大承载复合材料夹层壳段结构优化设计与分析

碳面板铝蜂窝夹层结构是将高强度的碳面板和低密度的蜂窝芯子共固化形成的复合式结构，具有比强度高和比刚度高等优异特性，可在保证承载能力的同时显著降低结构质量，同时具有广泛的适应性，在国内外航天器结构中得到了大量应用。在此次研究中提出一种大承载的碳面板铝蜂窝复合材料夹层壳段结构的设计方案，并对该结构的传力路线进行优化设计和轴压试验验证，同时建立数值分析模型并结合渐进损伤分析方法对壳段结构进行承载分析，分析结果与试验结果高度吻合，验证了该方法的准确性，为中国大承载碳面板铝蜂窝夹层结构的设计和分析工作提供了重要方法依据。     

基于ABAQUS的栅格翼展开试验动力学分析

通过对栅格翼地面展开试验运动过程进行理论分析,并结合有限元分析方法分析了栅格翼展开过程中结构强度和增大铰链力矩对展开时间及结构强度的影响。结果表明,栅格翼展开至限位时,栅格翼与壳段接触点和栅格翼根部栅格位置应力远大于静强度分析结果,增大栅格翼铰链力矩对栅格翼展开时间影响较小,但可明显降低栅格翼展开时刻角速度,减小限位后的冲击能量。     

关于航天飞机助推器推力结构用的硼/环氧树脂增强的钛合金管式桁架的评述

本文介绍关于用复合材料制成的柱形局部屈曲试件(低直径-厚度比)的试验结果,其试件为复合材料与全属粘接的台阶式接合结构,并且为一种以设计极限载荷的118％破坏的硼/环氧树脂增强的论证性桁架。对所有试件和论证性桁架的试验结果和分析进行了比较。在介绍采用插入芯棒的方式制造复合材料管材方法的同时,还介绍了关于设计正交各向异性的均质梁柱分析的最优技术。把硼/环氧树脂增强的钛合金管式桁架与全钛合全结构相比,其减重约24％。     

一种新型水下栅格翼的空泡水动力试验

为了寻求一种新型的适用于水下航行器上的栅格翼,开展了栅格翼外框剖面形状及格片数量对其流体动力特性影响的试验研究.通过对试验给出的4种栅格翼的流体动力特性研究发现,其中一款低阻力外形栅格翼其剖面形状具有一定的减阻效果;增加栅格翼格片的数量可以提高升力,但同时也会增加阻力;当栅格翼产生空化后,其升力急剧下降,而阻力略有降低.本文的试验结果可以为水下栅格翼的外形设计提供参考.     

基于近似模型的复合材料导管支臂结构性能分析

为分析气垫船复合材料导管支臂结构性能并进行高效率结构设计,采用一种带有权重系数变量的组合神经网络近似模型替代结构有限元计算。根据各铺层设计参数对结构性能影响的灵敏度进行分析并分组,建立多个神经网络模型,结合权重系数与各模型输出得到响应预测值。基于复合材料可设计性,应用优化拉丁超立方试验设计方法从细观和宏观层面分析研究导管支臂性能中材料参数的作用。结果表明：所提复合材料导管支臂结构组合近似模型方法具有较高精度,纤维弹性模量和基体剪切模量对导管支臂结构材料力学性能具有主导作用;在组分材料属性一定情况下,纤维体积分数的增加能够提高结构刚度与稳定性,在不同受力状态下纤维体积分数与各铺层角对结构失效影响有差异,设计时需进行特殊考虑;所提方法可为复合材料导管支臂结构性能分析及支臂结构材料一体化设计提供理论依据。     

数值模拟计算在柔性基复合材料抗侵彻性能分析上的应用

柔性基复合材料因其质量轻、比强度大且具有较好的耗能抗侵彻机制 ,而在现代防护技术中起着越来越重要的作用。在 MEPIP有限元数值计算软件的基础上设计出的柔性基复合材料抗侵彻二维数值模拟计算程序 ,可对柔性基复合材料的抗侵彻性能进行定量的分析。介绍分析其计算原理和方法 ,并将模拟计算结果与实测结果作一对比 ,结果表明 ,模拟计算误差小于 10 % ,数据准确可靠 ,在探讨侵彻机理、指导选材和结构设计、节约测试成本方面具有较高的理论和实际意义。     

