一步的结构优化提出了巨大挑战。为提高动力学求解效率,通常引用动态子结构方法。本文利用适于处理瞬态冲击问题的脉冲子结构(IBS)方法,并对其进行改进,将基于脉冲响应函数(IRF)的子结构与有限元建立的子结构综合,同时考虑刚性、弹性以及刚-弹混合连接情形下的子结构综合格式。通过3个数值算例,验证了方法的正确性。最后将刚-弹混合连接下的子结构方法应用到月球探测器软着陆的动态响应预测,结果表明该方法适于对月球探测器软着陆动态响应进行高精度快速预测,并且可以应用于月球探测器的局部动力学结构优化。     

纤维增强树脂基复合材料连接结构强度与失效分析

采用拉伸试验和有限元分析方法研究纤维增强树脂基复合材料螺栓连接与胶–螺混合连接结构的失效机理。通过拉伸–剪切试验分析其载荷–位移曲线,结合有限元仿真结果及断面微观结构变化分析其结构强度和失效机理。结果表明,螺栓连接结构孔周碳纤维丝束受到螺栓挤压力变形后传递给树脂基体。因此,呈现纤维屈曲变形,树脂基体由均匀分布状被断裂的纤维短束挤压变成团簇状,形成结构不均匀而出现薄弱区域。胶–螺混合连接结构呈现拉伸断裂式破坏,断口处碳纤维丝束在拉伸–剪切作用下从环氧树脂基体中拔出并损伤断裂,丝束方向杂乱排布。附着在碳纤维丝束周围的树脂基体从均匀分布状变为团聚状,连接结构在达到极限载荷之后出现拉伸断裂,呈现净截面破坏,并且在重新分配载荷之后板材之间的胶粘剂对纤维的破坏会起延滞作用。材料强度、螺栓强度、胶层强度及螺栓宽径比等因素均会成为影响连接结构失效破坏的因素。     

钛-钢螺栓搭接件涂层腐蚀失效分析及影响

涂层是飞机的主要防腐体系,涂层局部破损失效后往往对其他完好区域产生影响,但有些位置比较隐蔽难于发现,给飞行安全带来了隐患。模拟飞机服役环境,对钛-钢螺栓搭接件进行腐蚀试验,基于电偶腐蚀数学模型,选取相应的边界条件,用有限元法分析了搭接件表面涂层失效原因及影响。结果表明,涂层失效过程分三个阶段,电偶腐蚀效应使搭接件周围形成电场,在电势梯度作用下,Cl^-发生定向加速移动,导致电渗起泡。随着涂层失效面积的增加,阴、阳极面积比例不断变小,阳极腐蚀得到减轻;最大腐蚀电流密度的位置发生变化,数值变小,降低了发生点蚀的风险。通过对搭接结构周围溶液腐蚀电场的计算,可以预测涂层失效区域,为飞机涂层体系的维护保养提供技术支持。     

脉冲加压扩散连接工艺参数对钛合金与不锈钢接头强度的影响

采用脉冲加压扩散连接工艺对TA17钛合金与0Cr18Ni9Ti不锈钢进行了连接试验.利用液压万能试验机测试了接头拉伸强度,分析了脉冲加压扩散连接工艺参数对接头强度的影响.结果表明:当连接温度为1098K、脉冲最小压力Pmin=8MPa、脉冲最大压力Pmax=50MPa、脉冲次数为20次、脉冲频率为0.5Hz时,加热速度vh=30K/s,冷却温度vc=5K/s,得到最高的接头拉伸强度为293MPa,连接所用的有效时间仅为220s,实现了钛合金与不锈钢的高效良好连接.利用X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)分析了接头组成相及断口形貌,接头界面主要存在β-钛、Fe2Ti,FeTi,拉伸试验中β-钛的固溶体承担了主要的拉伸力.