拓扑互锁易碎复合材料结构研究

设计出一种新型易碎复合材料结构。它由若干子构件按拓扑互锁原理组合成一种可承载的整体结构，结构中各子构件接触面无粘结，当约束被解除时整个结构即可散落，完成触发碎裂的工作机制。采用高精度模压成型制备出了直角三角板形的拓扑互锁复合材料结构，通过试验研究了该结构在不同横向力作用下的力学行为及其承载能力，并采用有限元法对其进行数值分析。试验结果表明：拓扑互锁易碎复合材料结构在垂直于结构平面的集中载荷作用下，力与位移呈非线性变化。有限元分析结果与试验结果吻合。     

聚酯纤维插层对碳纤维复合材料抗冲击性能的影响

为探明聚酯纤维插层对碳纤维复合材料抗冲击性能的影响,通过落锤冲击试验,借助C扫和扫描电镜分别在宏观和微观层面对基础板及插层板试样的损伤截面进行比对分析。C扫结果表明聚酯纤维插层可大幅度提升复合材料的抗冲击性能,阻碍裂纹的扩展;扫描电镜结果表明无纺布聚酯纤维在复合材料中被树脂基体包围,断裂过程中聚酯纤维通过拔出、脱粘、断裂等综合作用吸收了部分断裂能量,造成裂纹在基体中沿曲线传播,基体成河流状韧性断裂。该研究结果可用于指导航空航天用复合材料的增韧设计,同时对探索复合材料新型增韧方法、提升复合材料飞行器抗冲击可靠性方面也具有重要意义。     

碳/碳化硅复合材料接触热阻计算方法

在高速飞行器结构与防隔热系统设计及评估中,需要准确判断接触热阻对结构热响应的影响。针对当前高速飞行器采用性能优异的碳/碳化硅复合材料,建立了该材料接触热阻理论计算方法,并完成了典型工况地面风洞验证试验研究,进一步利用该方法开展碳/碳化硅复合材料之间接触热阻的变化规律研究。研究结果表明,建立的高温接触热阻计算方法与地面风洞试验结果对比具有较好的精度,典型工况下碳/碳化硅复合材料接触热阻的热响应预示结果与地面试验结果误差仅约4%,有关结果可以为高速飞行器结构与热防护系统的设计及安全评估提供参考。     

某空间光谱仪高稳定性光机结构设计

针对某空间傅里叶变换光谱仪部组件数量多、资源紧张、高稳定性需求等难题,提出了双层集成式结构构型方案,解决了光谱仪空间布局尺寸超出要求和主体结构稳定性差的问题.介绍了空间傅里叶变换光谱仪工作原理、光学组成、光机主体结构设计难点和解决方案、双层集成式结构的设计方法和优点、以及对整机力学稳定性至关重要的组件--碳纤维铝蜂窝复合材料板的详细设计方法.建立了碳纤维铝蜂窝复合材料板和光谱仪的有限元模型,通过计算验证了星载傅里叶变换光谱仪双层集成结构的可靠性.对比光谱仪的正弦试验结果和有限元分析结果,证明设计和分析的正确性.     

碳/环氧复合材料弹翼静力试验与分析

带有主接头的碳／环氧复合材料弹翼通过静力试验考核，承载强度均达到设计载荷１３２％以上。对试验方法进行了探索性的研究，还对试验结果进行了分析。最后得出：复合材料弹翼品质稳定，可靠，比强度，比刚度明显地优于铝合金弹翼，且质量明显减轻。碳纤维复合材料应用于主承力结构件是可行的。     

石墨/环氧航天器设备的设计、分析和试验

在1988—1989年度开展了一系列复合材料工程项目的(包括设计、分析、制造和试验)研制工作。本文扼要地介绍用于生产重量轻、成本低、零件数量最少的石墨/环氧航天器设备的方法,这种方法采用了同步工程技术,即使用计算机综合工程和制造技术(CIEM)。在证明了提高刚度,尺寸稳定性和降低成本的同时,较之铝合金结构,估计节省重量达20％。制造、分析和设计的密切配合生产出厂內运输损失最少的设备并促进了生产性对话。设计小组设计的结构满足了任务的要求并协调了系统的综合性.利用三维计算机图形扩充设计和制造技术(CADAM)的网格设计方法保证了几何形状的完整性并为分析、制造和试验提供了一种工程通用的数据库。分析人员利用有限元模型和闭式方法为最佳强度/刚度比规定了层压制品技术条件并大大地降低了所推导出的几何形状的结构危险。包括刚度、强度、动载和热冲击试验在内的全部结构试验项目证明设计准则是满意的。     

网格复合裙结构和全复合裙结构研究

为了分析全复合材料裙和网格复合材料裙两种裙结构的性能特点,文中建立了全复合材料裙和网格复合材料裙的三维有限元模型,并分别进行了稳定性分析,得到了两种裙的屈曲临界载荷值和一阶屈曲模态;同时对全复合材料裙和网格复合材料裙进行了轴向压缩试验,计算结果和试验结果都表明在长度、质量相同的情况下,后者的刚度明显高于前者。     

制导弹药用微惯性测量单元结构设计

针对制导弹药空间狭窄和发射过载高的环境特点, 提出了一种基于微机电系统 (MEMS)惯性器件的嵌入式一体化抗高过载微惯性测量单元(MEMS-IMU) 结构设计方法。在分析 MEMS-IMU结构设计原则和要求基础上,设计加工了MEMS-IMU 结构并研制了惯性测量系统。该 MEMS-IMU通过合理利用空间,极大地减小了体积和重量,同时采用一次性嵌入式的设计与加工方法,以及特殊的灌封材料与工艺,显著提高了结构的抗高过载性能。有限元分析结果表明该结构力学性能良好,马歇特落锤试验和地面炮击试验结果也表明该结构可满足制导弹药对MEMS-IMU 的小体积和抗高过载等要求。     

栅格翼气动特性数值研究

介绍了栅格翼的典型应用研究及主要特性.在综合考虑计算精度和计算效率的基础上,采用非结构直角网格欧拉解算器对栅格翼的气动力进行了数值计算,并通过对常规单面翼和栅格翼两种布局的气动特性比较,研究了栅格翼的控制特性.根据计算结果与试验结果的对比,提出的方法满足气动布局的初步设计需要.     

一种新型形状记忆合金复合材料制备及性能测试

为提高形状记忆合金复合材料的驱动性能,提出了一种新型栅格状结构的形状记忆合金复合材料。采用真空负压成型工艺,提高了形状记忆合金丝与基体材料界面结合的致密性;在电流激励下测试该新型复合材料在不同温度下的挠度大小,并与传统形状记忆合金复合材料进行比较。结果表明:采用真空负压法成型的形状记忆合金复合材料界面结合更加致密,在电流激励后界面处没有产生开裂;栅格状形状记忆合金复合材料驱动后最大挠度为53 mm,是整体结构形状记忆复合材料的4倍,且响应时间更快。     

连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明：该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。     

2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测

为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法。通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元（RVE）模型的经向拉伸弹性性能仿真计算,对RVE模型进行经向拉伸弹性模量和经向拉伸破坏形式的预测。为校验该方法预测结果的准确性与合理性,对弯联和直联两种结构2.5维编织复合材料试样进行经向拉伸性能表征,并与仿真计算的预测结果进行对比分析。结果表明,非线性多尺度材料设计与分析方法能够比较准确地对直联结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性模量进行预测,同时能够对两种结构2.5维编织复合材料的拉伸断裂形式进行预测,这为设计和优化2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能提供了一种有效方法。     

预制破片-EFP双毁伤元聚能装药性能研究

设计了一种可形成尾翼EFP和破片两种毁伤的聚能装药结构,利用LS-DYNA有限元分析软件对比分析选用钨球、钢球、铜球3种材料预制破片所形成双毁伤元威力的影响,并通过试验测试其侵彻性能。结果表明:药型罩下边缘粘附球形破片可形成带尾翼的EFP和具有高初速的破片群;带尾翼EFP的长径比较传统EFP提高30%,并且具有良好的密实性;钢球和药型罩结合的双毁伤元聚能装药形成的破片能量最高,钢球速度比钨球提高125%、比铜球提高10%,试验结果与仿真结果一致,说明仿真结果可靠。     

复合材料多瓣易碎盖薄弱区结构失效性能研究

针对复合材料多瓣易碎盖薄弱区结构进行失效性能分析,提出了一种设计方法。基于Mises准则,计算了薄弱区结构在不同载荷工况下的失效载荷,同时绘制了强度包络线,并进一步分析了薄弱区的结构参数对其承载能力的影响。结果表明：在其他参数不变的情况下,分别增加薄弱区的搭接厚度和搭接长度,其承载能力均有不同程度的增大。在此基础上,设计了一种复合材料多瓣易碎盖,并进行冲破实验,实际结果与设计冲破压力吻合较好,验证了设计方法的可行性。